Методы определения лабораторных исследований

Определение плотности грунта методом режущего кольца

(ГОСТ 5180-84)

Необходимое оборудование и материалы: кольцо с заточенной кромкой, нож с прямым лезвием, весы лабораторные с разновесами, штангенциркуль, вазелин, монолит грунта.

6.1.1 Плотность грунта определяется отношением массы образца грунта к его объему.

Подготовка к испытаниям

6.1.2 Согласно требованиям табл. 1 выбирают режущее кольцо-пробоотборник.

 

Наименование и состояние грунтов	Размеры кольца-пробоотборника
Толщина стенки, мм	Диаметр внутренний d, мм	Высота h	Угол заточки наружного режущего края
Немерзлые пылевато-глинистые грунты Немерзлые и сыпуче-мерзлые песчаные грунты Мерзлые пылевато-глинистые грунты	1,5 - 2,0     2,0 - 4,0   3,0 - 4,0		0,8d ³ h > 0,3d     d ³ h > 0,3 d   h = d	Не более 30°     То же   45°

 

Таблица 1- Выбор пробоотборника

 

6.1.3 Кольца-пробоотборники изготавливают из стали с антикоррозионным покрытием или из других материалов, не уступающих по твердости и коррозионной стойкости.

6.1.4 Кольца нумеруют, измеряют внутренний диаметр и высоту с погрешностью не более 0,1 мм и взвешивают. По результатам измерений вычисляют объем кольца с точностью до 0,1 см³.

6.1.5 Пластинки с гладкой поверхностью (из стекла, металла и т.д.) нумеруют и взвешивают.

 

Проведение испытаний

6.1.6 Кольцо-пробоотборник смазывают с внутренней стороны тонким слоем вазелина или консистентной смазки.

6.1.7 Верхнюю зачищенную плоскость образца грунта выравнивают, срезая излишки грунта ножом, устанавливают на ней режущий край кольца и винтовым прессом или вручную через насадку слегка вдавливают кольцо в грунт, фиксируя границу образца для испытаний. Затем грунт снаружи кольца обрезают на глубину 5 - 10 мм ниже режущего края кольца, формируя столбик диаметром на 1 - 2 мм больше наружного диаметра кольца. Периодически, по мере срезания грунта, легким нажимом пресса или насадки насаживают кольцо на столбик грунта, не допуская перекосов. После заполнения кольца грунт подрезают на 8 - 10 мм ниже режущего края кольца и отделяют его.

Грунт, выступающий за края кольца, срезают ножом, зачищают поверхность грунта вровень с краями кольца и закрывают торцы пластинками.

При пластичном или сыпучем грунте кольцо плавно, без перекосов вдавливают в него и удаляют грунт вокруг кольца. Затем зачищают поверхность грунта, накрывают кольцо пластинкой и подхватывают его снизу плоской лопаткой.

6.1.8 Кольцо с грунтом и пластинками взвешивают.

 

Обработка результатов

6.1.9 Плотность грунта r, г/см3, вычисляют по формуле:

P=(m1- m0- m2)/ V

где m1 - масса грунта с кольцом и пластинками, г;

m0 - масса кольца, г;

m2 - масса пластинок, г;

V - внутренний объем кольца, см3.

 

№ образ-ца	Масса пик-нометра с водой	Навеска воздушно-сухой почвы	Гигроско-пическая влажность в %	Навеска абс. сух. почвы	Масса пикно-метра с водой и почвой, г.	Плотность твёрдой фазы, г/см³
	140,8		9,4	9,14	146,6	2,94
	131,0		0,8	9,92	137,2	2,67
	145,5		34,2	7,45	151,250	4,4
	133,4				138,0
	135,7		14,9	8,7	141,27	2,78
	142,55		14,7	8,7	147,9	2,6
	134,6		11,6	8,96	140,4	2,8
	134,7		36,9	7,3	137,2	1,5
	136,0		23,4	8,1	136,7	1,09
	145,7		29,8	7,7	150,2	2,4
	140,8		16,1	8,61	147,3	4,1

Таблица 2 – Результаты проведения лабораторных исследований по определению плотности грунта методом режущего кольца

Определение гранулометрического состава ситовым методом

 

Общие положения

Гранулометрическим (зерновым) составом называется весовое содержание частиц различной крупности, выраженное в процентах по отношению к массе сухой пробы, взятой для анализа.

Выделяют шесть основных фракций (табл. 2).

 

Фракции (частицы)	Размер частиц, мм
Валунные (глыбовые)	Более 200
Галечниковые (щебенистые)	10 – 200
Гравийные (дресвяные)	2 – 10
Песчаные	От 2 до 0,05
Пылеватые	0,05 до 0,005
Глинистые	Менее 0,005

 

Таблица 3 – Основные фракции

 

Определение гранулометрического состава заключается в разделении грунта на отдельные гранулометрические элементы. Методы определения гранулометрического состава грунтов можно разделить на прямые и косвенные.

К прямым относятся методы, основанные на непосредственном (микрометрическом) измерении частиц в поле зрения оптических и электронных микроскопов или с помощью других электронных и электронно-механических устройств. В практике прямые (микрометрические) методы не получили широкого распространения.

К косвенным относятся методы, которые базируются на использовании различных зависимостей между размерами частиц, скоростью осаждения их в жидкой и воздушной средах и свойствами суспензии. Это группа методов, основанных на использовании физических свойств суспензии (ареометрический, оптический и др.) или моделирующих природную седиментацию (пипеточный, отмучивания и др.).

Ареометрический метод основан на последовательном определении плотности суспензии грунта через определенные промежутки времени с помощью ареометра. По результатам определений рассчитывают диаметр и количество определяемых частиц по формуле или с помощью номограммы. Этим методом определяют содержание в грунте частиц диаметром менее 0,1 мм. Содержание фракций крупнее 0,1 мм определяют ситовым методом.

Устройство ареометра (рис. 1) основано на законе Архимеда: всякое погруженное в жидкость тело теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость. При постоянном объеме тела, погруженного в жидкость, более тяжелой жидкости будет вытеснено меньше, а более легкой – больше. Таким образом в легкую жидкость тело будет погружено на большую глубину, в тяжелую на меньшую. Следовательно, чем больше концентрация суспензии, тем больше ее плотность и меньше глубина, на которую погружается в нее ареометр.

 

Рисунок 17 – Устройство ареометра

 

При отстаивании суспензии частицы грунта, подчиняясь закону силы тяжести, падают на дно сосуда, и плотность суспензии уменьшается. Соответственно ареометр по мере выпадения частиц постепенно погружается в суспензию глубже и глубже.

Пипеточный метод используется для определения гранулометрического состава глинистых грунтов в комбинации с ситовым. Этот метод основан на разделении частиц грунта по скорости их падения в спокойной воде. Скорость осаждения частиц (v, см/с) определяется по формуле Стокса:

где r – радиус частиц, см; γs – плотность частиц, г/см3; γw –плотность воды, г/см3; g – ускорение свободного падения, см/с2; η – коэффициент вязкости воды.

Через определенные интервалы времени пипеткой из суспензии грунта с различных глубин отбирают пробы, которые затем высушивают и взвешивают.

К косвенным методам также относится и полевой метод Рутковского, который дает приближенное представление о гранулометрическом составе грунтов. В основу метода положены:

1) различная скорость падения частиц в воде в зависимости от их размера;

2) способность глинистых частиц набухать в воде.

С помощью метода Рутковского выделяют три основные фракции: глинистую, песчаную и пылеватую. В полевых условиях на практике этот метод целесообразно применять для определения песков пылеватых и супесей.

В особую группу выделяют методы определения размеров частиц с помощью ситовых наборов. Они занимают промежуточное положение между прямыми и косвенными методами и широко используются в практике самостоятельно или в комбинации с другими методами.

Гранулометрический состав песчаных и глинистых грунтов при исследованиях для строительства в лабораториях следует определять методами, предусмотренными табл. 3.

Ситовой метод – один из основных в практике исследований грунтов для строительства. Метод используется для определения гранулометрического состава крупнообломочных и песчаных грунтов, а также крупнозернистой части пылевато-глинистых грунтов.

 

Грунты	Метод определения
Песчаные, при выделении зерен песка крупностью:   от 10 до 0,5 мм   от 10 до 0,1 мм   Глинистые	Ситовой метод без промывки водой   Ситовой метод с промывкой водой   Ареометрический, пипеточный (применяется только для специальных целей)

 

Таблица 4 – Методы определения гранулометрического состава

 

Сущность метода заключается в рассеве пробы грунта с помощью набора сит. Для разделения грунта на фракции ситовым методом без промывки водой применяют сита с отверстиями диаметром 10; 5; 2; 1; 0,5 мм; с промывкой водой – сита с размером отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм. Ситовой метод с промывкой водой обычно применяют для определения гранулометрического состава мелких и пылеватых песков.

Гранулометрический состав грунтов является определяющим фактором для физико-механических свойств грунтов. От него зависят пластичность, пористость, водопроницаемость, сжимаемость, сопротивление сдвигу грунтов и др.

Гранулометрический состав служит для классификации грунтов.