Методические указания к решению задачи 1.

Грунты состоят из отдельных частиц различной формы, крупности и вещественного состава. Группа частиц с приблизительно одинаковыми диаметрами определенного диапазона называется фракцией. Наиболее распространенная классификация определяет следующие наименования грунтовых частиц в зависимости от фракций.

Процентное содержание фракций грунта по массе называется гранулометрическим (механическим) составом грунта. Это одна из важнейших характеристик, определяющих физико-механические свойства грунта. От нее в значительной мере зависят сжимаемость грунтов и их сопротивление сдвигу (деформационные и прочностные показатели), пористость и водопроницаемость, пластичность, усадка и разбухание (для связных грунтов) и др.

Гранулометрический состав определяется с помощью гранулометрического (механического) анализа, заключающегося в разделении грунта на отдельные фракции. Этот анализ необходим для определения: наименования песчаных грунтов по крупности (пески гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие, пылеватые); приблизительного значения коэффициента фильтрации (по эмпирическим формулам); возможности суффозии грунтов и т.д.

Существует много способов проведения гранулометрического анализа, наиболее распространенными из которых являются: ситовый, пипеточный, ареометрический и др. Ситовый способ применим для фракций грунта размером до 0,1 мм, пипеточный и ареометрический способы применяется для более мелких фракций - пылеватых и глинистых.

Для проведения ситового анализа необходимо следующее оборудование: технические весы с разновесами, шпатель, набор стандартных сит, чашечки и фарфоровая ступка.

В ходе выполнения анализа:

1. Образец песчаного грунта доводят до воздушно-сухого состояния и отбирают пробу массой 100 г.

2. Набор сит располагают вертикальной колонкой так, чтобы отверстия их уменьшались сверху вниз. На верхнее сито высыпают подготовленную навеску грунта.

3. Верхнее сито закрывают крышкой и легкими круговыми движениями в течение 3 мин просеивают грунт через набор сит. В результате просеивания проба грунта разделяется на фракции.

4. Содержимое каждого сита взвешивают. Полученный результат выражают в процентах к массе всей навески и заносят в журнал. Расхождение между массой навески и суммой масс всех фракций более 1% не допускается.

При определении гранулометрического состава песчаных грунтов используют ГОСТ 12536-79 «Методы лабораторного определения гранулометрического и микроагрегатного состава».

Классификация крупнообломочных и песчаных грунтов по ГОСТ 25100—95

Таблица 9.1 По зерновому составу

Примечания.

1. Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты содержа­ния частиц: сначала — крупнее 200 мм, затем—крупнее 10 мм и т. д. Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю. При наличии в крупнообломочном грунте песчаного заполнителя более 40 % или глинистого более 30 % от общей массы воздушно-сухого грунта, добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Например: щебень с заполнителем супесью пластичной.

2. По степени влажности крупнообломочные и песчаные фунты разделяются на: насыщен­ные водой S_r ≥ 0,8; средней степени насыщения 0,8 > S_r > 0,5; малой степени насыщения S_r ≤ 0,5.

3. По степени неоднородности Сuкрупнообломочные и песчаные грунты: однородные Сu< 3; неоднородные 3 < Сu.

4. По коэффициенту выветрелости крупнообломочных грунтов: невыветрелые 0 ≤ Кwr≤0,5; слабовыветрелые 0,5 ≤ К_wr ≤0,75; сильновыветрелые 0,75 ≤ K_wr≤1.

Задание

По результатам ситового анализа несвязанного грунта, представленным в таблице приложения, постройте интегральную кривую зернового состава, определите степень неоднородности, коэффициент выветрелости и дайте наименование грунта по этим показателям.

Пример решения

Для установления наименования грунта по зерновому составу последовательно определяют суммарное содержание частиц (%), начиная от наиболее крупных фракций, и сравнивают его с табличными значениями (см. таблица 9.1). В нашем случае грунт содержит более 50% частиц крупнее 2 мм (47+31+16 =94%), следовательно данный грунт является гравийным (с учетом преобладания окатанных частиц).

Для построения интегральной кривой зернового состава вычисляют суммарное содержание частиц (%), начиная от самых мелких фракций, результаты заносят в таблицу.

Диаметр частиц, d мм	<2	<5	<10	<20	<40	<60	<100	<200
Суммарное содержание частиц А, %

По этим данным строят кривую (см. рис. 9.1), откладывая по оси абсцисс диаметр частиц, а по оси ординат суммарное содержание частиц (%). Эффективные диаметры d₁₀ и d₆₀ находят по графику, проводя горизонтальные прямые через точки на оси ординат, соответствующие 10 и 60%, до пересечения с интегральной кривой, и опускают перпендикуляр из точек пересечения на ось абсцисс.

 

Рис. 9.1. Интегральная кривая зернового состава.

В нашем случае определяется: d₁₀ =3,1 мм, d₆₀ =12,5 мм, по этим данным вычисляют степень неоднородности грунта (С_u):

С_u = d₆₀ /d₁₀ .

Для указанных значений С_u =4,0.

Коэффициент выветрелости (k_wr) грунта определяют по выражению:

k_wr = (k₁-k₀)/k₁,

где k_{0 –} отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм до испытания на истираемость, k₁ – то же, после испытания на истираемость.

То есть, для данного варианта: k₀ = 6/94 = 0,06, после испытания на истираемость на сите 2 мм осталось 58% частиц, а менее 2 мм, следовательно, оказалось 42% частиц, тогда, k₁ = 42/58 = 0,72, и k_wr = (0,72-0,06)/0,72 = 0,92.

Таким образом, исследуемый грунт, с учетом проведенных вычислений и данных представленных в таблице 9.1, имеет наименование – крупнообломочный, гравийный, неоднородный, сильно выветрелый.