Министерство образования и науки
Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторных работ по дисциплине
«Механика грунтов»
Волгодонск 2011
УДК
Королёва Т.Н., Заяров Ю.В., Козловцев В.М.
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Механика грунтов» / Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ. – Волгодонск: ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2011. – 50 с.
Содержат рекомендации к выполнению лабораторных работ и требования к оформлению отчетов.
Методические указания предназначены для студентов III курса очной формы обучения по специальности 27010265 «Промышленное и гражданское строительство».
ã ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2011
ã Королёва Т.Н., Заяров Ю.В., Козловцев В.М., 2011
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Настоящие методические указания предназначены для выполнения студентами лабораторных работ по дисциплине «Механика грунтов».
Цель лабораторных работ – ознакомление студентов с методикой исследования физико-механических свойств грунтов и определения их характеристик, которые используются при проектировании сооружений различного назначения. При выполнении работ дополняются и закрепляются теоретические знания студентов.
Каждый студент, участвуя в коллективном выполнении работы, ведет свой конспект, в котором должны быть отражены следующие сведения:
1) понятие об определяемой характеристике;
2) принцип методики выполнения работы;
3) практическое значение характеристик;
4) краткое описание используемого оборудования (дополненное в необходимых случаях схемами);
5) цифровой материал проведенных опытов и испытаний;
6) результаты опытов, представленные в табличной или графической форме;
7) выводы и заключения.
В конце занятия каждым студентом оформляется отчет о лабораторной работе, который предъявляется преподавателю.
Лабораторная работа №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ ВЫСУШИВАНИЯ ДО ПОСТОЯННОЙ МАССЫ
Цель работы: определить влажность грунта и ознакомиться с методом высушивания грунта до постоянной массы.
Оборудование и материалы: шкаф сушильный или вакуумный сушильный; термометр по ГОСТ 2823-73Е со шкалой от 0 до 200°С, с ценой деления 2°С; эксикатор по ГОСТ 23932-79Е с кальцием хлористым по ГОСТ 4460-77, прокаленным в муфельной печи; стаканчики стеклянные по ГОСТ 23932-79Е или алюминиевые ВС-1 с крышками; шпатели металлические; нож с прямым лезвием; щипцы тигельные; весы лабораторные по ГОСТ 24104-80Е с гирями по ГОСТ 7328-82Е; ступка фарфоровая и пестик с резиновым наконечником; набор сит.
Пояснения к работе
Грунт представляет собой природное образование, состоящее из минеральной части (скелета) и пор заполненных водой и газом. В состав отдельных грунтов входят также органо-минеральные и органические соединения.
Твердая, жидкая и газообразная составляющие определяют фазовое состояние грунта. Лабораторным путем определяются в соответствии с ГОСТ 5180-84 три основные фазовые характеристики: плотность, плотность частиц грунта и его влажность.
Влажность грунта отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы.
Влажность грунта следует определятькак отношение массы воды, удаленной из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе высушенного грунта.
Влажность меняется в пределах 0,01-0,6; но встречаются грунты (например, илы, торф) для которых влажность может быть больше единицы.
Порядок выполнения работы
Подготовка к испытаниям
1.1 Пробу грунта для определения влажности отбирают массой 15-50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный стаканчик и плотно закрывают крышкой.
1.2 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 № 1 и выдержанного открытым не менее 2 ч при данной температуре и влажности воздуха.
Проведение испытаний
2.1 Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают.
2.2 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 Песчаные грунты высушивают в течение 3 ч, а остальные – 5 ч.
Последующие высушивания песчаных грунтов производят в течение 1 ч, остальных – в течение 2 ч. Загипсованные грунты высушивают в течение 8 ч. Последующие высушивания производят в течение 2 ч.
2.4 После каждого высушивания грунт в стаканчике охлаждаютвэксикаторе с хлористым кальцием до температуры помещения и взвешивают.
Высушивание производят до получения разности масс грунта со стаканчиком при двух последующих взвешиваниях не более 0,02 г.
2.5 Если при повторном взвешивании грунта, содержащего органические вещества, наблюдается увеличение массы, то за результат взвешивания принимают наименьшую массу.
Обработка результатов
3.1 Влажность грунта w, %, вычисляют по формуле:
, (1)
где т – масса пустого стаканчика с крышкой, г;
m 1 – масса влажного грунта со стаканчиком и крышкой, г;
m 0 – масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.
Допускается выражать влажность грунта в долях единицы.
Требования к отчету
1. Записать цель работы, описать оборудование, инструменты и материалы.
2. Описать методику определения влажности грунта методом высушивания до постоянной массы.
3. Заполнить журнал определения влажности грунта (табл. 1), произвести обработку полученных результатов и сделать выводы по работе.
Таблица 1. Журнал определения влажности грунта.
| № п/п | Дата | Лабора- торный номер образца | Номер стакан- чика | Масса стаканчика с крышкой, m, г | Масса влажного грунта со стакан- чиком и крышкой m 1, г | Масса высушенного грунта со стакан- чиком и крышкой m 0, г | Влажность w, % | ||
| 1-е взвеши- вание | 2-е взвеши- вание | 
| средняя | ||||||
Контрольные вопросы
1. Сущность метода высушивания грунта до постоянной массы?
2. Дать краткую характеристику трем основным составляющим грунта?
3. В каком виде в грунтах встречается вода?
4. Пределы изменения влажности?
5. Что называется влажностью грунта?
Лабораторная работа №2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ РЕЖУЩЕГО КОЛЬЦА
Цель работы: определить плотность грунта и изучить метод режущего кольца для ее определения.
Оборудование и материалы: нож с прямым лезвием; весы лабораторные по ГОСТ 24104-80Е с гирями по ГОСТ 7328-82Е; кольца-пробоотборники; лопатка плоская; штангенциркуль по ГОСТ 166-80; пресс винтовой; насадка для вдавливания колец; пластинки гладкие (стекло, металл и т. д.); вазелин технический; консистентная смазка (тавот и т. п.).
Пояснения к работе
Плотность грунта (ρ) определяется отношением массы образца грунта к его объему:
, (2)
где 
;
; 
;
здесь m – масса грунта;
ms, mw – соответственно масса твердых частиц и воды;
V – объем грунта;
Vs – объем твердых частиц;
Vp, Vw, Vg – соответственно объем пор, воды и газа.
Порядок выполнения работы
Подготовка к испытаниям
1.1 Согласно требованиям ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик» по табл. 2 выбирают режущее кольцо-пробоотборник.
Таблица 2. Размеры колец-пробоотборников
| Размеры кольца-пробоотборника | ||||
| Наименование и состояние грунтов | Толщина стенки, мм | Диаметр внутренний d, мм | Высота h | Угол заточки наружного режущего края |
| Немерзлые пылевато-глинистые грунты | 1,5–2,0 | ³ 50 | 0,8 d ³ h > 0,3 d | Не более 30° |
| Немерзлые и сыпуче-мерзлые песчаные грунты | 2,0–4,0 | ³ 70 | d ³ h > 0,3 d | То же |
| Мерзлые пылевато-глинистые грунты | 3,0–4,0 | ³ 80 | h = d | 45° |
Кольца-пробоотборники изготавливают из стали с антикоррозионным покрытием или из других материалов, не уступающих по твердости и коррозионной стойкости.
1.2 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.
1.3 Пластинки с гладкой поверхностью (из стекла, металла и т. д.) нумеруют и взвешивают.
Проведение испытаний
2.1 Кольцо-пробоотборник смазывают с внутренней стороны тонким слоем вазелина или консистентной смазки.
2.2 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.
2.3 Кольцо с грунтом и пластинками взвешивают.
Обработка результатов
3.1 Плотность грунта r, г/см3, вычисляют по формуле:
, (3)
где m 1 – масса грунта с кольцом и пластинками, г;
т 0 – масса кольца, г;
m 2 – масса пластинок, г;
V – внутренний объем кольца, см3.
Наиболее часто встречаемые в строительной практике грунты имеют плотность 1,3-2,6 г/см3.
Требования к отчету
1. Дать описание исходным данным: цель работы, оборудование, инструменты и материалы.
2. Изложить методику определения плотности грунта методом режущего кольца.
3. Результаты работы занести в журнал определения плотности грунта методом режущего кольца (табл. 3).
4. Сделать выводы по работе.
Таблица 3. Журнал определения плотности грунта методом режущего кольца
| № п/п | Дата | Номер кольца | Номер пластинок | Масса кольца с грунтом и пластин- ками m 1, г | Масса кольца m 0, г | Масса пластинок, г | Масса грунта, г | Объем грунта V, см3 | Плотность грунта r, г/см3 | |||
| верх- ней | ниж- ней | верх- ней | ниж- ней | образца | средняя | |||||||
Контрольные вопросы
1.Сущность определения плотности грунта методом режущего кольца?
2. Что такое плотность?
3. На какие составляющие можно разделить «объем грунта»?
4. Из каких составляющих состоит «объем пор»?
5. Каковы размеры колец-пробоотборников для различных пород грунта?
Лабораторная работа №3
