Акулевич Анатолий Францевич 1 страница

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ

СИТОВЫМ МЕТОДОМ

(ГОСТ 12536-79)

 

2.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Гранулометрическим составом называется содержание по массе групп частиц (фракций) грунта различного размера по отношению к общей массе абсолютно сухого грунта.

Фракция – группа частиц грунта в заданном диапазоне размеров частиц.

Разработано много способов определения гранулометрического состава грунтов. Их можно объединить в 6 групп (глазомерный, полевой, ситовой, гидравлические способы, непрерывные способы анализа, в том числе и аэрометрический, центрифугирования). Согласно ГОСТ 12536-79 для определения гранулометрического состава песчаных грунтов рекомендуется ситовой метод без промывки водой и ситовой метод с промывкой водой.

В настоящее время в Беларуси действует классификация грунтов, закрепленная в СТБ 943-93 (Таблица 2.1).

Согласно СТБ 943-93 к песчаным грунтам относятся обломочные несцементированные грунты, в гранулометрическом составе которых масса частиц крупнее 2 мм менее 50 % и число пластичности < 1.

Как указывается в учебнике «Грунтоведение» (1983 г.) «Песчаные грунты характеризуются преобладанием мономинеральных частиц размером 0.05-2 мм. Количество глинистых частиц в них не превышает 5 %».

 

Таблица 2.1 – Гранулометрическая классификация песчаных грунтов по СТБ 943-93 (по ГОСТ 25100-82).

 

Вид песка	Распределение частиц по крупности, % от массы воздушно-сухого грунта
Гравелистый	Масса частиц крупнее 2 мм более 25 %
Крупный	Масса частиц крупнее 0.5 мм более 50 %
Средний	Масса частиц крупнее 0.25 мм более 50 %
Мелкий	Масса частиц крупнее 0.1 мм 75 % и более
Пылеватый	Масса частиц крупнее 0.1 мм менее 75 %

 

 

2.2 НЕОБХОДИМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

 

Набор сит с поддоном и крышкой (1); весы лабораторные технические (2); ступка фарфоровая, пестик с резиновым наконечником (3); чашка фарфоровая (4); шпатель (5); кисточка(6); плотная бумага (рис. 2.1).

 

2.3 ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

 

2.3.1 Для разделения грунта на фракции ситовым методом без промывки водой применяют сита с размером отверстий 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.

Сита монтируют в колонны, размещая их от поддона в порядке увеличения размера отверстий. На верхнее сито надевают крышку.

 

Рис. 2.1 – Необходимое оборудование

 

2.3.2 Среднюю пробу для анализа отбирают методом квартования. Для этого распределяют грунт тонким слоем по листу плотной бумаги, проводят ножом или шпателем в продольном и поперечном направлении борозды, разделяя поверхность грунта на квадраты, и отбирают понемногу грунт из каждого квадрата.

Масса средней пробы должна составлять: для грунтов, не содержащих частиц размером более 2 мм – 100 г.; для грунтов, содержащих до 10 % (по массе) частиц размером более 2 мм – не менее 500 г.; для грунтов, содержащих от 10 до 30 % частиц размером более 2 мм – 1000 г.; для грунтов, содержащих свыше 30 % частиц размером 2 мм – не менее 2000 г.

 

2.4 ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

(БЕЗ ПРОМЫВКИ ВОДОЙ)

 

2.4.1 Среднюю пробу грунта отбирают в воздушно-сухом состоянии методом квартования и взвешивают с точностью до 0.01 г. Результаты записать в журнал (таблица 2.2).

2.4.2 Взвешенную пробу просеивают сквозь набор сит с поддоном. Фракции грунта, задержавшиеся на ситах, высыпают (начиная с верхнего сита) в ступку и дополнительно растирают пестиком с резиновым наконечником, после чего вновь просеивают на этих же ситах.

2.4.3 Полноту просеивания фракций грунта проверяют встряхиванием каждого сита над листом бумаги. Если при этом на лист выпадают частицы, то их высыпают на следующее сито; просев продолжается до тех пор, пока на бумагу перестанут падать частицы.

2.4.4 Фракции грунта, задержавшиеся после просеивания на каждом сите и прошедшие в поддон, взвешивают с точностью до 0.01 г.

 

2.5 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

 

2.5.1 Рассчитать измеренную массу отдельных фракций грунта по формуле: .

2.5.2 Рассчитать суммарную массу фракций () и определить разность ∆ между массой пробы грунта () и суммарной массой фракций ():

 

Таблица 2.2 – Журнал ситового анализа

Масса пробы грунта m₁= г.

Визуальное описание грунта ____________________________________

 

Показатели	Фракции грунта, мм	ССумма
> 10	10-5	55-2	22-1	11-0.5	<0.5
Масса тары , г
Масса тары с грунтом , г
Измеренная масса фракции грунта , г
Исправленная масса фракции грунта , г
Содержание фракции , %

Дата определения______________________ 2006 г.

Наименование грунта по СТБ 943-93 ___________

Исполнитель _______________________________

(фамилия, имя, отчество, подпись)

 

 

2.5.3 Если разность ∆ не превышает допустимую (1 % от взятой для анализа пробы), то разбросать её пропорционально массе фракций, для чего можно воспользоваться формулой:

2.5.4 Для контроля снова просчитать исправленную суммарную массу фракций (). Она должна быть равной массе пробы грунта.

2.5.5 Процентное содержание в грунте каждой фракции с точностью 0.1 % вычисляют по формуле:

,

где – масса данной фракции грунта, г.;

– масса средней пробы грунта, взятой для анализа, г.

2.5.6 Для контроля пересчитывают сумму фракций в процентах. Она должна быть равной 100 %.

2.5.7 Результаты анализа регистрируют в журнале. Результаты анализа необходимо сопровождать указанием метода определения.

 

2.6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Какой грунт называется песчаным?

2. Что такое гранулометрический состав грунтов?

3. Гранулометрическая классификация песчаных грунтов по СТБ 943-93.

4. Необходимое оборудование для определения гранулометрического состава песков на ситах без промывки водой.

5. Ход опыта.

 

Лабораторная работа № 3

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ АРЕОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ (ГОСТ 12536-79)

 

3.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Гранулометрическим составом называется содержание по массе групп частиц (фракций) грунта различного размера по отношению к общей массе абсолютно сухого грунта.

Фракция – группа частиц грунта в заданном диапазоне размеров частиц.

Разработано много способов определения гранулометрического состава грунтов. Их можно объединить в шесть групп (глазомерный, полевой, ситовой, гидравлические способы, непрерывные способы анализа, в том числе и аэрометрический, центрифугирования). Согласно ГОСТ 12536-79 для определения гранулометрического состава песчаных грунтов рекомендуется ситовой метод без промывки водой и ситовой метод с промывкой водой.

В настоящее время в Беларуси действует классификация грунтов, закреплённая в СТБ 943-2007.

Согласно СТБ 943-2007 к глинистым грунтам относятся осадочные несцементированные грунты с числом пластичности .

В геологической практике широкое распространение получила также гранулометрическая классификация глинистых грунтов, предложенная В. В. Охотиным.

 

3.2 НЕОБХОДИМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Ареометр со шкалой 0.995 – 1 – 1.030 и ценой деления 0.0001 (1); набор сит с поддоном и крышкой: сита с размером отверстий 10; 5; 2; 1.0; 0.5; 0.25; 0.1 мм (2); весы лабораторные технические (3); стаканчики стеклянные (4); ступка фарфоровая, пестик с резиновым наконечником (5); чашка фарфоровая (6); шпатель (7); эксикатор с прокалённым хлористым кальцием; колба коническая плоскодонная ёмкостью 1000 см³ (8); цилиндр мерный ёмкостью один литр и диаметром мм (9); мешалка (10); термометр с погрешностью до (11); промывалка (12); пипетка на 25 мл (13); кисточка (14); баня песчаная (15); шкаф сушильный (16); плотная бумага; 25%-ный раствор аммиака (рис. 3.1).

3.3 ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.3.1 Следует отобрать методом квартования среднюю пробу грунта массой около 200 г. в воздушно-сухом состоянии и просеять сквозь набор сит с размером отверстий 10; 5; 2; 1 мм.

3.3.2 Отобрать методом квартования среднюю пробу грунта, прошедшего сквозь сито с размером отверстий 1 мм в заранее взвешенную фарфоровую чашку и взвесить его.

Масса средней пробы должна быть для глин около 20 г, для суглинков – около 30 г, для супесей – около 40 г.

Одновременно с взятием средней пробы для определения гранулометрического состава надлежит отобрать пробы грунта массой не менее 15 г каждая для определения гигроскопической влажности и плотности частиц грунта.

3.3.3 Производят опробование суспензии грунта на коагуляцию. Отбирают методом квартования пробу грунта массой около 2 г, растирают её с 4-6 мл дистиллированной воды в фарфоровой чашке пестиком с резиновым наконечником. Затем доливают в чашку ещё 14-16 мл дистиллированной воды и кипятят суспензию в течение 5- 10 минут.

 

 

Рис. 3.1 – Необходимое оборудование

 

 

Выливают суспензию в пробирку или мерный цилиндр ёмкостью 100-150 мл и доливают дистиллированную воду в таком количестве, чтобы объём суспензии был равен около 100 мл для глин, 70 мл – для суглинков и 50 мл – для супесей.

Взбалтывают суспензию и оставляют в покое на сутки. Если суспензия за это время коагулирует, выпавший на дно цилиндра осадок должен иметь рыхлую, хлопьевидную структуру, а жидкость над осадком должна быть прозрачная.

3.3.4 Среднюю пробу грунта, суспензия которого при опробовании на коагуляцию не коагулирует, перенести в колбу ёмкостью 100 мл, смывая остаток пробы в чашке струёй дистиллированной воды. Долить в колбу воду так, чтобы общее количество воды было десятикратным по отношению к массе средней пробы грунта.

Грунт, залитый водой, выдерживают одни сутки.

3.3.5 Прибавить в колбу 1 мл 25 %-ного раствора аммиака, закрыть воронкой диаметром 2-3 см и кипятить в течение 1 часа (кипячение не должно быть бурным). Охладить суспензию до комнатной температуры.

3.3.6 Суспензию необходимо слить в стеклянный цилиндр ёмкостью 1 л сквозь сито с размером отверстий 0.1 мм, помещённое в воронку диаметром приблизительно 14 см. Оставшиеся на внутренней поверхности колбы частицы следует тщательно смыть водой из промывалки.

3.3.7 Смыть задержавшиеся на сите частицы и агрегаты струёй воды в фарфоровую чашку, где их тщательно растереть пестиком с резиновым наконечником. Слить образовавшуюся в чашке взвесь в цилиндр сквозь сито с размером отверстий 0.1 мм. Растирание осадка в чашке и сливание взвеси сквозь сито продолжать до полного осветления воды над частицами, оставшимися на дне чашки.

3.3.8 Частицы грунта, задержавшиеся на сите, надлежит добавить к частицам, оставшимся на дне фарфоровый чашки, перенести их в заранее взвешенный фарфоровый тигель или стеклянный стаканчик, выпарить на песчаной бане, высушить в сушильном шкафу до постоянной массы.

3.3.9 Высушенные до постоянной массы частицы грунта следует просеять сквозь сита с размером отверстий 0.5; 0.25 и 0.1 мм.

Частицы грунта, прошедшие сквозь сито с размером отверстий 0.1 мм, следует перенести в цилиндр с суспензией.

Фракции грунта, задержавшиеся на ситах, следует взвесить. Результаты записать в журнал (таблица 3.1).

3.3.10 Суспензию в мерном цилиндре необходимо довести до объёма 1 л.

 

3.4 КАЛИБРОВКА АРЕОМЕТРА

 

3.4.1 Определение поправки на нулевое показание ареометра.

Ареометр опускают в мерный цилиндр с дистиллированной водой, имеющей температуру 20 ⁰С, и производят отсчёт плотности воды. Полученный отсчёт принимают за единицу плотности.

Разность между принятой единицей и замеренным отсчётом по ареометру равна поправке , которую вводят в расчёт.

Поправку прибавляют к каждому отсчёту по шкале ареометра, если ареометр при проверке показывает менее 1.000, и вычитают, если ареометр показывает более 1.000.

Таблица 3.1 – Журнал ареометрического анализа

Ареометр № Объём цилиндра = см³

Поправка на мениск = Плотность частиц грунта = г/см³

Поправка на нулевое показание Гигроскопическая влажность = %

ареометра = Навеска = г

Навеска = г

Результаты ситового анализа

Показатели

Фракции грунта, мм

> 10

10-5

5-2

2-1

1-0.5

0.5-0.25

0.25-0.1

< 0.1

Масса тары, г

Масса тары с грунтом, г

Масса фракции, г

Содержание фракции, %

Результаты ареометрического анализа

Дата и время замера

Время отстаивания суспензии от начала опыта

Упрощённый отсчёт по ареометру без поправок

Температура суспензии, 0С

Температурная поправка к отсчёту по ареометру

Упрощённый отсчёт с поправкой на нулевое показание, мениск и стабилизатор

Диаметр частиц, мм

Содержание частиц, %

Окончательный результат

d

В отдельной таблице 3.4

1 мин

30 мин

3 час

3.4.2 Определение поправки ни высоту мениска.

Поправку на высоту мениска вводят в расчёт, если ареометр градуирован на заводе по нижнему краю мениска. Для этого ареометр опускают в цилиндр с дистиллированной водой, имеющей температуру 20 ⁰С. Производят отсчёты по нижнему и верхнему краю мениска. Поправку прибавляют к каждому отсчёту по шкале ареометра при замерах плотности суспензии.

Если ареометр градуирован по верхнему краю мениска, то поправка не требуется.

3.4.3 Определение поправки на диспергатор.

Ареометр опускают в мерный цилиндр с налитой 950 мл дистиллированной водой, имеющей температуру 20 ⁰С, и производят отсчёт по верхнему краю мениска.

Добавляют в цилиндр диспергирующее вещество. Затем доливают в цилиндр воды до 1 л, смесь взбалтывают, вторично опускают в неё ареометр и производят отсчёт по верхнему краю мениска.

Разность между вторым и первым отсчётом и есть поправка на диспергатор. Поправку вычитают из каждого отсчёта по шкале ареометра при замерах плотности суспензии.

 

3.5 ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

3.5.1 Суспензию следует взболтать мешалкой в течение 1 минуты до полного взмучивания осадка со дна цилиндра, не допуская выплёскивания суспензии и отметить по секундомеру время окончания взбалтывания.

3.5.2 Определить по таблице 2 время взятия отсчёта по ареометру после окончания взбалтывания суспензии. Затем за 10-12 секунд до замера плотности суспензии следует осторожно опустить в неё ареометр, который должен свободно плавать, не касаясь стенок цилиндра, и взять отсчёт по ареометру . Продолжительность взятия отсчёта по ареометру должна быть не более 5-7 секунд.

Таблица 3.2 – Время взятия отсчёта по ареометру

Диаметр фракции зёрен грунта, мм	Время от конца взбалтывания суспензии до замера её плотности
менее 0.05	1 мин
менее 0.01	30 мин
менее 0.005	3 час

3.5.3 Осторожно вынуть ареометр из суспензии, ополоснуть его дистиллированной водой, насухо вытереть чистым полотенцем и поставить на штатив или в цилиндр с водой.

3.5.4. После извлечения ареометра осторожно опустить в цилиндр термометр и определить температуру суспензии. Замеры температуры повторять после каждого замера ареометра.

3.5.5 Показания ареометра и термометра занести в журнал (таблица 3.1).

 

3.6 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

3.6.1 Уточнить массу средней пробы грунта с поправкой на гигроскопическую влажность по формуле:

где - масса абсолютно-сухой пробы грунта, г;

- масса средней пробы грунта в воздушно-сухом состоянии,

- гигроскопическая влажность, %.

3.6.2 Вычисляют процентное содержание фракций грунта размером более 10; 10-5; 5-2; 2-1 мм с поправкой на гигроскопическую влажность по формуле:

,

где - содержание в грунте каждой фракции, %;

- масса данной фракции грунта, г;

- масса абсолютно-сухой пробы грунта, г.

3.6.3 По таблице 3.3 рассчитать температурную поправку (), результаты записать в журнал (таблица 3.1).

 

Таблица 3.3 – Температурная поправка к отсчётам по ареометру

Температура суспензии, 0С	Поправка () к отсчёту по ареометру	Температура суспензии, 0С	Поправка () к отсчёту по ареометру	Температура суспензии, 0С	Поправка () к отсчёту по ареометру
10.0	- 1.2	17.0	- 0.5	24.0	+0.8
10.5	- 1.2	17.5	- 0.4	24.5	+0.9
11.0	- 1.2	18.0	- 0.3	25.0	+1.0
11.5	- 1.1	18.5	- 0.3	25.5	+1.1
12.0	- 1.1	19.0	- 0.2	26.0	+1.3
12.5	- 1.0	19.5	- 0.1	26.5	+1.4
13.0	- 1.0	20.0	0.0	27.0	+1.5
13.5	- 0.9	20.5	+0.1	27.5	+1.6
14.0	- 0.9	21.0	+0.2	28.0	+1.8
14.5	- 0.8	21.5	+0.3	28.5	+1.9
15.0	- 0.8	22.0	+0.4	29.0	+2.1
15.5	- 0.7	22.5	+0.5	29.5	+2.2
16.0	- 0.6	23.0	+0.6	30.0	+2.3
16.5	- 0.6	23.5	+0.7

 

3.6.4 Содержание фракций грунта размером более 0.5; 0.25; 0.1 мм в % следует вычислять по формуле:

,

где - масса данной фракции грунта высушенной до постоянного веса, г;

- масса средней пробы грунта с поправкой на гигроскопическую влажность, г;

- суммарное содержание фракций грунта размером более 1.0 мм, %.

 

3.6.5 По данным каждого замера ареометром надлежит вычислить суммарное содержание грунта в % по формуле:

,

где - суммарное содержание всех фракций грунта менее данного размера, %;

- плотность частиц грунта, г/см³;

- плотность воды, равная 1 г/см³;

- масса абсолютно-сухой средней пробы грунта, г;

;

- суммарное содержание фракций грунта размером более 0.1 мм, %.

3.6.6 Определив суммарное процентное содержание фракций грунта с помощью ареометра, необходимо вычислить процентное содержание каждой фракции грунта последовательным вычитанием из большей величины меньшей.

3.6.7 Фракцию 0.1-0.05 мм находят по разности: из 100 % вычисляют сумму всех фракций, определяемых с помощью ареометра и ситовым анализом.

3.6.8 Результаты анализа надлежит регистрировать в журнале (таблица 3.4), в котором указывают процентное содержание в грунте фракций размером более 10; 10-5; 5-2; 2-1; 1-.05; 0.5-0.25; 0.25-0.01; 0.1-0.05; 0.05-0.01; 0.01-0.005 и менее 0.005 мм, а также методы подготовки грунта к анализу.

3.6.9 По классификации В. В.Охотина определить наименование грунта.

3.6.10 По данным таблицы 3.4 построить кривую гранулометрического состава в полулогарифмическом масштабе. Для построения кривой по оси абсцисс откладывают логарифмы от диаметров частиц. В начале координат ставят обычно число 0.001. Затем, принимая lg 10 равным произвольному отрезку, откладывают этот отрезок в правую сторону 4 раза, делая отметки и ставя против них последовательно числа 1.01; 0.10; 1.00; 10.00. Расстояния между каждыми двумя метками делят на девять частей пропорционально логарифмам чисел 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9.

В первом от начала координат интервале выделенные отрезки будут отвечать диаметрам частиц от 0.002 до 0.009 мм, во втором – от 0.02 до 0.09 мм, в третьем – от 0.2 до 0.9 мм, в четвёртом – от 2 до 9 мм.

Например, если принять, что lg 10 = 1 соответствует отрезку длиной 4 см, то:

lg 2 = 0.301 будет соответствовать отрезку 0.301 4 = 1.2 см,