Классификация песчаных и глинистых грунтов. Пылевато-глинистых грунтов Чем характеризуется вид и состояние глинистых грунтов
Постройка дома на пылевато-глинистом грунте имеет свои особенности и требования. В этой статье вы узнаете о видах пылевато-глинистого грунта, их особенностях и типах фундаментов, которые можно закладывать на таком типе грунта.
Пылевато-глинистые грунты относятся к пучинистым грунтам и могут накапливать влагу. При низкой температуре влага замерзает (кристаллизируется) и превращается в лед, увеличиваясь в объеме. Этот процесс называется силой пучения, которая приподнимает дома, дает напряжение на нижние и боковые стены строения, разрушает некачественные кладки кирпича и блоков основания. В знойный период пучинистая почва оседает.
Виды пылевато-глинистых грунтов:
- грубопесчаные и мелкопесчаные супеси (рыхлые горные породы).
- суглинок (почва с преимущественным содержанием глины и значительным количеством песка).
| № п/п | Виды грунта | Содержит частиц, % | Число пластичности, Jp | Диаметр раскатываемого шнура из грунта, мм |
| 1 | Глины | >30 | >0,17 | <1 |
| 2 | Суглинок | <10% | От 0,07 до 0,17 | 1-3 |
| 3 | Супесь | от 10-30 | От 0,01 до 0,07 | >3 |
| 4 | Песок | <30 | Не пластичный | Не раскатывается |
Примечание: Jр (число пластичности) определяется в лаборатории.
Глинистые частицы – активные компоненты, обладающие чешуйчатой формой. Они придают грунту связность, пластичность, набухаемость, липкость, водонепроницаемость.
Основные отличия связных и несвязных грунтов
| Свойства грунтов | Связные пылевато-глинистые грунты | Пески (непучинистые материалы) |
| W (природная влажность грунта) колеблется | от 3 до 600% | от 0 до 40% |
| Состояния грунта | Твердое, мягкое, текучее | Сыпучее |
| Почва с ростом W | Меняют свои свойства постепенно, есть время предотвратить аварию | Мгновенное ухудшение свойств |
| По мере высыхания | Оседает | Не уменьшается в объеме и трескается |
| Утрамбовка почвы | Медленно оседают (до 3 лет) | Деформируются сразу после приложения нагрузки |
| Водопроницаемость | Практически непроницаемы | Пропускают влагу во всех состояниях |
Возведение конструкций на пылевато-глинистом грунте
Пылевато-глинистый грунт является влагосодержащим, подвергается влиянию низкой температуры, увеличивается в объеме и поднимает фундаментные конструкции. Неравномерность подъема накапливается. Затем, конструкции подвергаются деформациям и разрушаются. Легкие малоэтажные помещения на таком грунте страдают больше всего.
Затратные фундаменты (глубокие монолитные конструкции) не рентабельны для постройки малоэтажных домов. Решить вопрос о возведении фундамента на пучинистом грунте можно с помощью мелкозаглубленных оснований (погруженность в грунт составляет 0,2-0,5 м) или незаглубленных фундаментов (на поверхности).
В отличие от заглубленного фундамента, заложенного в пучинистый грунт, мелкозаглубленные основания меньше подвержены касанию грунта. Незаглубленные фундаменты полностью защищены от вспучивания.
Конструирование малозаглубленных фундаментов
- Ленточные фундаменты несущих стен и перегородок объединяются в сплошную горизонтальную раму, распределяющую нагрузки.
- Столбчатые конструкции подразумевают формирование рамы из бетонных балок, жестко соединяющихся между собой на опорах.
Если пылевато-глинистый грунт не предполагает высокой степени вспучивания, то фундаментные детали устанавливаются свободно, не соединяясь между собой.
Имея дешевые стройматериалы (песок, гравий, щебенка, балласт) или скалистые грунты вблизи возведения фундамента, под основанием целесообразно сделать уплотняющий слой толщиной на 2/3 нормативной высоты замерзания.
На почве с глубиной замерзания до 1,7 на легковозводимых фундаментах можно строить небольшие здания из следующих стройматериалов:
- дерева;
- кирпича и камня;
- монолитных панелей;
- железобетонных блоков.
Использование мелкозаглубленных конструкций сокращает расход бетона на 50-80%, трудовые затраты — на 40-70%.
1. Материковый грунт
2. Бетонная отмостка
3. Слой гидроизоляции (рубероид)
4. Капиллярная гидроизоляция (ПЭ пленка)
5. Гумусный слой
6. Обратная засыпка
7. Забутовка из ПГС (пескогравийная смесь)
8. Ж/б лента фундамента
9. Арматура
Дренажная конструкция
- Точечный или линейный водоотвод, направленный в канализацию. В период дождей или оттепели с поверхности, окружающей здание вода не будет накапливаться на участке.
- Глубинный водоотвод. Установка подземной глубинной конструкции включает в себя водоприемник, дренажный колодец. Затем выкапывают траншею под закрытый коллектор, передающий воду из труб в водоприемник.
- По периметру объекта устанавливают бетонные или асфальтные отмостки, толиной 1 м и наклоном 0,03.
В процессе гидроизоляции фундамента не следует проводить монтаж ввода системы водоподачи с нагорной стороны помещения. При эксплуатации конструкций не менять условия, проектирования быстровозводимых фундаментов.
Наружное вертикальное и горизонтальное утепление мелкозаглубленного фундамента
- Касательное (боковое) утепление
Отмостка (полоса по периметру конструкции, обладающая прочной водонепроницаемой поверхностью) с утеплителем улучшают температурный режим в зоне фундамента, защищая здание от перепада температуры.
Тепловую изоляцию обеспечивают листы экструдированного пенополистирола (ЭПП) либо напыление пенополиуретаном.
- Горизонтальное утепление
Под фундаментами организовываются уплотняющие почву подушки толщиной 20-30 см из крупного гравельного песка, щебенки или шлака. Они заменяют собой глинистый грунт на непучистый. Последний вариант влияет на снижение неравномерных деформаций здания. Глубина и высота слоя вычисляется по формулам, известным опытным технологам.
Пылевато-глинистые грунты относятся к пучинистым грунтам. Поэтому во время сезонных изменений они влияют на основание здания — поднимают фундамент или оседают, разрушая строение. Для строения на этом виде почвы применяют малозагубленные ленточные и столбчатые фундаменты.
Сравнение естественной влажности грунта с влажностью на границе раскатывания позволяет устанавливать его состояние по показателю текучести
,
(1.11)
по которому глинистые грунты подразделяются на следующие разновидности:
твердая...................
<
0
пластичная.............от 0 до 1 включительно
текучая....................>1
Суглинки и глины:
твердые................................
<
0
полутвердые........................от 0 до 0,25
тугопластичные..................от 0,25 до 0,5
мягкопластичные................от 0,5 до 0,75
текучепластичные...............от 0,75 до 1
текучие.................................>1
Максимальная плотность и оптимальная влажность грунта
В процессе возведения земляных сооружений и планировки территорий приходится уплотнять грунты. При этом повышается прочность грунта, понижаются его водопроницаемость и капиллярность. Максимальная степень уплотнения необходима в верхних слоях насыпи, в которых возникают наибольшие напряжения от внешних нагрузок.
Степень уплотнения
оценивается величиной коэффициента
уплотнения. Уплотняя грунты с разной
влажностью одной и той же работой
уплотнения, получают различные значения
величины плотности сухого грунта.
Влажность, при которой достигается
максимальная плотность сухого грунта
при стандартном уплотнении, называетсяоптимальной
W
opt
.
В лабораторных
условиях W
opt
и
определяют, используя прибор Союздорнии
(рис. 1.7). Метод заключается в установлении
зависимости плотности сухого грунта
от его влажности при уплотнении образцов
грунта с постоянной работой уплотнения
и последовательном увеличении влажности
грунта. Проводят не менее 5 – 6 опытов
при разной влажности грунтов. Грунт
уплотняют в стакане прибора послойно
ударами груза массой 2,5 кг, падающего с
высоты 30 см. Каждый слой грунта (всего
3 слоя) уплотняют 40 ударами. После
уплотнения в каждом опыте определяют
и
и строят график завис
имости
(рис. 1.8).
По графику определяют
влажность, при которой стандартным
уплотнением достигается максимальная
плотность сухого грунта
.
Степень уплотнения земляного сооружения
оценивается величиной коэффициента
уплотнения
,
(1.12)
где
–
коэффициент уплотнения грунта земляного
сооружения;
–
плотность сухого грунта;
–
максимальная плотность того же сухого
грунта при стандартном уплотнении.
Величина
задается проектом земляного сооружения
в диапазоне от 0,92 до 1,00.
Контрольные вопросы
1.Определение грунта по ГОСТ 25100-95.
2.Какие существуют генетические типы континентальных отложений?
3.Из чего состоят грунты?
4.Что понимается под структурой и текстурой грунта?
5.Каковы особенности глинистых минералов?
6.В каком виде в грунтах встречается вода?
7.Какие структурные связи существуют в грунтах?
8.Каковы размеры крупнообломочных, песчаных, пылеватых и глинистых частиц?
9.Что называется гранулометрическим составом грунта?
10.Как определить коэффициент неоднородности грунта?
11.Какие физические характеристики грунта являются основными?
12.Как классифицируются песчаные грунты?
13.Что называется числом пластичности?
14.Как классифицируются связные грунты?
15.Что такое показатель текучести? В каких пределах он изменяется?
16.Для чего служит метод стандартного уплотнения грунта?
1В данной статье изложены результаты лабораторных исследований характеристик консистенции глинистых грунтов согласно российской и германской стандартным методикам, проведенных в институте механики грунтов Брауншвейгского технического университета. Рассмотрена проблематика разности в классификации глинистых грунтов и методик определения характеристик консистенции грунта согласно российским и германским нормативным стандартам. Проведен сравнительный анализ влияния характеристик консистенции на классификацию пылевато-глинистых грунтов по российским и германским стандартам. Установлено, что интервал пластичности в соответствии с немецкими нормами больше, чем интервал пластичности согласно отечественным стандартам для одного и того же грунта, поскольку влажность на границе текучести, определенная по DIN выше, чем влажность на границе текучести, определенная по ГОСТ. Выведена корреляционная зависимость между этими значениями верхнего предела пластичности.
консистенция
граница текучести
граница раскатывания
число пластичности
показатель текучести
1. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.
2. ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация.
3. DIN 18121-1 (April 1998). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Wassergehalt. Teil 1: Bestimmung durch Ofentrocknung.
4. DIN 18121-2 (August 2001). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Wassergehalt. Teil 2: Bestimmung durch Schnellverfahren.
5. DIN 18122-1 (Juli 1997). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen). Teil 1: Bestimmung der Flieβ- und Ausrollgrenze.
6. DIN 18122-2 (September 2000). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen). Teil 2: Bestimmung der Schrumpfgrenze.
8. DIN ISO/TS 17892-12 (Januar 2005). Geotechnische Erkundung und Untersuchung – Laborversuche an Bodenproben – Teil 12: Bestimmung der Zustandsgrenzen.
В процессе интеграции инженерных школ и общности решаемых геотехнических задач на территории разных стран возникает вопрос о правильности применения тех или иных характеристик грунтов, используемых в геотехнических расчетах, определяемых по различным методикам, а также о трактовке полученных результатов.
Основой для описания и классификации грунтов как в отечественных, так и в зарубежных нормах являются физические характеристики, которые в силу дисперсности грунтов и исторических геотехнических традиций могут по-разному трактоваться в различных странах.
Поскольку дисперсность грунта оказывает значительное влияние на его пластичность, то по показателю пластичности I Р с определенной достоверностью можно характеризовать литологические разности глинистых грунтов. Это допущение и лежит в основе российской классификации. К супесям относятся грунты с I Р от 1 до 7 включительно, к суглинкам - от 7 до 17, к глинам - более 17.
В германских же стандартах существует несколько иная классификация. Согласно DIN глинистый грунт подразделяют на: суглинок, глину, суглинок с песком, глину с песком, т.е. нет выделения такой разновидности глинистого грунта, как супесь. Разновидность грунта определяется по графику пластичности (рис. 6). График представляет собой прямолинейную зависимость (А-линия), выраженную функцией I Р =0,73·(W L -20), где W L - в %. Значения I Р ≤ 4% или ниже А-линии характеризуют суглинок, значения I Р ≥ 7% и выше А-линии - глину. При этом, если значение W L менее 35% - слабопластичный грунт, если W L лежит пределах от 35% до 50% - среднепластичный грунт, если W L больше 50% - сильнопластичный грунт.
Для количественной оценки состояния консистенции грунта используется показатель текучести I L . В германских стандартах существует еще и показатель консистенции Ic , который является обратным показателю I L и используется как основной показатель для описания состояния консистенции грунта. Классификация грунтов по показателям текучести и консистенции представлена в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Значения I L для различных состояний консистенции глинистого грунта согласно ГОСТ
|
Состояние консистенции |
Наименование грунта |
||
|
Суглинок и глина |
|||
|
I L >1 |
I L >1 |
||
|
Пластичное |
Текучепластичное |
0,75<I L ≤1 |
0≤ I L ≤1 |
|
Мягкопластичное |
0,5< I L ≤0,75 |
||
|
Тугопластичное |
0,25< I L ≤0,5 |
||
|
Полутвердое |
0≤ I L ≤0,25 |
||
|
I L <0 |
I L <0 |
||
Таблица 2
Значения I L и I c для различных состояний консистенции глинистого грунта согласно DIN
В немецких нормах текучепластичное состояние представлено большим интервалом по отношению к российским стандартам, что ведет к несоответствию остальных интервалов состояний консистенции. Для определения твердого состояния согласно DIN существует еще одна граница переходного состояния - граница перехода из полутвердого состояния в твердое Ws . Твердое состояние принимается, если значение I с больше, чем значение I с , соответствующее Ws , на графике зависимости I с /I L от влажности (рис. 1). Ws определяется согласно DIN по формуле:
V d - объем сухого грунта, см 3 ;
m d - масса сухого грунта, г;
ρ s - плотность частиц грунта, г/см 3 ;
ρ w - плотность воды, г/см 3 .
Рис. 1. Графическое представление классификации состояний глинистого грунта согласно немецким нормам
Отличие в классификации и разность методик определения характеристик консистенции могут давать и разные значения классификационных показателей, а, следовательно, и иное представление о данном грунте.
Для определения параметров консистенции и сравнения результатов был проведен ряд опытов в лаборатории института Механики грунтов Брауншвейгского технического университета по российской и германской технологиям. Характеристики консистенции определялись для двух видов глинистого грунта: суглинка текучего и глины полутвердой согласно классификации в соответствии с ГОСТ.
По российской технологии граница текучести была определена в соответствии с ГОСТ с помощью балансирного конуса (Васильева). Верхний предел пластичности соответствует такому состоянию грунта, при котором стандартный конус за 5 с погружается под действием собственного веса на глубину 1 см.
По германской методике для определения границы текучести использовались приборы Fließgrenzegerät согласно DIN и Fallkegelgerät согласно DIN.
Основным методом определения границы текучести в Германии является метод, описанный в DIN, с использованием прибора Fließgrenzegerät, но, поскольку этот метод во многом зависит от человеческого фактора, от правильности тарировки прибора и, кроме того, обладает большой трудоемкостью, в другом стандарте DIN предлагается заменить его на способ определения границы текучести с помощью прибора Fallkegelgerät.
Прибор Fließgrenzegerät представляет собой блок из твердой резины, на котором установлена чаша из медно-цинкового сплава с ударным устройством. Чаша заполняется грунтом, в котором нарезается борозда. Затем ударное устройство приводится в действие, и чаша быстро поднимается и опускается. Далее фиксируется число соударений, при которых борозда закрывается не менее чем на 1 см (рис. 2).
Рис. 2.Определение границы текучести в приборе Fließgrenze gerä t:
Таких испытаний проводится минимум 4 с постепенным высушиванием или доувлаженением грунта, после каждого опыта отбирается проба грунта массой 15-20 г для определения влажности и строится график зависимости количества ударов от влажности (рис. 3). График представляет собой прямую, по которой и определяется значение влажности на границе текучести, соответствующее 25 ударам.
Рис. 3.График зависимости количества ударов от влажности:
а, б - соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по
При испытаниях с использованием прибора Fallkegelgerät, так же как и при испытаниях согласно ГОСТ, измеряется глубина, на которую конус погрузился за 5 с под действием собственного веса. Прибор представляет собой штатив, на котором установлены опускающийся конус, штангенциркуль для измерения осадки конуса, специальная чаша для проведения испытаний (рис. 4).
Рис. 4.Определение границы текучести в приборе Fallkegelgerä t:
а) до испытания, б) после испытания
Проводится не менее 4 испытаний с постепенным высушиванием или доувлажнением грунта. Строится график зависимости глубины погружения конуса от влажности, по которому и определяется граница текучести, соответствующая глубине погружения 20 мм (рис. 5).
Рис. 5. График зависимости глубины погружения конуса от влажности:
а, б - соответственно для суглинка и глины согласно российской классификации по
Влажность на границе раскатывания как по ГОСТ, так и по DIN определяется одинаково. Нижний предел пластичности соответствует такому состоянию грунта, при котором он начнет распадаться на мелкие кусочки, если раскатать его в шнур диаметром 3 мм.
Влажность грунта определялась эталонным методом как в соответствии с ГОСТ, так и в соответствии с DIN высушиванием до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105°С. Существующие в германских стандартах экспресс-методы определения влажности, описанные в DIN, не применялись.
График пластичности представлен на рисунке 6.
Рис. 6. График пластичности:
* разновидность грунта в зависимости от I Р согласно российской классификации в соответствии с ГОСТ
ST - смесь глины с песком, SU - смесь суглинка с песком,
TL - слабопластичная глина, UL - слабопластичный суглинок,
TM - среднепластичная глина, UM - среднепластичный суглинок,
TA - сильноспластичная глина, UA - сильнопластичный суглинок;
Значения, полученные с использованием прибора Fallkegelgerät, соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по ,
Значения, полученные при использовании прибора Fließgrenzegerät, соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по .
Результаты и классификация сведены в таблицы 3 и 4.
Таблица 3
Полученные результаты испытаний для суглинка текучего согласно российской классификации по
|
Нормативный документ |
Наименование грунта |
|||||
|
ГОСТ 25100-2011 |
Суглинок текучий |
|||||
|
DIN ISO/TS 17892-12 |
Глина слабопластичная в текучем состоянии |
|||||
|
Глина слабопластичная в текучепластичном состоянии |
Таблица 4
Результаты испытаний для глины полутвердой согласно российской классификации по
|
Нормативный документ |
Наименование грунта |
|||||
|
ГОСТ 25100-2011 |
Глина полутвердая |
|||||
|
DIN ISO/TS 17892-12 |
||||||
|
Глина сильнопластичная в тугопластичном состоянии |
Для сопоставления классификационных показателей, определяемых различными методиками и имеющих разные значения, в ГОСТ приведена корреляционная зависимость между границей текучести согласно международному стандарту (LL ) и границей текучести по ГОСТ (W L ):
LL =1,48·W L - 8,3 (2)
В результате проведенного анализа полученных данных функция зависимость между этими же стандартами имеет несколько другой вид:
LL =1,2·W L - 4,21 (3)
Однако аналогично полученная зависимость между DIN и ГОСТ очень близка к функции (2):
LL =1,47·W L -7,45 (4)
Следует учесть, что результаты получены на ограниченном количестве экспериментальных данных. Для более точных результатов необходимы дальнейшие расширенные исследования.
Основные выводы
- График пластичности, используемый в немецких нормах для классификации глинистого грунта, зависит от двух показателей: W L и I p , что дает возможность определить не только разновидность грунта, но и его способность проявлять пластичные свойства. Это способствует более точной оценке и классификации грунта. При этом отсутствует такая разновидность грунта, как супесь. Вместо этого на графике пластичности соответствующая область обозначена как смесь глины с песком либо смесь суглинка с песком.
- Влажность на границе текучести W L имеет различные значения в зависимости от того, согласно какому нормативному стандарту она определяется. Так, например, W L для глины согласно российской классификации по ГОСТ, определенная в соответствии с ГОСТ, меньше на 6,5 %, чем W L того же грунта, определенная по DIN, и на 16,2 % меньше, чем W L , определенная по DIN. Для суглинка согласно российской классификации по ГОСТ W L меньше на 1,7 % и на 5,6 % соответственно.
- Существенные отличия значений W L говорят о разной пластичности грунта I p , а следовательно, могут характеризовать один и тот же грунт по-разному. Кроме того, отличие показателя текучести I L и несоответствие классификации дают иное представление о состоянии грунта и, как следствие, о его характеристиках прочности и деформируемости и работе под действием нагрузок и воздействий в целом.
Рецензенты:
Миронов В.В., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ, г. Тюмень;
Чекардовский М.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой теплогазоводоснабжения и вентиляции, ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ, г. Тюмень.
Библиографическая ссылка
Пронозин Я.А., Калугина Ю.А. СРАВНЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСИСТЕНЦИИ НА КЛАССИФИКАЦИЮ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ СОГЛАСНО РОССИЙСКИХ И ГЕРМАНСКИХ НОРМАТИВНЫХ СТАНДАРТОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1.;URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=19024 (дата обращения: 01.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
Песок I P < 1
Супесь 1≤ I P < 7
Суглинок 7 ≤ I P < 17
Глина I P ≥ 17
Определяем тип исследуемого грунта.
Е. Показателем текучести глинистого грунта I L называют числовую характеристику, показывающую в каком состоянии находится грунт в условиях естественного залегания.
Ранее определены:
Природная влажность грунта W tot [%]
Влажность на границе текучести W L [%]
Влажность на границе раскатывания W P [%]
I L = (W - W P) /(W L – W P)
Состояние пылевато-глинистого грунта по консистенции определяется следующим образом:
Супеси твердые I L ≤ 0
– пластичные 0 < I L < 1
– текучие I L ≥ 1
Суглинки и глины твердые I L ≤ 0
– полутвердые 0 < I L ≤ 0,25
– тугопластичные 0,25 < I L ≤ 0,5 – мягкопластичные 0,5 < I L ≤ 0,75
– текучие 0,75 < I L
Определяем состояние исследуемого грунта.
З. Назначение расчетного сопротивления грунта R o .
Ранее определены:
Тип грунта по пластичности I P [дол.ед.]
Коэффициент пористости e [дол.ед.]
Показатель консистенции I L [дол.ед.]
Для пылевато-глинистых грунтов расчетное сопротивление грунта определяется по таблице.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА
ПЕСЧАНОГО ГРУНТА
Углом естественного откоса α называют максимальный угол, при котором неукрепленный откос песчаного грунта сохраняет равновесие.
Угол естественного откоса песчаного грунта определяется в воздушно-сухом и подводном состояниях. Величина угла естественного откоса используется в расчетах объемов земляных работ, а самое главное, в расчетах прочности и устойчивости грунтов, давления их на ограждения и пр. Кроме того, угол естественного откоса может служить признаком наличия у песчаных грунтов, содержащих свободные коллоиды, плывунных свойств (угол естественного откоса в подводном состоянии у таких грунтов колеблется от 0 о до 12-14 о).
Принадлежности:
1. Прибор для определения углов естественного откоса (рис.) дисковый прибор
2. Прибор Д.И.Знаменского УВТ-3М
3. Масштабная линейка.
4. Уровень.
Порядок выполнения работы:
Образец воздушно-сухого песка объемом, примерно, 1 кг. Просеивают сквозь сито с диаметром отверстий 5 мм. И тщательно перемешивают. Кроме прибора Д.И. Знаменского, определения угла естественного откоса можно выполнить с помощью диска, имеющего вертикальный тарированный стержень. На такой диск сверху одевается приспособление сверху отверстием, засыпается песком, а затем очень плавно снимаем это приспособление. Излишек песка осыпается, а в диске остается конус из песка. Вершина которого в месте соприкосновения со стрежнем показывает значение угла откоса.
Измеряют высоту h и основание l откоса с точностью до 1 мм. Угол естественного откоса вычисляют (с точностью до 30 мин.) по формуле:
tg α = ; α = arc tg
Для каждого образа песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии производят не менее трех определений угла естественного откоса. Расхождение между повторными определениями больше чем на 2˚ не допускается. За угол естественного откоса песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии принимают среднее арифметического значение результатов отдельных определений, выраженное в целых градусах.
Последовательность записи результатов определения:
1. Наименование вида песчаного грунта
2. Определение угла естественного откоса
Приложение 1 лаб.работе №1
Твердость минералов
Классификация магматических горных пород по SiO 2
| Состав пород | Породы |
||
| содержание диоксида SiO 2 (%) | минералы | глубинные | излившиеся (аналоги глубинных) |
| Кислые породы (75-65) | Кварц, полевые шпаты (чаще ортоклаз), слюды | Граниты | Кварцевый порфир, липарит |
| Средние породы (65-52) | Полевые шпаты (чаще ортоклаз, роговая обманка, биотит) | Сиениты | Ортоклазовый порфир, трахит |
| Плагиоклазы, роговая обманка, биотит | Диориты | Порфирит, андезит | |
| Основные породы (52-40) | Плагиоклазы (чаще лабрадор), авгит, иногда оливин | Габбро | Диабаз, базальт |
| Ультраосновные породы (менее 40) | Авгит | Пироксениты | - |
| Авгит, оливин, рудные минералы | Перидотиты | - | |
| Оливин, рудные минералы | Дуниты | - | |
Приложение 2 лаб.работе №1
Классификация песчаного и глинистого грунта
Для оценки строительных свойств грунтов производиться их классификация согласно СТБ 943-2007, включающая следующие таксономические единицы, выделяемые по группам признаков:
Класс - по характеру структурных связей;
Группа - по происхождению;
Подгруппа - по условию образования;
Тип - по петрографическому и гранулометрическому составу, числу пластичности;
Вид - по структуре, текстуре, составу цемента и примесей, содержанию заполнителя и включений, гранулометрическому составу и степени его неоднородности, пористости, относительному содержанию органического вещества, степени зольности, по способу преобразования, степени уплотнения от собственного веса, давности намыва;
Разновидность - по физическим, механическим, химическим свойствам и состоянию.
Песчаные - несвязанные грунты, сложенные угловатыми и окатанными обломками минералов размером от 2 до 0,05 мм. Основная масса состоит из кварца и полевых шпатов. Песчаные грунты подразделяются:
По гранулометрическому составу (гравелистый, крупный, средний, мелкий, пылеватый);
По показателю максимальной неоднородности U max (однородный (U max ? 4), среднеоднородный (4 < U max ? 20), неоднородный (20 < U max ?40), повышенной неоднородности (U max > 40));
Степени влажности (маловлажные (0 < S r ?0,5); влажные (0,5 < S r ?0,8); водонасыщенные (0,8 < S r ?1));
Прочности (сопротивлению грунта при зондировании) (прочный, средней прочности, малопрочный).
Для определения классификации песчаного грунта рассчитаем степень влажности S r по формуле
где w - природная влажность в долях единиц;
Плотность частиц грунта;
е - коэффициент пористости;
Плотность воды.
Так же определим коэффициент пористости е по формуле
р - плотность грунта;
w - влажность.
Подставив значения в формулы (1.2)
при: =2,67 г/см 3
2,14 г/см 3
Так же подставим значения в формулу (1.1)
при: e = 0,46
2,67 г/см 3
Рассчитав степень влажности песчаного грунта, определим классификацию песчаного грунта по водонасыщению при помощи таблицы 1.1
Таблица 1.1 - Классификация песчаного грунта по водонасыщению
По данным таблицы 1.1 можно сделать вывод, что данный песок относится к классу водонасыщенные.
Определим плотность сложения песка при помощи коэффициента пористости по таблице 1.2
Таблица 1.2 - Подразделение песчаных грунтов по коэффициенту пористости
Так как коэффициент пористости равен 0,46 и песок мелкий, то данный песок является плотным. Исходя из всех расчетов, определим условное расчетное сопротивление R 0 песчаных грунтов при помощи таблицы 1.3
Таблица 1.3 - Условное расчетное сопротивление R 0 песчаных грунтов
Так как песок мелкий и водонасыщенный, а коэффициент пористости е равен 0,46, то расчетное сопротивление будет равно 300 кПа.
1 Построение геологической колонки
Средне-, крупномасштабные и детальные геологические карты обычно сопровождаются геологическими разрезами и стратиграфической колонкой.
Осадочные, вулканические и метаморфические горные породы обычно залегают слоями, или пластами. Слоем называется более или менее однородный, первично обособленный осадок (или горная порода), ограниченный поверхностью наслоения. Помимо термина "слой", в практике часто употребляется термин "пласт", который обычно применяется по отношению к полезным ископаемым, например к углю, известняку и т.д. Пласт может заключать в себе несколько слоев. Однородность слоев может быть выражена в составе, окраске, текстурных признаках, присутствии одинаковых включений или окаменелостей. Когда говорят о слоистых толщах, подразумевают чередование слоев. Переход от одного слоя к другому может быть резким или постепенным. Поверхности, разграничивающие слои или пласты, обычно бывают неровными. Они носят название поверхностей наслоения. Верхняя из них называется кровлей слоя, нижняя - подошвой. Расстояние между кровлей и подошвой слоя (или пласта) характеризует его мощность.
Различают три вида мощностей: истинную, видимую и неполную
Рисунок 1.1 - Схема определения мощности пласта
А - различные виды мощности слоя (пласта): аа - истинная, бб, вв - видимая, гг, дд - неполная; Б - определение мощности горизонтально залегающего слоя: h- истинная мощность; а - видимая мощность; б - ширина выхода слоя; б - угол наклона поверхности; цифры - абсолютные отметки кровли и подошвы слоя.
Пример: истинная мощность h = 187м - 163м = 14м или h= sin б
Истинной мощностью называется кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой. Любое другое расстояние между кровлей и подошвой представляет собой видимую мощность. Если измеряют расстояние от кровли или от подошвы слоя (или пласта) до любой поверхности, находящейся внутри слоя (или пласта), говорят о неполной его мощности. При горизонтальном залегании и выровненном рельефе земной поверхности для определения мощности пород проводятся выработки или бурятся скважины. Если рельеф неровный, то истинную мощность горизонтального слоя можно получить путем вычисления: установив тем или иным способом абсолютные высотные отметки кровли и подошвы пласта, вычисляют разность между ними, которая и будет составлять истинную мощность (187м-163м=14м). Можно определить также истинную мощность, измерив предварительно видимую мощность (расстояние по склону между кровлей и подошвой) и угол наклона склона. Истинная мощность будет равна видимой мощности, умноженной на синус угла наклона склона (h = a sinб). Кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой слоя на геологической карте называется шириной выхода слоя.
До начала проектирования любого здания или сооружения необходимо:
Изучить местный опыт строительства;
По отчету инженерно-геологических изысканий ознакомиться с напластованием грунтов и положением уровня подземных (грунтовых) вод на строительной площадке и ожидаемым во время строительства и эксплуатации сооружения;
Установить нормативные и расчетные характеристики грунтов каждого слоя для расчета по предельным состояниям;
С учетом напластования грунтов наметить наиболее рациональное размещение (если оно не задано) сооружения на участке строительства.
По данным изысканий оцениваются инженерно-геологические условия, приводимые в отчете или заключении. Напластование грунтов оценивается по разрезам и колонкам скважин.
Характерными напластованиями грунтов являются:
Однородный слой грунта в пределах большой глубины;
Слоистое напластование, когда слои грунта относительно горизонтальны и каждый подстилающий слой менее сжимаем, чем несущий;
Сложное, когда слои грунта выклиниваются, залегают линзообразно или имеются сильно сжимаемые грунты.
Особое внимание должно уделяться оценке уровня грунтовых вод, его сезонным колебаниям, возможным изменениям вследствие возведения сооружения, их агрессивности по отношению к материалу фундаментов. Масштаб геологической колонки принимаем 1:100. Абсолютная отметка устья скважины (точка пересечения ствола скважины с поверхностью земли) равна +135,6 м. Мощность первого слоя равна глубине залегания его подошвы. Абсолютные отметки подошвы слоев определяют как разность абсолютной отметки устья скважины и глубины залегания подошвы соответствующего слоя. В середине графы двумя линиями обозначают ствол скважины и с обеих сторон от ствола показывают условными обозначениями литологический состав пород каждого слоя. Ствол скважин в интервалах развития водоносных слоев затемняют. Исходные данные (таблицы 1-2).
Tаблица1.1- Физические характеристики песчаного грунта(слой№1)
Таблица1.2- Физические характеристики глинистого грунта(слой№2)
Классификация глинистого грунта
Пылевато-глинистые грунты - группа осадочных пород с преобладанием тонких фракций(<0,01 мм). Состоят из глинистых минералов, а также минералов обломочного(слюда, кварц, полевые шпаты) и химического(карбонаты, сульфаты) происхождения. Занимают около 60% объёма осадочных пород. Происхождение- обломочно-химическое.
Пылевато-глинистые грунты подразделяются:
По числу пластичности I p:
супесь- 1? I p ?7; суглинок- 7< I p ?17; глина- I p >17;
По показателю текучести I l:
супеси бывают:
ь твердые, I l < 0;
ь пластичные, 0 ? I l ? 1;
ь текучие, I l ? 1;
суглинки и глины бывают:
ь твердые, I l < 0;
ь полутвердые, 0 < I l ? 0,25;
ь тугопластичные, 0,25 < I l ?0,5;
ь мягкопластичные, 0,5 < I l ?0,75;
ь текучепластичные, 0,75 < I l ? 0,1
ь текучие, I l ? 1;
По прочности (очень прочные, прочные, средней прочности и слабые)
Для определения характеристик глиняного грунта определим число пластичности и показатель текучести.
Определим число пластичности по формуле
I p = w l - w p (3.1)
Подставим значения в формулу (3.1)
при w p = 18%
получим I p = 35 - 18 = 17
Зная процентное число пластичности можно определить к какой классификации грунтов относится наш глинястый грунт. Т.к. I p = 17 то грунт состоит из суглинка.
Определим показатель текучести по формуле
где w l - влажность на границе текучести, %;
w p - влажность на границе раскатывания, %;
w - природная влажность, %.
при w p = 18%
получим что
Зная показатель текучести определим классификацию глинистого грунта по консистенции, т.к. I l = 0,29, то суглинок относится к тугопластичным.
Для определения расчетного сопротивления R 0 необходимо знать также коэффициент пористости е:
грунт песчаный глинистый пористость
где - плотность частиц грунта;
р - плотность грунта;
w - влажность.
Подставим значения:
2,71 г/см 3
р = 1,95 г/см 3
Расчетное сопротивление R 0 находится для значения е = 0,71 путем интерполяции сначала по коэффициенту пористости е между е = 0,7 и е = 1 при I l = 2,5, затем интерполяция по показателю текучести I l между I l = 0 и I l = 1 для значения I l = 0,29. Данные для определения расчетного давления глинистого грунта приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Условные расчетные сопротивления глинистых грунтов (только для суглинка).
Интерполяция по е при I l = 0:
изменение?е = 1 - 0,7 = 0,3 соответствует изменению
R 0 = 25 - 20 = 5;
изменение?е = 0,71 - 0,7 = 0,01 соответствует изменению
R 0 = 25 - 0,17 = 24,83 МПа.
Интерполяция по е при I l = 1: изменение?е = 1 - 0,7 = 0,3 соответствует изменению? R 0 = 18 - 10 = 8; изменение?е = 0,71 - 0,7 = 0,01 соответствует изменению
R 0 = 18 - 0,27 = 17,73 МПа.
Интерполяция по Il = 1 при е = 0,71 ? Il = 1 - 0 соответствует 24,83 - 17,73 = 7,1.
R 0 = R 0 = 24,83 - 2,059 ? 22,771 МПа.
Составим таблицу (3.2).
Таблица 3.2 - Результаты интерполяции R 0
Определим прочностные и деформационные характеристики суглинка тугоплатичного. По исходным данным I l = 2,9 и е = 0,71 из таблицы (3.3) находим нормативное значение угла внутреннего трения ц n = 21 град, удельного сцепления грунта С n = 23 кПа и нормативное значение модуля деформации Е n = 14МПа.
Таблица 3.3 - Нормативные значения удельных сцеплений, углов внутреннего трения, значений модулей деформации (только для суглинка).