Основные физические характеристики грунта определяемые лабораторным способом

Физические свойства

Физические свойства грунтов являются характеристиками, которые описывают физическое состояние того или иного грунта, а также его способность к изменению своего состояния под воздействием различных физико-химических факторов.

Для точного определения наименования грунта и его основных характеристик, необходимых для принятия проектных решений в строительстве, обязательно определение физических характеристик лабораторным путем.

Основные физические характеристики грунтов следующие:

Границы текучести и раската;

Плотность минеральных частиц;

Содержание органического вещества;

Степень разложения (для торфов);

Максимальная плотность и оптимальная влажность.

Влажность

Природная влажность грунта — это количество воды, содержащееся в порах грунта в условиях естественного залегания. От природной влажности грунта зависит его несущая способность и при повышенной влажности грунт может снижать свои прочностные характеристики в несколько раз. Пониженная влажность грунта так же является неблагоприятным свойством, так как грунты с низкой влажностью предрасположены к просадочности.

В лабораторных условиях природная влажность определяется путем высушивания грунта до постоянного веса при температуре 105° С. Для определения влажности необходимо следующее оборудования: сушильный шкаф, весы, алюминиевые или стеклянные бюксы, эксикатор с хлористым кальцием.

Плотность

Одной из основных характеристик грунта является плотность. Для того, чтобы в лабораторных условиях определить плотность грунта необходимо вычислить отношение массы вещества к его объему. Плотность зависит от минерального состава, пористости и влажности.

Плотность грунта определяется путем отбора проб грунта ненарушенного сложения и последующего анализа в лабораторных условиях. Для большинства грунтов используется самый простой способ определения плотности – метод режущего кольца. При определении плотности данным методом необходимы следующие приборы и оборудование: режущее кольцо, нож, пластинки с гладкой поверхностью (из стекла, металла и т.д.) и лабораторные весы.

Кроме метода режущего кольца для определения плотности так же применяют метод парафинирования. Объем образца грунта методом парафинирования определяется по закону Архимеда вес тела погруженного в воду уменьшается на величину, равную массе жидкости вытесненной телом.

Плотность скального грунта определяется методом непосредственных измерений, если из него можно вырезать (выпилить) образец правильной геометрической формы.

Границы текучести и раската

Кроме природной влажности грунтов при принятии проектных решений важно знать влажность грунта на границе текучести и раската. Влажность на верхней границе пластичности называется границей текучести и характеризует переход грунта из пластичного в текучее состояние, т.е. показатель текучести изменяется с изменением содержания в конкретном грунте воды. Эту влажность условно определяют как влажность такого состояния грунта, при которой балансирный конус (конус Васильева) погружается под действием собственной массы за 5 с на глубину 10 мм.

Влажность на нижней границе пластичности называется границей раскатывания. При этой влажности происходит потеря пластичности грунта. Граница раскатывания характеризуется весовой влажностью грунта, при незначительном уменьшении которой пластичное тесто, приготовленное из грунта и воды, при раскатывании в жгут толщиной 3 мм начинает распадаться на кусочки длиной 3-10 мм.

Данный вид испытания помогает определить целый ряд инженерно-геологических свойств глинистых горных пород.

Плотность минеральных частиц

Плотность минеральных частиц – отношение массы твердых частиц к их объему.

Для определения плотности минеральных частиц используется стеклянный сосуд определённой формы и известным объёмом – пикнометр, а также дополнительные инструменты – эксикатор, ступка с пестиком, термометр, сушильный шкаф, бюксы и песчаная баня. Результаты исследования заносятся в журнал и проводятся вычисления необходимого показателя – плотности минеральных частиц грунта. Чаще всего пикнометр используется для определения плотности твёрдых веществ, либо очень вязких жидкостей, для которых измерение плотности другими средствами измерения не представляется возможным. Данный метод очень прост, но для уменьшения погрешности испытания необходимо проводить с использованием высокоточных весов.

Плотность минеральных частиц грунта является важным качественным показателем для определения нормативных значений прочностных и деформационных характеристик, которые, в свою очередь, позволяют оценить несущую способность грунтов, и возможность их дальнейшего использования в качестве оснований фундаментов.

Гранулометрический состав

Гранулометрическим составом грунта называется содержание в нем частиц различной величины, выраженное в процентах к весу абсолютно сухого образца. Гранулометрический состав является основной характеристикой грунта, от которой зависят другие физические характеристики: плотность, влажность, пористость и коэффициент фильтрации. В условиях лаборатории проводить исследования грунта на гранулометрический состав возможно следующими способами: ситовой (разделение частиц грунта по размеру частиц путем просеивания его через набор сит с отверстиями разного диаметра), ареометрический (измерение плотности отстаиваемой суспензии ареометром через определенные промежутки времени) и пипеточный (основан на учете скорости падения частиц в спокойной воде). Ситовой способ используется на песчаных грунтах, а пипеточный и ареометрический способы – на глинистых.

Содержание органического вещества

Относительное содержание органического вещества — это отношение массы органического вещества к массе абсолютно сухого грунта. Присутствие органического вещества в горных породах и почвах в виде гумуса всегда повышает их дисперсность и влияет на свойства грунтов таких, как влагоемкость, воздухопроницаемость и плотность. Для определения содержания органических веществ в грунте надлежит установить раздельно количество растительных остатков и гумуса. Большинство грунтов с органическими включениями являются более слабыми и сжимаемыми, чем грунты с тем же минералогическим составом, но без органических примесей, поэтому необходимо правильно определять наличие органических веществ, которые обусловливают прочность и устойчивость грун­тов при их взаимодействии со строительными объектами.

Степень разложения торфов

Степенью разложения грунта называется соотношение между количеством гумуса и неразложившегося органического волокна (%).

На основании учета степени разложения, торфы подразделяются на слаборазложившиеся (степень разложения R=5-20%), среднеразложившиеся (R=20-30%), хорошо разложившиеся (R=30-40%) и сильноразложившиеся (R>40%).

Определение степени разложения торфа в лабораторных условиях производится микроскопическим способом и центрифугированием, основанным на разделе гумусовой и волокнистой фракций торфа при вращении в центрифуге с последующим взвешиванием или определением степени разложения с помощью графика.

Степень разложения грунтов является одним из важнейших свойств, которое необходимо учитывать при строительстве.

Коэффициент фильтрации

Коэффициент фильтрации – это величина, характеризующая водопропускную способность грунтов. Единицей измерения при этом является количество метров в сутки. Расчет ведется с учетом гидравлического градиента, равного единице.

Лабораторные исследования грунтов на коэффициент фильтрации проводятся при помощи компрессионно-фильтрационного прибора. Кроме этого для проведения испытания необходимы следующие оборудования: термометр с погрешностью измерения не более 0,5 °С секундомер; нож из нержавеющей стали с прямым лезвием; лопатка; пресс винтовой; пластины плоские с гладкой поверхностью (из стекла, плексигласа или металла).

Коэффициент выветрелости

На прочностные показатели скальных и полускальных грунтов большое влияние оказывает коэффициент выветрелости . Коэффициент выветрелости — отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта. По степени выветрелости грунты делят на сильновыветрелые, слабовыветрелые и невыветрелые.

Коэффициент выветрелости в лабораторных условиях определяют с помощью следующих приборов: полочный барабан со скоростью вращения 50-70 об/мин, сито с сеткой № 2 по ГОСТ 6613-86 с поддоном, весы лабораторные.

Максимальная плотность и оптимальная влажность

При проектировании и строительстве земляных сооружений из песчаных и глинистых пород необходимо обеспечить наибольшую их устойчивость и прочность. Это достигается уплотнением пород до максимальной плотности при оптимальной влажности. Одним из основных критериев качества выполнения подготовительных работ на строительных участках служит коэффициент уплотнения грунта.

Максимальная плотность (стандартная плотность) — наибольшая плотность сухого грунта, которая достигается при испытании грунта методом стандартного уплотнения.

Оптимальная влажность — значение влажности грунта, соответствующее максимальной плотности сухого грунта.

Коэффициент уплотнения грунта — это безразмерный показатель, исчисляющийся как отношение плотности грунта к его максимальной плотности.

Стандартное уплотнение грунта в лабораторных условиях производят на приборе СоюздорНИИ по ГОСТ 22733-2016.

Ваша заявка отправлена
Мы скоро свяжемся с Вами!

Источник

Основные физические характеристики грунта определяемые лабораторным способом

Методы лабораторного определения физических характеристик

Soils. Laboratory methods for determination of physical characteristics

____________________________________________________________________
Текст Сравнения ГОСТ 5180-84 с ГОСТ 5180-2015 см. по ссылке.
— Примечание изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________

Дата введения 1985-07-01

Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 24.10.84 N 177 дата введения установлена 01.07.85

ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 2005 г.

Настоящий стандарт распространяется на грунты без жестких структурных связей и устанавливает методы лабораторного определения их физических характеристик — влажности и плотности при исследованиях грунтов для строительства.

Стандарт не распространяется на крупнообломочные грунты.

Основные термины, применяемые в настоящем стандарте, и их пояснения приведены в приложении 1.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Отбор, упаковку, транспортирование и хранение образцов грунта ненарушенного сложения (монолитов) и нарушенного сложения следует производить в соответствии с ГОСТ 12071-2000.

1.2. Подготовка к испытаниям и определение плотности мерзлых грунтов должны проводиться в помещении с отрицательной температурой воздуха на не подвергавшихся оттаиванию образцах. Перед испытаниями образцы должны быть выдержаны при заданной отрицательной температуре не менее 6 ч.

1.3. Метод определения характеристики выбирают в зависимости от свойств грунта в соответствии с табл. 1.

Определяемая характеристика грунта

Раздел настоящего стандарта

Грунты (область применимости метода)

Влажность, в том числе гигроскопическая

Высушивание до постоянной массы

Мерзлые слоистой и сетчатой криогенной текстуры

Влажность границы текучести

Влажность границы раскатывания

Раскатывание в жгут

Легко поддающиеся вырезке или не сохраняющие свою форму без кольца, сыпучемерзлые и с массивной криогенной текстурой

Взвешивание в воде парафинированных образцов

Пылевато-глинистые немерзлые, склонные к крошению или трудно поддающиеся вырезке

Взвешивание в нейтральной жидкости

Плотность сухого грунта

Плотность частиц грунта

Пикнометрический с водой

Все грунты, кроме засоленных и набухающих

То же, с нейтральной жидкостью

Засоленные и набухающие

Метод двух пикнометров

1.4. Оборудование и материалы, необходимые для определения физических характеристик грунтов, приведены в приложении 2.

1.5. Физические характеристики следует определять не менее чем для двух параллельных проб, отбираемых из исследуемого образца грунта.

1.6. Значение характеристик вычисляют как среднеарифметическое из результатов параллельных определений. Разница между параллельными определениями не должна превышать значений, указанных в приложении 3. Если разница превышает допустимую, количество определений следует увеличить.

1.7. При обработке результатов испытаний плотность вычисляют с точностью до 0,01 г/см , влажность до 30% — с точностью до 0,1%, влажность 30% и выше — с точностью до 1%.

1.8. Погрешность измерения массы (взвешивания) не должна превышать:

1.9. Данные о месте отбора образцов грунтов и результаты определений их физических характеристик записывают в журналах, форма которых приведена в приложениях 4-10.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ ВЫСУШИВАНИЯ ДО ПОСТОЯННОЙ МАССЫ

2.1. Влажность грунта следует определять как отношение массы воды, удаленной из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе высушенного грунта.

2.2. Подготовка к испытаниям

2.2.1. Пробу грунта для определения влажности отбирают массой 15-50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный стаканчик и плотно закрывают крышкой.

2.2.2. Пробы грунта для определения гигроскопической влажности грунта массой 10-20 г отбирают способом квартования из грунта в воздушно-сухом состоянии растертого, просеянного сквозь сито с сеткой N 1 и выдержанного открытым не менее 2 ч при данной температуре и влажности воздуха.

2.3. Проведение испытаний

2.3.1. Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают.

2.3.2. Стаканчик открывают и вместе с крышкой помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при температуре (105±2) °С. Загипсованные грунты высушивают при температуре (80±2) °С.

2.3.3. Песчаные грунты высушивают в течение 3 ч, а остальные — в течение 5 ч.

Последующие высушивания песчаных грунтов производят в течение 1 ч, остальных — в течение 2 ч.

2.3.4. Загипсованные грунты высушивают в течение 8 ч. Последующие высушивания производят в течение 2 ч.

2.3.5. После каждого высушивания грунт в стаканчике охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием до температуры помещения и взвешивают.

Высушивание проводят до получения разности масс грунта со стаканчиком при двух последующих взвешиваниях не более 0,02 г.

2.3.6. Если при повторном взвешивании грунта, содержащего органические вещества, наблюдается увеличение массы, то за результат взвешивания принимают наименьшую массу.

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Влажность грунта , %, вычисляют по формуле

, (1)

где — масса пустого стаканчика с крышкой, г;

— масса влажного грунта со стаканчиком и крышкой, г;

— масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.

Допускается выражать влажность грунта в долях единицы.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОЙ ВЛАЖНОСТИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА

3.1. Подготовка к испытаниям

3.1.1. Образец мерзлого грунта со слоистой или сетчатой криогенной текстурой массой 1-3 кг (имеющий не менее трех ледяных и минеральных прослоек каждого направления) помещают в предварительно высушенную, взвешенную и пронумерованную тару. Допускается оттаивание образцов грунта в плотно завязанных полиэтиленовых пакетах во время транспортирования и хранения.

3.2. Проведение испытаний

3.2.1. Образец грунта в таре взвешивают, дают ему оттаять и доводят до однородного состояния, близкого к границе текучести для пылевато-глинистых грунтов, или полного водонасыщения для песчаных грунтов, перемешивая его металлическим шпателем и добавляя дистиллированную воду или осторожно сливая избыток воды после ее осветления.

3.2.2. Грунт в таре вновь взвешивают и отбирают из него пробы для определения влажности перемешанного грунта в соответствии с требованиями пп.2.3 и 2.4.

3.3. Обработка результатов

3.3.1. Суммарную влажность , %, мерзлого грунта вычисляют по формуле

, (2)

где — массы тары, г;

— масса образца грунта (с тарой), г;

— масса перемешанного грунта (с тарой), г;

— влажность перемешанного грунта, %.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦЫ ТЕКУЧЕСТИ

4.1. Границу текучести следует определять как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой балансирный конус погружается под действием собственного веса за 5 с на глубину 10 мм.

4.2. Подготовка к испытаниям

4.2.1. Для определения границы текучести используют монолиты или образцы нарушенного сложения, для которых требуется сохранение природной влажности.

Для грунтов, содержащих органические вещества, границу текучести определяют сразу после вскрытия образца.

Для грунтов, не содержащих органических веществ, допускается использование образцов грунтов в воздушно-сухом состоянии.

4.2.2. Образец грунта природной влажности разминают шпателем в фарфоровой чашке или нарезают ножом в виде тонкой стружки (с добавкой дистиллированной воды, если это требуется), удалив из него растительные остатки крупнее 1 мм, отбирают из размельченного грунта методом квартования пробу массой около 300 г и протирают сквозь сито с сеткой N 1.

Пробу выдерживают в закрытом стеклянном сосуде не менее 2 ч.

4.2.3. Образец грунта в воздушно-сухом состоянии растирают в фарфоровой ступке или в растирочной машине, не допуская дробления частиц грунта и одновременно удаляя из него растительные остатки крупнее 1 мм, просеивают сквозь сито с сеткой № 1, увлажняют дистиллированной водой до состояния густой пасты, перемешивая шпателем, и выдерживают в закрытом стеклянном сосуде согласно п.4.2.2.

4.2.4. Для удаления избытка влаги из образцов илов производят обжатие грунтовой пасты, помещенной в хлопчатобумажную ткань между листами фильтровальной бумаги, под давлением (пресс, груз). Грунтовую пасту из илов не допускается выдерживать в закрытом стеклянном сосуде.

Источник