Порядок выполнения работы
Для более полной оценки свойств грунтов помимо основных используют и дополнительные физические характеристики: плотность сухого грунта (плотность скелета), пористость, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения.
Плотность сухого грунта ρd – отношение массы грунта за вычетом массы воды и льда в его порах к его первоначальному объему. Плотность сухого грунта вычисляют по формуле:
,
(5)
где ρ – плотность грунта, г/см3;
w – влажность грунта, %;
тs – масса твердых частиц;
V – объем грунта.
Пористость грунта – это объем пор в единице объема грунта:
.
(6)
Пористость обычно колеблется от 30 до 50 % (но может для лессов составлять 60 %).
Коэффициент пористости – это отношение объема пор к полному объему грунта:
.
(7)
Коэффициент пористости меняется в пределах 0,2-1,5.
Коэффициент водонасыщения – степень заполнения объема пор водой, определяется по формуле:
,
(8)
где w – природная влажность грунта;
е – коэффициент пористости;
ρs – плотность частиц грунта, г/см3;
ρw – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.
Коэффициент водонасыщения меняется от 0 до 1.
По окончании работы определяется вид и состояние несвязного грунта.
Требования к отчету
1. Изложить цель работы и описать оборудование и материалы.
2. Выполнить методику определения производных характеристик.
3. Сделать вывод о виде и состоянии грунта по его физическим характеристикам (приложение 2, 3).
Контрольные вопросы
1. Трехфазная система грунта?
2. Различия между плотностью твердых частиц ρs и плотностью сухого грунта ρd?
3. Что называется коэффициентом водонасыщения грунта Sr, в каких пределах он изменяется?
4. Что называется пористостью грунта n, коэффициентом пористости грунта е?
5. В каких пределах могут изменяться пористость n и коэффициент пористости е?
Лабораторная работа 5
КОМПРЕССИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ
Цель работы: освоить методику испытания грунта методом компрессионного сжатия для определения коэффициента сжимаемости т0, модуля деформации Е, структурной прочности на сжатие рstr.
Оборудование и материалы: установка универсальная ГТ 0.0.1 (рис. 5.1), состоящая из устройства статического нагружения УСН, одометра фильтрационного ГТ 2.1.1 (рис. 5.2), датчика линейных перемещений ДЛП-10 и датчика силы SBA-500L; гладкие пластинки (стекло, металл и т.п.); приспособление для подготовки образцов ГТ 4.0.1; режущее кольцо ГТ 3.1.1; штангенциркуль по ГОСТ 166; плоская лопатка; нож с прямым лезвием; лабораторные весы по ГОСТ 24104 с гирями; монолит грунта.
Пояснения к работе
Испытание грунта методом компрессионного сжатия проводят для определения следующих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости mo, модуля деформации Е, структурной прочности на сжатие рstr.
Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах), исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой.
Результаты испытаний должны быть оформлены, как правило, в виде графиков зависимостей деформаций образца от нагрузки и их изменения во времени.
Диапазон давлений, при которых проводят испытания, определяется в программе испытаний или принимается в пределах полуторного значения проектного давления на грунт. Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или водонасыщенные или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.
Внешний вид установки компрессионного сжатия приведен на рисунке 5.1.
1 – УСН; 2 – датчик линейных перемещений ДЛП-10; 3 – датчик силы SBA-500L; 4 – одометр фильтрационный ГТ 2.1.1.
Рисунок 5.1 – Установка компрессионного сжатия – внешний вид
Установка компрессионного сжатия обеспечивает:
а) испытание образцов грунта диаметром 87 мм и высотой 25 мм методом компрессионного сжатия вертикальной нагрузкой от 0 до 4 кН;
б) определение характеристик деформируемости грунта;
в) измерение: вертикальной нагрузки, вертикальных деформаций.
Работа установки компрессионного сжатия
По команде ПК с блока электронных преобразователей БЭП по кабелю поступает сигнал на подающий пневматический клапан блока клапанов механизма создания вертикальной нагрузки устройства статического нагружения УСН. Пневматический клапан переходит в состояние «открыто» и воздух из пневмосети поступает в пневмоцилиндр. Давление, созданное в пневмоцилиндре, воздействуя на поршень, вызывает перемещение штока со столиком и установленным на столике одометром. Создаваемое усилие измеряется датчиком силы SBA-500L.
Шток одометра и перфорированный поршень внутри одометра остаются неподвижными, вследствие этого происходит вертикальное сжатие грунта в кольце одометра (см. рисунок 5.2).
Вертикальную деформацию образца грунта измеряет датчик линейных перемещений ДЛП-10. Датчик устанавливается в кронштейн, шток датчика подпружинен и упирается в крышку одометра (см. рисунок 5.1). В процессе сжатия шток задвигается в корпус датчика.
Подробное описание установки приведено в Руководстве по эксплуатации ГТЯН.441179.001РЭ.
Одометр фильтрационный ГТ 2.1.1 предназначен для передачи нагрузки, создаваемой УСН, на испытываемый образец грунта при проведении испытаний образцов грунта методом компрессионного сжатия.
Конструкция прибора обеспечивает:
испытание образцов грунта высотой 25мм и диаметром 87 мм;
герметичность основных деталей прибора;
подачу воды к образцу грунта сверху (схема нисходящего потока) и снизу (схема восходящего потока);
отвод воды и непрерывную на протяжении всего испытания фильтрацию воды.
Одометр устанавливается на опорный столик УСН и фиксируется винтом, установленным в корпусе датчика силы (см. рисунок 5.1).
Внешний вид одометра приведен на рисунке 5.2.
Одометр состоит из:
основания,
гайки зажимной,
поршня перфорированного;
верхнего и нижнего ниппелей;
штока;
винтов - 3 шт.;
крышки;
уплотнительного кольца;
перфорированного вкладыша;
кронштейна.
Кронштейн предназначен для установки датчика линейных перемещений ДЛП-10, датчик фиксируется винтом.
1 – винт крепления кронштейна; 2, 13 – верхний и нижний ниппели; 3 – кронштейн; 4 – финт фиксации датчика; 5 – основание; 6 – поршень перфорированный; 7 – шток; 8 – винт; 9 – крышка; 10 – кольцо уплотнительное; 11 – кольцо режущее; 12 – гайка.
Рисунок 5.2 – Одометр фильтрационный ГТ 2.1.1