Вконтакте Facebook Twitter Лента RSS

Максимальная плотность грунта оптимальной влажности. Определение максимальной плотности грунтов

ГОСТ 22733-2002

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ГРУНТЫ

Метод лабораторного определения
максимальной плотности

МЕЖГОСУДАРСТВЕННАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОМИССИЯ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, ТЕХНИЧЕСКОМУ НОРМИРОВАНИЮ
И СЕРТИФИКАЦИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (МНТКС)
Москва

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Государственным дорожным научно-исследовательским институтом (ФГУП «СоюздорНИИ»)

ВНЕСЕН Госстроем России

2 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) 24 апреля 2002 г.

Наименование государства

Наименование органа государственного управления строительством

Азербайджанская Республика

Госстрой Азербайджанской Республики

Республика Армения

Министерство градостроительства Республики Армения

Кыргызская Республика

Государственная инспекция по архитектуре и строительству при Правительстве Кыргызской Республики

Республика Молдова

Министерство экологии, строительства и развития территорий Республики Молдова

Российская Федерация

Госстрой России

3 ВЗАМЕН ГОСТ 22732-77

4 ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 1 июля 2003 г. в качестве государственного стандарта Российской Федерации постановлением Госстроя России от 27 декабря 2002 г. № 170

ГОСТ 22733-2002

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ГРУНТЫ

Метод лабораторного определения максимальной плотности

SOILS .
Laboratory method for determination of maximum density

Дата введения 2003-07-01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на природные и техногенные дисперсные грунты и устанавливает метод лабораторного определения максимальной плотности сухого грунта и соответствующей ей влажности при их исследовании для строительства.

Стандарт не распространяется на органо-минеральные и органические грунты и грунты, содержащие частицы крупнее 20 мм.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 166-89 Штангенциркули. Технические условия

ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 1770-74 Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 8269.0-97 Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний

ГОСТ 9147-80 Посуда и оборудование лабораторные фарфоровые. Технические условия

ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов

ГОСТ 23932-90 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Общие технические условия

ГОСТ 24104-2001 Весы лабораторные. Общие технические требования

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация

ГОСТ 29329-92 Весы для статического взвешивания. Общие технические требования

ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания . Общие положения.

3 Определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

Максимальная плотность (стандартная плотность) - наибольшая плотность сухого грунта, которая достигается при испытании грунта методом стандартного уплотнения.

Оптимальная влажность - значение влажности грунта, соответствующее максимальной плотности сухого грунта.

Стандартное уплотнение - послойное (в три слоя) уплотнение образца грунта с постоянной работой уплотнения.

График стандартного уплотнения - графическое изображение зависимости изменения плотности сухого грунта от влажности при испытании методом стандартного уплотнения.

Остальные термины, используемые в настоящем стандарте, приведены в ГОСТ 5180 , ГОСТ 12071 , ГОСТ 25100 , ГОСТ 30416 .

4 Общие положения

4.1 Метод стандартного уплотнения заключается в установлении зависимости плотности сухого грунта от его влажности при уплотнении образцов грунта с постоянной работой уплотнения и последовательным увеличением влажности грунта.

Результаты испытания оформляют в виде графика стандартного уплотнения.

4.2 Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию, приборам и лабораторным помещениям приведены в ГОСТ 30416 .

4.3 Для испытания грунта методом стандартного уплотнения используют образцы грунта нарушенного сложения, отобранные из горных выработок (шурфов, котлованов, буровых скважин и т.п.), в обнажениях или в складируемых массивах предполагаемого для использования в сооружениях грунта в соответствии с требованиями ГОСТ 12071 .

4.4 Число последовательных испытаний грунта при увеличении его влажности должно быть не менее пяти, а также достаточным для выявления максимального значения плотности сухого грунта по графику стандартного уплотнения.

4.5 Допустимое расхождение между результатами параллельных определений, полученными в условиях повторяемости, выраженное в относительных единицах, не должно превышать для максимального значения плотности сухого грунта 1,5 %, для оптимальной влажности - 10 %.

Если расхождения превышают допустимые значения, следует проводить дополнительное испытание.

5 Оборудование и приборы

5.1 В состав установки для испытания грунта методом стандартного уплотнения должны входить:

устройство для механизированного или ручного уплотнения грунта падающим с постоянной высоты грузом;

форма для образца грунта.

Принципиальная схема установки приведена в приложении .

Примечание - Допускается применять установки других конструкций при условии проведения сопоставительных испытаний для каждой разновидности грунта.

5.2 Конструкция устройства для уплотнения грунта должна обеспечивать падение груза массой (2500 ± 25) г по направляющей штанге с постоянной высоты (300 ± 3) мм на наковальню диаметром (99,8-0,2) мм. Отношение массы груза к массе направляющей штанги с наковальней должно быть не более 1,5.

5.3 При механизированном способе уплотнения в состав устройства должен входить механизм подъема груза на постоянную высоту и счетчик числа ударов.

5.4 Форма для образца грунта должна состоять из цилиндрической части, поддона, зажимного кольца и насадки.

5.5 Цилиндрическая часть формы должна иметь высоту (127,4 ± 0,2) мм и внутренний диаметр (100,0 + 0,3) мм. Временное сопротивление металла цилиндрической части формы должно быть не менее 400 МПа. Цилиндрическая часть формы может быть цельной или состоящей из двух разъемных секций.

5.6 Установка должна размещаться на жесткой горизонтальной плите (бетонной или металлической) массой не менее 50 кг. Отклонение поверхности от горизонтали не должно быть более 2 мм/м.

5.7 При испытании грунта методом стандартного уплотнения применяют следующие средства измерения, вспомогательное оборудование и инструменты:

весы для статического взвешивания на 2-5 кг среднего класса точности по ГОСТ 29329 ;

весы лабораторные на 0,2-1,0 кг 4-го класса точности по ГОСТ 24104 ;

линейка длиной не менее 300 мм по ГОСТ 427 ;

цилиндры мерные вместимостью 100 мл и 50 мл с ценой деления не более 1 мл по ГОСТ 1770 ;

чашки металлические для испытаний вместимостью 5 л;

стаканчики для взвешивания ВС-1 с крышками;

устройство растирочное или ступка фарфоровая с пестиком по ГОСТ 9147 ;

шкаф сушильный;

набор сит с диаметром отверстий 20, 10 и 5 мм;

эксикатор Э-250 по ГОСТ 23932 ;

шпатель металлический;

нож лабораторный с прямым лезвием длиной не менее 150 мм.

5.8 Лабораторные весы должны обеспечивать взвешивание грунта и формы в процессе испытания с погрешностью ±1 г.

5.9 Средства измерений должны пройти поверку или калибровку, а испытательное оборудование должно быть аттестовано в установленном порядке.

6 Подготовка к испытанию

6.1 Подготовка пробы грунта

6.1.1 Необходимая для подготовки пробы грунта масса образца грунта нарушенного сложения при естественной влажности должна быть не менее 10 кг при наличии в грунте частиц крупнее 10 мм и не менее 6 кг - при отсутствии частиц крупнее 10 мм.

6.1.2 Представленный для испытания образец грунта нарушенного сложения высушивают при комнатной температуре или в сушильном шкафу до воздушно-сухого состояния. Высушивание в сушильном шкафу несвязных минеральных грунтов допускается производить при температуре не более 100 °С, связных - не более 60 °С. В процессе сушки грунт периодически перемешивают.

6.1.3 Размельчают агрегаты грунта (без дробления крупных частиц) в растирочном устройстве или в фарфоровой ступке.

6.1.4 Грунт взвешивают (m р ) и просеивают через сита с отверстиями диаметром 20 мм и 10 мм. При этом вся масса грунта должна пройти через сито с отверстиями диаметром 20 мм.

6.1.5 Взвешивают отсеянные крупные частицы ( m k ).

Если масса частиц грунта крупнее 10 мм составляет 5 % и более, дальнейшее испытание проводят с пробой грунта, прошедшего через сито 10 мм. Если масса частиц грунта крупнее 10 мм составляет менее 5 %, производят дальнейшее просеивание грунта через сито с отверстиями диаметром 5 мм и определяют содержание частиц крупнее 5 мм. В этом случае дальнейшее испытание проводят с пробой грунта, прошедшего через сито 5 мм.

6.1.6 Из отсеянных крупных частиц отбирают пробы для определения их влажности w k и средней плотности частиц r k по ГОСТ 8269.0 .

6.1.7 Из грунта, прошедшего через сито, отбирают пробы для определения его влажности в воздушно-сухом состоянии w g по ГОСТ 5180 .

6.1.8 Вычисляют содержание в грунте крупных частиц К , %, с точностью 0,1 % по формуле

, (1)

где m k - масса отсеянных крупных частиц, г;

w g - влажность просеянного грунта в воздушно-сухом состоянии, %;

т p - масса образца грунта в воздушно-сухом состоянии, г;

w k - влажность отсеянных крупных частиц, %.

6.1.9 Отбирают из просеянного грунта методом квартования пробу грунта для испытания (т ¢ p ) массой 2500 г.

Допускается проводить весь цикл испытаний с использованием одной отобранной пробы.

При испытании грунтов, содержащих частицы, легко разрушающиеся при уплотнении, отбирают несколько отдельных проб. В этом случае каждую пробу испытывают только один раз.

6.1.10 Помещают отобранную пробу в металлическую чашку для испытаний.

6.1.11 Рассчитывают количество воды Q , г, для доувлажнения отобранной пробы до влажности первого испытания по формуле

, (2)

где т ¢ p - масса отобранной пробы, г;

w 1 - влажность грунта для первого испытания, назначаемая по таблице , %;

w g - влажность просеянного грунта в воздушно-сухом состоянии, %.

(Опечатка.)

Таблица 1

6.1.12 В отобранную пробу грунта вводят рассчитанное количество воды за несколько приемов, перемешивая грунт металлическим шпателем.

6.1.13 Переносят пробу грунта из чашки в эксикатор или плотно закрываемый сосуд и выдерживают ее при комнатной температуре не менее 2 ч для несвязных грунтов и не менее 12 ч - для связных грунтов.

6.2 Подготовка установки для испытания

6.2.1 Взвешивают цилиндрическую часть формы (т с ).

6.2.2 Устанавливают цилиндрическую часть формы на поддон, не зажимая ее винтами.

6.2.3 Устанавливают зажимное кольцо на верхний бортик цилиндрической части формы.

6.2.4 Зажимают цилиндрическую часть формы попеременно винтами поддона и кольца.

6.2.5 Протирают внутреннюю поверхность формы ветошью, смоченной керосином, минеральным маслом или техническим вазелином.

6.2.6 Устанавливают собранную форму на плиту основания.

6.2.7 Проверяют соосность направляющей штанги и цилиндрической части формы и свободный ход груза по направляющей штанге.

7 Проведение испытания

7.1 Испытание проводят, последовательно увеличивая влажность грунта испытываемой пробы. При первом испытании влажность грунта должна соответствовать значению, установленному в . При каждом последующем испытании влажность грунта следует увеличивать на 1 - 2 % для несвязных грунтов и на 2 - 3 % - для связных грунтов.

Количество воды для увлажнения испытываемой пробы определяют по формуле (), принимая в ней за w g и w 1 соответственно влажности при предыдущем и очередном испытаниях.

7.2 Испытание пробы грунта проводят в следующем порядке:

Переносят пробу из эксикатора в металлическую чашку и тщательно перемешивают;

Загружают в собранную форму из пробы слой грунта толщиной 5-6 см и слегка уплотняют рукой его поверхность. Производят уплотнение 40 ударами груза по наковальне с высоты 30 см, зафиксированной на направляющей штанге. Аналогичную операцию производят с каждым из трех слоев грунта, последовательно загружаемых в форму. Перед загрузкой второго и третьего слоев поверхность предыдущего уплотненного слоя взрыхляют ножом на глубину 1-2 мм. Перед укладкой третьего слоя на форму устанавливают насадку;

После уплотнения третьего слоя снимают насадку и срезают выступающую часть грунта заподлицо с торцом формы. Толщина выступающего слоя срезаемого грунта не должна быть более 10 мм.

Примечание - Если выступающая часть грунта превышает 10 мм, необходимо выполнить дополнительное число ударов из расчета один удар на 2 мм превышения.

7.3 Образующиеся после зачистки поверхности образца углубления вследствие выпадения крупных частиц заполняют вручную грунтом из оставшейся части отобранной пробы и выравнивают ножом.

7.4 Взвешивают цилиндрическую часть формы с уплотненным грунтом (т i ) и вычисляют плотность грунта r i , г/см 3 , по формуле

, (3)

где m i - масса цилиндрической части формы с уплотненным грунтом, г;

т с - масса цилиндрической части формы без грунта, г;

V - вместимость формы, см 3 .

7.5 Извлекают из цилиндрической части формы уплотненный образец грунта. При этом из верхней, средней и нижней частей образца отбирают пробы для определения влажности грунта ( w i ) no ГОСТ 5180 .

Извлеченный из формы грунт присоединяют к оставшейся в чашке части пробы, измельчают и перемешивают. Размер агрегатов не должен превышать наибольшего размера частиц испытываемого грунта.

Повышают влажность пробы согласно . После добавления воды грунт тщательно перемешивают, накрывают влажной тканью и выдерживают не менее 15 мин для несвязных грунтов и не менее 30 мин - для связных грунтов.

7.6 Второе и последующие испытания грунта следует проводить в соответствии с - .

7.7 Испытание следует считать законченным, когда с повышением влажности пробы при последующих двух испытаниях происходит последовательное уменьшение значений массы и плотности уплотняемого образца грунта, а также когда при ударах происходит отжатие воды или выделение разжиженного грунта через соединения формы.

Примечание - Уплотнение однородных по гранулометрическому составу и дренирующих грунтов прекращают после появления воды в соединениях формы независимо от числа ударов при уплотнении образца.

7.8 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении .

8 Обработка результатов

8.1 По полученным в результате последовательных испытаний значениям плотности и влажности грунта вычисляют значения плотности сухого грунта r di , г/см 3 , с точностью 0,01 г/см 3 по формуле

, (4)

где r i - плотность грунта, г/см 3 ;

w i - влажность грунта при очередном испытании, %.

8.2. Строят график зависимости изменения значений плотности сухого грунта от влажности (приложение ). По наивысшей точке графика для связных грунтов находят значение максимальной плотности (r d max ) и соответствующее ему значение оптимальной влажности (w opt ).

8.3 Для несвязных грунтов график стандартного уплотнения может не иметь заметно выраженного максимума. В этом случае значение оптимальной влажности принимают на 1,0 % - 1,5 % менее влажности w i , при которой происходит отжатие воды. Значение максимальной плотности принимают по соответствующей ей ординате. При этом 1,0 % принимают для песков гравелистых, крупных и средней крупности; 1,5 % - для мелких и пылеватых песков.

были удалены из пробы, то для учета влияния их состава корректируют установленное согласно , значение максимальной плотности сухого грунта r ¢ d max по формуле

, (5)

где p k - плотность крупных частиц, г/см 3 ;

К - содержание крупных частиц в грунте, %.

Значение оптимальной влажности грунта w ¢ opt , %, определяют по формуле

w ¢ opt = 0,01 w opt (100 - K ). (6)

8.5. Для контроля правильности испытания связных грунтов строят «линию нулевого содержания воздуха», показывающую изменение плотности сухого грунта от влажности при полном насыщении его пор водой.

Пары чисел r di и w i для построения «линии нулевого содержания воздуха» при плотности частиц грунта r s определяют, задаваясь значениями влажности, по формуле

, (7)

где r s - плотность частиц грунта, определяемая по ГОСТ 5180 , г/см 3 ;

r w - плотность воды, равная 1 г/см 3 .

Допускается принимать пары чисел r di и w i по приложению .

Нисходящая часть графика стандартного уплотнения не должна пересекать «линию нулевого содержания воздуха».

8.6 При необходимости сравнения или приведения значений максимальной плотности и оптимальной влажности грунта к значениям, полученным методами Проктора, допускается использовать переходные коэффициенты, приведенные в приложении .

Принципиальная схема установки для испытания грунта методом стандартного уплотнения

1 - поддон; 2 - разъемная форма; 3 - зажимное кольцо; 4 - насадка; 5 - наковальня; 6 - груз массой 2,5 кг; 7 - направляющая штанга; 8 - ограничительное кольцо; 9 - зажимные винты; 10 - образец грунта

Рисунок A .1

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(рекомендуемое)

Журнал испытания грунта методом стандартного уплотнения

ОБЪЕКТ ________________________________________________________________

Место отбора грунта ______________________________________________________

Глубина отбора грунта (м) _____________ мощность слоя грунта (м) _____________

Разновидность грунта _____________________________________________________

Дата отбора ______________________________________________________________

Масса пробы грунта, прошедшего через сито с отверстиями диаметром 20 мм (после размельчения) m p , г __________________________________________________________

Данные по остатку на сите частиц (после просеивания пробы):

а) масса крупных частиц m k , г ____

б) влажность крупных частиц w k , % ____

в) средняя плотность крупных частиц r k , г/см 3 ________________________________

Влажность прошедшего через сито грунта w g , % _______________________________

Масса отобранных для испытания проб грунта m p , кг ___________________________

Максимальная плотность сухого грунта r d max , г/см 3 ____________________________

Оптимальная влажность грунта w opt , % _______________________________________

Максимальная плотность сухого грунта с учетом частиц крупнее 5 или 10 мм r ¢ d max , г/см 3 ______________________________________________________________________

Оптимальная влажность грунта с учетом частиц крупнее 5 или 10 мм w ¢ opt , % ______

Дата испытания ________________________ (начало) ___________________ (конец)

Таблица Б.1

№ испытания

Определение плотности

Определение влажности

Плотность сухого грунта, г/см 3 (по )

Масса, г

Плотность грунта, г/см 3 (по )

№ стаканчика для взвешивания

Масса, г

Влажность w , %

формы т с

формы с уплотненным грунтом m i

уплотненного грунта m i - т с

пустого стаканчика

стаканчика с влажным грунтом

стаканчика с сухим грунтом

абсолютная

средняя

Образец графического оформления результатов испытания грунта методом стандартного уплотнения

Масштаб графиков: по горизонтали 1 см - 1 % для w ;

по вертикали 1 см - 0,02 г/см 3 для r d

Рисунок В.1

ПРИЛОЖЕНИЕ Г
(справочное)

Таблица пар чисел влажности w i и плотности сухого грунта r di для построения «линии нулевого содержания воздуха»

Таблица Г.1

Влажность w i , %

Плотность сухого грунта r di , г/см 3 , при плотности частиц грунта r s

2,58

2,70

2,74

2,45

2,13

2,15

2,08

2,11

2,04

2,06

2,00

2,02

1,96

1,98

1,92

1,94

1,89

1,91

1,85

1,87

1,82

1,83

1,78

1,80

1,75

1,77

1,73

1,74

1,65

1,67

1,69

1,69

1,71

1,62

1,65

1,65

1,66

1,68

1,60

1,62

1,63

1,64

1,65

1,57

1,59

1,60

1,61

1,63

1,54

1,57

1,58

1,59

1,60

1,52

1,54

1,55

1,56

1,57

1,50

1,52

1,53

1,54

1,55

1,48

1,50

1,51

1,51

1,53

1,45

1,48

1,49

1,49

1,50

Примечание - Плотность частиц грунта r s определяют по ГОСТ 5180 или принимают в зависимости от разновидности грунта.

w opt

r d max

w opt

r d max

w opt

r d max

w opt

Метод Проктора стандартный

1,0

1,0

0,99

1,02

0,96

1,03

0,97

1,02

Метод Проктора модифицированный

1,02

0,87

1,05

0,84

1,06

0,85

1,06

0,88

Примечание - Приведение значений максимальной плотности и оптимальной влажности для основных разновидностей грунтов, определяемых методом стандартного уплотнения, к значениям, полученным методами Проктора, осуществляют путем умножения на соответствующие коэффициенты, приведенные в таблице.

Ключевые слова : плотность грунта,плотность сухого грунта, влажность грунта, стандартная плотность, оптимальная влажность грунта, график стандартного уплотнения

Цель работы :

Определить максимальную плотность грунта при его оптимальной влажности

Сущность метода:

Метод заключается в установлении зависимости плотности скелета грунта от его влажности при трамбовании образцов и в определении по этой зависимости максимальной величины плотности скелета грунта ( d макс).

Влажность, при которой достигнута максимальная плотность скелета грунта, является оптимальной влажностью (W опт).

Для установления зависимости плотности скелета грунта от его влажности проводят серию отдельных испытаний грунта на уплотнение с последовательным увеличением его влажности. Ре­зультаты испытаний представляют в виде графика. Количество от­дельных испытаний для построения графика должно быть не менее шести, а также достаточным для выявления максимального значе­ния плотности скелета грунта.

Испытание грунтов осуществляют в приборе Союздорнии» для стандартного уплотнения грунтов путем послойного трамбования грунта ударами груза массой 2,5кг, пада­ющего с высоты 300мм; при этом общее число ударов должно сос­тавить 120.

Пробы грунта (образцы нарушенного сложения) следует отбирать в естественных и искусственных обнажениях и горных выработках из однородного по виду слоя грунта.Масса пробы грунта должна быть не менее10кг

Оборудование:

    прибор Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов;

    весы с точностью 0.01 г.;

    шкаф сушильный;

    сито с отверстиями 10мм;

    чашки металлические емкостью не менее 5л;

    цилиндры мерные с носиком емкостью 100и 500мл;

    лопаточка мастерок;

    линейка металлическая длиной 30см;

    штангенциркуль;

    бюксы (стаканчики).

Рис.4 Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов.

1поддон; 2разъемный цилиндр емкостью 1000см 3 ;

3 - кольцо; 4 - насадка;5-наковальня;

8 -ограничительное кольцо; 9 - зажимные винты.

Порядок работы:

    Обработать пробы грунта массой 10кг, выделить и подготовить отдельные пробы грунта массой 2,5кг к испытанию.

    Заранее подготовленную пробу грунта доувлажняют до исходной влажности (W 3), принимаемой равной 4%для песчаных, гравий­ных грунтов и 8%для глинистых грунтов. Необходимой для доувлажнения пробы грунта количество воды (Q ) определяют по формуле 4.1

(4.1)

m 3 -массу грунта, оставшегося от предыдущего испытания;

W 1 иW 3 -соответственно влажности, задаваемые при предыдущем и очередном испытаниях.

    Вводят в пробы грунта рассчитанное количество воды и одновременно перемешивают грунт лопаточкой-мастерком.

    Испытания грунта проводят последовательно с отдельными пробами грунта. Влажность пробы при первом испытании должна равняться исходной.При каждом после­дующем испытании влажность следует увеличивать на 1-2%для песчаных, гравийных грунтов и 2-3 %для глинистых грунтов. Ко­личество воды для доувлажнения пробы определяют по формуле (4.1.

    Каждую отдельную пробу следует испытывать один раз. Уплотнение грунта каждой пробы должно выполняться путем последовательного трамбования трех слоев.

    Подготовленную пробу грунта переносят в металлическую чашку, а затем слоями, загружают в цилиндр прибора, при­жимая грунт трамбовкой. Каждый слой должен иметь высоту 5-6 см и уплотняться 40ударами груза, при этом стержень трамбовки необходимо удерживать в вертикальном положении.

    Перед загруз­кой второго и третьего слоев поверхность предыдущего слоя взрыхляют ножом на глубину 1-2мм. Перед укладкой третьего слоя на цилиндр надевают насадку. После уплотнения третьего слоя насадку снимают и срезают выступающую часть образца заподлицо с торцом цилиндра.

    Массу контейнера с грунтом (m 5)определяют с погрешностью до 1г и рассчитывают плотность влажного образца грунта ()с погрешностью до 0,01г/см 3 по формуле 4.2

где V - емкость цилиндра, равная 1000см 3 ;

    Снимают поддон и кольцо, раскрывают цилиндр и извлекают уплотненный образец грунта. Из средней части образца отбирают пробу массой не менее 30г для определения влажности грунта (W ) (лабораторная работа №1).

    Извлеченный из цилиндра грунт присоединяют к оставшейся в чашке части пробы, растирают, перемешивают и взвешивают. За­тем повышают влажность пробы согласно заранее рассчитанной порции воды.После добавления воды грунт перемешивают.

    Второе и последующие испытания грунта на уплотнение должны проводиться аналогично первому.

    Испытания по определению максимальной плотности скеле­та грунта следует считать законченными тогда, когда с повышени­ем влажности пробы при последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшении значении плотности уплотненных образцов грунта или когда грунт перестает уплотняться и начинает при ударах груза выжиматься из прибора.

    Результаты определений записывают в таблицу 4.

Обработка результатов:

По полученным в результате испытаний значениям плот­ности и влажности уплотненных образцов определяют плотность скелета грунта ( d)с погрешностью до 0,01г/см 3 по формуле 4.3

(4.3)

Строят график зависимости плотности скелета от влажнос­ти грунта,откладывая по оси абсцисс влажность уплотненных образцов в масштабе 1см-2%,а по оси орди­нат-плотность скелета грунта в масштабе 1см-0,05г/см 3 .

На­ходят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта ( d) на оси ординат и оптимальной влажности (W опт) на оси абсцисс. Точность считывания значений должна быть для ( d мах - 0,01г/см 3 , а дляW опт 0,1%.

Если при построении графика кривая зависимости получается без заметно выраженного пика, что может иметь место для песчаных и гравийных грунтов, за d мах следует принимать достигнутую максимальную плотность скелета грунта, а заW опт -наименьшее значение влажности, при которой достигается максимальная плотность скелета грунта.

Таблица4 Результаты о пределения максимальной плотности грунта

Определение плотности, г/см 3

Определение влажности

Плотность скелета

уплотненного образца грунта

 d = ___

плотность уплотненного образца грунта =m 5 – m 4

Влажность W , %

контейнера без насадки m 4

контейнера без насадки с уплотненным образцом грунта m 5

уплотненного образца грунта

(m 5 – m 4)

пустого бюкса

бюкса с влажной пробой грунта m 7

бюкса с сухим грунтом m 8

W=m 7 –m 8 / m 8 –m 6

Рис.4.2 Пример построения графика зависимости плотности скелета грунта от влажности при стандартном уплотнении.

Для грунта, находящегося в трехфазном состоянии (скелет + вода + воздух), без учета его структурных особенностей единичный объем составит:
ρск/ρ+Wρск/100+σ/100=1,
где ρ - плотность грунта, г/см 3 ; W - влажность грунта, %; σ - объем воздуха, остающийся в порах грунта после уплотнения, %; 1-единичный объем грунта (1 см 3); ρск - плотность сухого грунта, г/см 3 .

Отсюда, основную характеристику уплотнения грунта (в сухом состоянии), т. е. его плотность определяют по формуле
ρск =(1-σ) ρ/(100+Wρ).

Плотность грунта, влажность и содержание воздуха зависят от его генезиса, степени дисперсности, природных условий местности, нагрузки от колес автомобилей и ряда других факторов. Плотность пылеватой супеси составляет 2,66 г/м 3 , легкой - 2,68, легкого пылеватого суглинка - 2,69 и тяжелого суглинка - 2,71, пылеватой глины -2,72 и жирной глины -2,71. В зависимости от зернистости грунтов изменяется и содержание воздуха: в песчаных грунтах - 8-10 %, в супесчаных -6-8 %,
в суглинках, в том числе и черноземных, - 4-5 % и в жирных глинах - 4-6 %.

Влияние влажности значительнее для более дисперсного грунта. Высокодисперсные грунты широко распространены в СССР. Такие грунты обладают большой удельной поверхностью, высоким значением влагоемкости и морозного пучения и т. д. (гл. 7.2).

Оптимальная влажность Wо - влажность, соответствующая максимальной плотности грунта ρmax при наименьшей затрате энергии на уплотнение. При такой влажности вода в порах грунта находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему воды, находящейся в ней, т. е. грунт представляет собой, согласно механике грунтов, грунтовую массу (см. рис. 11.2).

Рис. 11.2. Зависимость между влажностью и плотностью сухого грунта
Зоны; А - с влажностью менее оптимальной; Б - с оптимальной влажностью; С - с влажностью выше оптимальной

В СССР разработан стандартный метод определения значений Wо и ρmax, подробно рассматриваемый в курсе грунтоведения и механики грунтов. Характерные для стандартного уплотнения графики зависимости плотности сухого грунта от влажности представлены на рис. 11.3.


Рис. 11.3. Влияние уплотняющей энергии и влажности на плотность сухого грунта 1 - метод стандартного уплотнения (СССР); 2 - усиленное уплотнение по модернизированному методу Проктора (США); 3 - линия с грунтовыми порами, заполненными капиллярной водой (грунтовая масса)

Если затратить больше энергии на уплотнение, то снизится объем защемленного воздуха и воды, а потому повысится плотность грунта. Кривые зависимости между плотностью и влажностью будут располагаться ближе к верхнему левому углу графика. Соединив между собой точки наибольших значений плотности сухого грунта рек, получим прямую под углом а к горизонтали, характеризующую ход изменения оптимальной влажности (см. рис. 11.3). Для повышения модуля упругости грунтов во многих странах стремятся повысить требования к плотности. В частности, в США грунты уплотняют при меньшем значении оптимальной влажности, чем в СССР, за счет большей затраты энергии на уплотнение (кривая 2). Но при увеличении влажности выше оптимального значения резко снижается плотность сухого грунта, причем характер снижения совершенно одинаков независимо от энергии, затраченной на уплотнение (кривые 3).

Максимальная плотность грунта по методу стандартного уплотнения . Критерий «максимальная плотность» соответствует механическому уплотнению, например, связанных грунтов, когда вся вода в них находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему поровой воды. Из анализа рис. 11.3 видно, что метод стандартного уплотнения является условным. Прочностные характеристики (модуль упругости грунта E0, трение φ и сцепление С, установленные при плотности, соответствующей методу стандартного уплотнения, значительно ниже, чем, например, по модернизированному методу Проктора *, применяемому в США и других странах (рис. 11.4). Согласно этому методу грунт уплотняют при значительно большей затрате энергии, чем у нас.


Рис. 11.4. Влияние влажности и метода уплотнения на прочностные характеристики связных грунтов 1 - метод уплотнения, принятый в США (модернизированный метод Проктора); 2-метод стандартного уплотнения (СССР); ϕ - трение; с - сцепление; Е0 -модуль упругости грунта

Коэффициент уплотнения связного грунта по модернизированному методу, равный, предположим, Ко=1, соответствует методу стандартного уплотнения Ко=1,1 т. е. требования к плотности грунтов более жесткие, чем в СССР.

* Модернизированный метод широко применяют во многих странах. От нашего метода стандартного уплотнения он отличается тем, что грунт уплотняют хотя и в таком же металлическом стакане, но гирей массой 4,55 кг в 5 слоев с общим количеством ударов 125. У нас же сбрасывают гирю массой всего 2,5 кг и уплотняют грунт в 3 слоя.

Плотность - физическое свойство грунтов, количественно оцениваемое величиной отношения их массы к занимаемому объему. Физические свойства, характеризующие взаимосвязь между массой и объемами горных пород или минералов, называются плотностными. Плотность используется как прямой расчетный показатель при вычислении бытового давления, давления на подпорную стенку, при расчете устойчивости оползневых склонов и откосов, осадки сооружений, распределения напряжений в грунтах основания под фундаментами, при определении объема земляных работ и др.

При инженерно-геологических исследованиях используют следующие характеристики: плотность твердых частиц грунта, плотность грунта, плотность сухого грунта, плотность грунта под водой, плотность скелета высушенного грунта и др. Наиболее употребительными являются первые гри показателя.

Плотность грунта р , г/см 3 , кг/м 3 , или плотность влажного грунта - это масса единицы объема грунта с естественной влажностью и ненарушенный сложением:

Для определения плотности грунтов применяют прямые и косвенные методы. К прямым относятся методы, основанные на непосредственном измерении массы и объема грунта, как правило, небольших его образцов. Методы определения плотности в лабораторных условиях, согласно действующим нормативным документам , приведены в табл. 4.5. Их недостатком является малый объем грунта в измеряемых пробах (получение "точечных" значений) и необходимость их извлечения из массива. Косвенные методы основаны на определении плотности грунта без непосредственных измерений массы и объема грунтов. К ним в первую очередь следует отнести пенетрационные и ядерные (гамма- лучевые) методы, позволяющие определить плотность грунтов непосредственно в массиве. Они весьма производительны, имеют достаточную для практических целей точность и могут применяться при однократных и многократных определениях, что важно при стационарных наблюдениях.

Таблица 4.5

Методы определения характеристик плотности грунтов

Характеристика

Метод определения

Грунты (область применимости метода)

Плотность

Режущим кольцом

Легко поддающиеся вырезке или не сохраняющие свою форму без кольца, сыпучемерзлые и с массивной криогенной текстурой

Взвешивание в воле парафинированных образцов

Пылевато-глинистые немерзлые, склонные к крошению или трудно поддающиеся вырезке

Взвешивание в нейтральной жидкости

Объемные методы

Мерзлые, скальные и крупнообломочные грунты

Гамма-лучевые методы

Все грунты

Плотность сухого грунта

Расчетный

Все грунты

Плотность частиц грунта

Пикнометрический с водой

Все грунты, кроме засоленных и набухающих

То же. с нейтральной жидкостью

Засоленные и набухающие

Метод двух пикнометров

Засоленные

Максимальная

плотность

Послойное трамбование грунта

Пески, глинистые грунты, крупнообломочные (только гравийные) грунты

Определение плотности методом режущего кольца . При применении метода режущею кольца выбирают режущее кольцо-пробоотборник, которое смазывают е внутренней стороны тонким слоем вазелина или консистентной смазки. Верхнюю зачищенную плоскость образца грунта выравнивают, срезая излишки 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, но 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. Кольцо с грунтом и пластинками взвешивают и рассчитывают плотность с точностью 0,01 г/см 3 .

Метод определения плотности грунта взвешиванием в воде парафинированных образцов используется для определения объема небольших монолитов в лабораторных условиях. Образец грунта вырезается объемом не менее 50 см 3 , ему придается округлая форма, после чего его обвязывают тонкой прочной нитью со свободным концом длиной 15...20 см, имеющим петлю для подвешивания к серьге весов.

Обвязанный нитью образец грунта взвешивают и покрывают парафиновой оболочкой, погружая его на 2...3 секунды в нагретый до температуры 57...60 °С парафин. При этом пузырьки воздуха, обнаруженные в застывшей парафиновой оболочке, удаляют, прокалывая их и заглаживая места проколов нагретой иглой. Эту операцию повторяют до образования плотной парафиновой оболочки.

Чтобы избежать растрескивания парафиновой оболочки, парафин должен накладываться как только он расплавится. Парафинирование образца должно проводиться очень осторожно. Углубления в поверхности, включая впадины от выпавших камней, должны покрываться расплавленным парафином при помощи кисти.

Когда образец помещен в воду, необходимо внимательно следить, чтобы пузырьки под ними не задерживались. Охлажденный запарафинированный образец взвешивают перед погружением в воду, а затем в сосуде с водой. Для этого над чашей весов устанавливают подставку для сосуда с водой так, чтобы исключить ее касание к чаше весов (или снимают подвес, уравновесив весы дополнительным грузом). К коромыслу подвешивают образец и опускают в сосуд с водой. Объем сосуда и длина нити должны обеспечить полное погружение образца в воду. При этом образец не должен касаться дна и стенок сосуда. Когда образец помещен в воду, нужно внимательно следить, чтобы воздушные пузырьки не задерживались под образцом.

Допускается применять метод обратного взвешивания : на чашу циферблатных весов устанавливают сосуд с водой и взвешивают его. Затем в жидкость погружают образец, подвешенный к штативу, и вновь взвешивают сосуд с водой и погруженным в нее образцом. Весы должны поддерживаться подставкой или платформой над контейнером так, чтобы было достаточное свободное расстояние между подставкой и верхом контейнера (рис. 4.8). Для определения плотности могут также применяться денситометры. Контейнер должен быть заполнен водой почти до верха, а испытываемый образец полностью погружаться в воду, чтобы подвеска находилась в воде, не касаясь ни дна, ни стенок контейнера.

Рис. 4.8. Метод определения плотности взвешиванием в воде

Взвешенный образец вынимают из воды, промокают фильтровальной бумагой и взвешивают для проверки герметичности оболочки. Если масса образца увеличилась более чем на 0,02 г по сравнению с первоначальной, образец следует забраковать и повторить испытание с другим образцом.

Плотность грунта р , г/см 3 , вычисляют по формуле

где m - масса образца грунта до парафинирования, г; m - масса парафинированного образца грунта, г; m2 - результат взвешивания образца в воде (разность масс парафинированного образца и вытесненной им воды), г; р р - плотность парафина, принимаемая равной 0,900 г/см, p w - плотность воды при температуре испытаний, г/см 3 .

При применении метода обратного взвешивания плотнос ть грунта вычисляют по формуле

где m - масса образца грунта до парафинирования, г, р р - плотность парафина, принимаемая равной 0,900 г/см 3 ; p w - плотность воды при температуре испытаний, г/см 3 , ту - масса сосуда с водой, г; пи - масса сосуда с водой и погруженным в нее парафинированным образцом, г.

Для плотных скальных и полускальных грунтов, пористость которых составляет доли процента или 1...2 %, объемный вес можно определять без парафинирования .

Метод вытеснения жидкости . Металлический контейнер должен быть установлен на основании и наполнен водой до уровня, выше, чем уровень, поддерживаемый сифоном. Приемник для вытесненной воды устанавливается ниже выходного конца сифона.

Образец грунта и приемник должны быть взвешены с точностью до 0,1 г. Все поверхностные пустоты должны быть заполнены нерастворимым в жидкости материалом. Впадины от выпавших камней не должны заполняться. Если необходимо, образец может быть полностью покрыт повторным погружением в расплавленный парафин. Запарафинированный образец нужно остудить и взвесить с точностью до 0,1 г.

Рис. 4. 9.

Образец грунта должен быть полностью погружен в контейнер, кран на сифоне должен быть открыт, чтобы позволить стечь вытесненной жидкости в приемник, затем приемник с жидкостью должен бы гь взвешен с точнос тью до 0,1 г.

Представительную часть образца, свободную от парафина, пластилина или шпаклевки отбирают для определения влажности.

Метод взвешивания образца в нейтральной жидкости применяется для определения плотности мерзлых тонкодисперсных грунтов с тонкослоистой и мелкосетчатой криогенными текстурами при толщине минеральных прослоек не более 0,5 см. Образец взвешивают в сосуде емкостью 1000 см 3 , на две трети заполненном нейтральной жидкостью. В процессе работы измеряется температура жидкости и ее плотность, с коромысла технических весов снимают левую дужку с чашкой и уравновешивают весы мешочком с дробью, подвешенным на крючок левой дужки. Пробу мерзлого грунта объемом нс менее 50 см 3 перевязывают капроновой ниткой, подвешивают к левой серьге весов и взвешивают. На подставку весов с левой стороны помещают сосуд с нейтральной жидкостью, пробу мерзлого грунта пргружают в жидкость на глубину не менее 5...7 см и вновь взвешивают. Проба мерзлого грунта при взвешивании нс должна соприкасаться с дном и стенками сосуда. После взвешивания мерзлого монолита в воздухе и затем в нейтральной жидкости определяют общую плотность мерзлого грунта. Точность измерения плотности составляет 0,02 г/см 3 .

Нейтральная жидкость, используемая дня определения объема грунта, должна иметь температуру замерзания ниже температуры замерзания этого грунта, не реагировать с грунтом и нс растворять лед. Обычно в качестве нейтральной жидкости применяются керосин, глицерин, толуол и лигроин. Плотность этих жидкостей устанавливается ареометром.

Метод обмера образцов правильной геометрической формы (объемный метод) применяется для определения плотности скальных и мерзлых грунтов. При отборе монолита ему придают определенную форму, позволяющую установить объем грунта в ненарушенном сложении. Отобранная проба грунта взвешивается и устанавливается общая плотность грунта , а после его высушивания до постоянного веса - плотность скелета грунта. Обычно при определении плотности грунта монолитам придают форму куба или параллелепипеда. Для определения приближенного значения р по монолитам (объемом не менее 50 см 3), извлеченным из буровых скважин, измеряется их диаметр, высота (с точностью до 0,01 см) и масса.

Рис. 4.10. Определение плотности грунтов методом замещения объема: а - с помощью полиэтилена, выстеленного в лунке: б-е помощью пескозагрузочного аппарата: в - аппаратом с резиновым баллоном

Метод лунки (объемный метод) применяют для определения общей плотности мерзлых дисперсных пород с массивной и шлировой криогенными текстурами и для крупнообломочных пород (рис. 4.10). Метод используется при работе в открытых горных выработках. Дно выработки выравнивают и зачищают. В дне шурфа делают углубление - лунку размером не менее 30 х 30 х 30 см. Выбранный из лунки грунт взвешивают на чашечных весах с точностью до 1,0 г. После отбора грунта дно лунки выстилается синтетической пленкой (рис. 4.10, а), затем лунку заполняют водой или засыпают сухим песком с размером зерен от 0,5 до 3,0 мм. Мерный песок должен быть однородным и чистым. Измеряют объем песка или объем воды, необходимый для заполнения лунки, и таким образом устанавливают объем извлеченного из лунки грунта. Определив массу грунта и его объем, вычисляют общую плотность грунта.

Радиоизотопные методы применяются, в основном, для измерения плотности грунтов в условиях естественного залегания. Существует два метода измерения плотности с использованием гамма-излучения: гаммаскопический метод и метод рассеянного гамма- излучения. В качестве источников гамма-излучения используются главным образом изогоны цезий-137 и кобалы-60.

Гаммаскопический метод основан на ослаблении интенсивности пучка гамма- квантов в зависимости от плотности вещества, через которое проходит пучок. На практике используются три варианта гаммаскопического метода: а - источник и детектор гамма- излучения размещаются в параллельных скважинах в грунте; б - детектор излучения находится на поверхности, а источник - в грунте; в - источник и детектор излучения находятся по обе стороны от исследуемого объекта (образца, монолита и т. п.) . Гаммаскопический метод применим для измерения плотности грунтов до глубины 1,5...2,0 м.

Метод рассеянного гамма-излучения используется для измерений плотности грунтов в скважинах. Если в скважину поместить источник гамма-квантов и на некотором расстояния от него детектор, то часть гамма-квантов, попадающих из скважины в грунт за счет рассеяния на электронах атомов грунта, будет возвращаться в скважину и регистрироваться детектором. Для измерения плотности радиоизотопными методами отечественной промышленностью выпускались радиоизотопный влагоплотномер УР-70 и поверхностно-глубинный плотномер ППГР-1, предназначенные язя скважинных измерений до глубины 30 м. Для измерения плотности верхнего слоя грунта до глубины 0,3 м используется плотномер типа ИОМР-2. Точность измерения плотности колеблется в пределах ±(0,02...0,04) г/см 3 в зависимости от типа прибора. Время измерения в одной точке не превышает 3 минут.

В целом, величина плотности дисперсных грунтов колеблется от 1,30 до 2,20 г/см 3 . Грунты, характеризующиеся наличием жестких кристаллизационных связей между частицами, обладают большой плотностью, величина которой при малой пористости приближается к значениям у твердых частиц. Так, плотность магматических пород изменяется в пределах 2,50...3,40 г/см 3 (возрастает от кислых пород к основным и ультраосновным); аргиллитов и алевролитов - 2,20-2,55; известняков - 2,40-2,65; мергелей - 2,10...2,60; песчаников - 2,10-2,40 г/см 3 . Плотность обводненных торфов из-за малой плотности скелета изменяется от 1,02 до 1,10 г/см 3 .

Величина плотности грунта зависит от минерального состава, влажности и характера сложения (пористости): с увеличением содержания тяжелых минералов плотность грунта увеличивается, а при увеличении содержания органических веществ - уменьшается; с увеличением влажности плотность грунта возрастает: максимальной при данной пористости она будет в случае полного заполнения пор водой; с увеличением пористости плотность грунта уменьшается.

Плотность значительной части осадочных пород в большей степени зависит от их пористости и влажности и в гораздо меньшей степени - от минерального состава, что объясняется широкими пределами изменения пористости (влажности и газонасыщенности) этих пород, резким отличием плотности твердой, жидкой и газообразной составляющих и сравнительно постоянной плотностью наиболее распространенных породообразующих минералов. Величина же плотности грунта магматических, метаморфических и в значительной части хемогенных пород в основном определяется их минеральным составом, гак как пористость этих пород обычно незначительна .

Плотностью твердых частиц грунта p s , г/см 3 или кг/м 3 , называют массу твердой компоненты (представленной минеральной или органической составляющей) в единице объема грунта, представленного только твердой компонентой:

Величина плотности твердых частиц грунта определяется минеральным составом, присутствием органических и органо-минеральных веществ и представляет собой средневзвешенную плотность этих компонент грунта при отсутствии пустот и влага.

Определение плотности твердых частиц грунта пикнометрическим методом . Образец грунта в воздушно-сухом состоянии размельчают в фарфоровой ступке, отбирают методом квартования среднюю пробу массой 100...200 г и просеивают сквозь сито с сеткой № 2, остаток на сите растирают в ступке и просеивают сквозь то же сито. Из перемешанной средней пробы берут навеску грунта из расчет 15 г на каждые 100 мл емкости пикнометра и высушивают до постоянной массы. Навеску заторфованного грунта или торфа следует отбирать из средней пробы из расчета 5 г сухого грунта на каждые 100 мл емкости пикнометра, которая в этом случае должна быть не менее 200 мл. Допускается использовать грунт в воздушно-сухом состоянии, определив его гигроскопическую влажность.

Пикнометр, наполненный на 1/3 дистиллированной водой, взвешивают. Затем через воронку в него всыпают высушенную пробу грунта, снова взвешивают, взбалтывают и ставят кипятить на песчаную баню. Продолжительность спокойного кипячения (с момента начала кипения) должна составлять: для песков и супесей - 0,5 ч, для суглинков и глин - 1 ч. После кипячения пикнометр следует охладить до комнатной температуры и долить дистиллированной водой до мерной риски на горлышке, чтобы низ мениска совпадал с ней. Пикнометр вытирают снаружи и взвешивают. Далее выливают содержимое пикнометра, наливают в него дистиллированную воду, выдерживают в ванне с водой при той же температуре и взвешивают.

Плотность частиц грунта />„ г/см вычисляют по формуле

где mo - масса сухого грунта, г; m1 - масса пикнометра с водой и грунтом после кипячения при температуре испытания, г; m2 - масса пикнометра с водой при той же температуре, г; р н, - плотность воды при той же температуре, г/см 3 .

В случае использования грунта в воздушно-сухом состоянии w 0 вычисляют по формуле

где m - масса пробы воздушно-сухого грунта, г; р - гигроскопическая влажность грунта, %.

При определении p, грунта следует учитывать: возможность растворения простых солей в процессе определения, в результате чего получаются заниженные значения p s во избежание этого при определении удельного веса засоленных грунтов вода заменяется нейтральными жидкостями (керосин, бензин, толуол и др.); возможность сильного сжатия слоя воды вокруг коллоидальных частиц глин, вызываемого молекулярными силами притяжения, в результате чего получаются завышенные значения; для предотвращения этого следует применять жидкости с небольшим поверхностным натяжением (толуол, ксилол и др.); возможность неполного удаления адсорбированного на поверхности частиц воздуха, в результате чего получаются заниженные значения.

В соответствии с плотностью наиболее распространенных породообразующих минералов плотность твердых частиц большинства грунтов изменяемся от 2,50 до 2,80 г/см 3 . Она увеличивается с повышением содержания в грунтах тяжелых минералов, поэтому у основных и ультраосновных пород плотность существенно выше (3,00...3.74 г/см 3), чем у кислых (например, у гранитов 2,63...2,75 г/см 3 , чаще 2,65...2,67 г/см 3). В табл. 4.6 приведены ориентировочные значения плотностей частиц дисперсных грунтов, не содержащих водорастворимых солей и органических веществ. Указанные средние значения обычно принимаются в отсутствие прямых определений плотности твердых частиц для расчета серии показателей свойств грунтов, в частности пористости и коэффициента пористости.

Таблица 4.6

Значения плотности частиц дисперсных грунтов

Наличие органических веществ резко снижает плотность твердых частиц грунта, поскольку их плотность невелика по сравнению с минеральной компонентой. Именно поэтому плотность твердой компоненты торфов, заторфованных грунтов и почв существенно ниже по сравнению с минеральными грунтами .

У торфов p s изменяется от 1,20 до 1,89 г/см 3 , у нормальнозольных торфов - до 1,84 г/см ", у заторфованных грунтов - до 2.08 г/см 3 . Более часто встречаются значения р 3 в интервале от 1,4 до 1,6 г/см", в расчетах принимается 1,5 г/см". Минимальные значения показателя при близких значениях зольности отмечены у торфов древесной группы и торфов. содержащих древесные остатки, максимальные - у торфов моховой группы .

В связи с трудоемкостью определения плотность частиц торфа можно рассчитать по формуле

Учитывая, что плотность органических частиц p s ор Г = 1,5 г/см 3 , плотность минеральных частиц в среднем р в *ш = 2,65 г/см 3 , то формула упрощается:

Таблица 4.7

Нормативные точения плотности частиц засоленных грунтов

Плотностью скелета грунта p d , г/см 3 или кг/м 3 , называют массу твердой компоненты в единице объема грунта, высушенною при температуре 105 °С, при естественной (ненарушенной) структуре:

Величина плотности скелета грунта используется для вычисления пористости, коэффициента пористости, а также для характеристики степени уплотненности глинистых грунтов в насыпных сооружениях.

Плотность скелета грунта определяется экспериментально или чаше вычисляется по величинам плотности грунта (р) и влажности (и-) по формуле:

По плотности скелета p d все грунты подразделяют на разновидности (табл. 2.2)

Рис. 4.11. Идеальные модели укладки частиц рыхлых и плотных песчаных грунтов

Степень плотности грунта Id- При строительстве насыпей, дамб обвалования, земляных плотин и других насыпных земляных сооружений необходимо знать плотность грунтов при рыхлом и плотном сложении. Песчаные грунты могут существенно различаться по степени плотности или характеру сложения. Например, в зависимости от характера укладки шаров одинакового размера пористость системы может меняться от 47,64 % при наиболее рыхлой кубической укладке до 25,95 % при наиболее плотной тетраэдрической укладке (рис. 4.11). В реальных песчанопылеватых грунтах из-за различия размеров их частиц пористость меняется в более широких пределах - от 8... 10 до 80 %.

Для песчаных грунтов, для которых не всегда возможно практически определить плотность скелета при естественной структуре, часто проводят ее определение на воздушно-сухих образцах с нарушенным сложением при двух состояниях: предельно-рыхлом и плотном.

Для количественной оценки плотности сложения песков используется показатель относительной плотности или степень плотности {Id), определяемый по формуле

где е - коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении; emах - коэффициент пористости в предельно плотном сложении; e min - коэффициент пористости в предельно рыхлом сложении.

Для подсчета I D необходимо иметь данные результатов полевых определений величины е и для этого Грунта В лабораторных условиях определить emах и e min. Для нахождения e min обычно используют рыхлую отсыпку грунта в мерный сосуд, а для определения emах - динамические методы уплотнения грунта в мерном сосуде.

Но степени плотности Id пески подразделяют согласно табл. 2.3 . При //> = 0 грунт находится в самом рыхлом состоянии, а при Id = 1 грунт имеет самое плотное сложение.

Различные по зерновому составу грунты имеют существенно отличные значения emах и e min, причем с увеличением крупности они уменьшаются. На предельные значения коэффициентов пористости нt меньшее влияние оказывает форма частиц. С увеличением окатанности и сферичности они уменьшаются, поэтому использование в качестве характеристики плотности сложения величины относительной плотности Id, учитывающей как зерновой состав, так и форму частиц, дает наиболее объективный критерий плотности сложения.

Для определения характеристик уплотненного грунта применяют метод определения максимальной плотности, который заключается в установлении зависимости плотности скелета грунта от его влажности при трамбовании образцов с постоянной затратой работы на их уплотнение и в определении по этой зависимости максимальной величины плотности скелета грунта (рмах). Влажность, при которой достигнута максимальная плотность скелета грунта, является оптимальной влажностью wопт

Метод лабораторного определения максимальной плотности (метод стандартного уплотнения) заключается в установлении зависимости плотности сухого грунта от его влажности при уплотнении образцов грунта с постоянной работой уплотнения и последовательным увеличением влажности грунта.

В состав установки (рис. 4.12) для испытания грунта методом стандартного уплотнения должны входить: устройство для механизированного или ручного уплотнения грунта падающим с постоянной высоты грузом; форма для образца грунта. Конструкция устройства для уплотнения грунта должна обеспечивать падение груза массой (2500 ± 25) г по направляющей штанге с постоянной высоты (300 ± 3) мм на наковальню диаметром (99,8 ± 0,2) мм. Отношение массы груза к массе направляющей штанги с наковальней должно быть не более 1,5. При механизированном способе уплотнения в состав устройства должен входить механизм подъема груза на постоянную высоту и счетчик числа ударов. Установка должна размещаться на жесткой горизонтальной плите (бетонной или металлической) массой не менее 50 кг. Отклонение поверхности от горизонтали не должно быть более 2 мм/м.

Форма для образца грунта должна состоять из цилиндрической части, поддона, зажимною кольца и насадки. Цилиндрическая часть формы должна иметь высоту (127,4 ± 0,2) мм и внутренний диаметр (100,0 + 0,3) мм. Временное сопротивление металла цилиндрической части формы должно быть не менее 400 МПа. Цилиндрическая часть формы может быть цельной или состоящей из двух разъемных секций.

Для испытания грунта методом стандартного уплотнения используют образцы грунта нарушенного сложения, отобранные из горных выработок (шурфов, котлованов, буровых скважин и г. и.), обнажений или складируемых массивов.

Необходимая для подготовки пробы грунта масса образца грунта нарушенною сложения при естественной влажности должна быть не менее 10 кг при наличии в грунте частиц крупнее 10 мм и не менее 6 кг - при отсутствии частиц крупнее 10 мм. Представленный для испытания образец грунта нарушенного сложения высушивают при комнаткой температуре или в сушильном шкафу до воздушно-сухого состояния. Высушивание в сушильном шкафу несвязных минеральных грунтов допускается производить при температуре не более 100 °С, связных - не более 60 °С. В процессе сушки грунт периодически перемешивают. Размельчают агрегаты грунта (без дробления крупных частиц) в растирочном устройстве или в фарфоровой ступке.

Рис. 4.12. Приборы для стандартного уплотнения грунтов: а - прибор ООО "НПО "Геотек "" (140]); б - прибор Союздорнии (с двумя стаканами); в - схема прибора Союздорнии f28f: I - поддон; 2 - разъемный цилиндр емкостью 1000 см*:

3 кольцо; 4 насадка; 5 наковальня: 6 груз массой 2.5 кг; 7 направляющий стержень; 8 - ограничительное кольцо; 9 - зажимные винты

Грунт взвешивают и просеивают через сита с отверстиями диаметром 20 мм и 10 мм. При этом вся масса грунта должна пройти через сито с отверстиями диаметром 20 мм. Затем взвешивают отсеянные крупные частицы. Если масса частиц грунта крупнее 10 мм составляет 5 % и более, дальнейшее испытание проводят с пробой грунта, прошедшего через сито 10 мм. Если масса частиц грунта крупнее 10 мм составляет менее 5 %, производят дальнейшее просеивание грунта через сито с отверстиями диаметром 5 мм и определяют содержание частиц крупнее 5 мм. В этом случае дальнейшее испытание проводят с пробой грунта, прошедшего через сито 5 мм.

Из отсеянных крупных частиц отбирают пробы для определения их влажности и средней плотности твердых частиц. Из грунта, прошедшею через сито, отбирают пробы для определения его гигроскопической влажности. Вычисляют содержание в грунте крупных частиц К , %, с точностью 0,1 % по формуле

(4.1)

где mц - масса отсеянных крупных частиц, г; w g - влажность просеянного грунта в воздушно-сухом состоянии, %; т р - масса образца грунта в воздушно-сухом состоянии, г; ит. - влажность отсеянных крупных частиц, %.

Из просеянною грунта отбирают методом квартования пробу грунта для испытания (/Ир") массой 2500 г. Допускается проводить весь цикл испытаний с использованием одной отобранной пробы. Отобранную пробу помещают в металлическую чашку для испытаний.

Количество воды Q , г, для доувлажиения отобранной пробы до влажности первого испытания рассчитывают по формуле

(4.2)

где m р " - масса отобранной пробы, г; w - влажность грунта для первого испытания, назначаемая по габл. 4.8, %; w g - влажность просеянного грунта в воздушно-сухом состоянии, %.

Таблица 4.8

Значения влажности грунта для первого испытания

В отобранную пробу грунта за несколько приемов вводят рассчитанное количество воды, перемешивая грунт металлическим шпателем, затем переносят пробу грунта из чашки в эксикатор или плотно закрываемый сосуд и выдерживают ее при комнатной температуре не менее 2 ч для несвязных грунтов и не менее 12 ч для связных грунтов.

Цилиндрическую часть формы (заранее взвешенную) устанавливают на поддон, не зажимая ее винтами, устанавливают зажимное кольцо на верхний бортик цилиндрической части формы, зажимают цилиндрическую часть формы попеременно винтами поддона и кольца, протирают внутреннюю поверхность техническим вазелином. Собранную форму устанавливают на плиту основания и проверяют сносность направляющей штанги и цилиндрической части формы и свободный ход груза по направляющей штанге.

Испытание проводят последовательно увеличивая влажность грунта испытываемой пробы. При первом испытании влажность грунта должна соответствовать значению, установленному в табл. 4.11. При каждом последующем испытании влажность грунта следует увеличивать на 1...2 % для несвязных грунтов, на 2...3 % - для связных грунтов.

Количество воды для увлажнения испытываемой пробы определяют по формуле (4.2), принимая в ней за w g и w соответственно влажности при предыдущем и очередном испытаниях.

Испытание пробы грунта проводят в следующем порядке: пробу переносят из эксикатора в металлическую чашку и тщательно перемешивают; слой грунта толщиной

5.. .6 см загружают в собранную форму из пробы и слегка уплотняют рукой его поверхность. Уплотнение производят 40 ударами груза с высоты 30 см но наковальне, зафиксированной на направляющей штанге. Аналогичную операцию производят с каждым из трех слоев грунта, последовательно загружаемых в форму. Перед загрузкой второго и третьего слоев поверхность предыдущего уплотненного слоя взрыхляют ножом на глубину 1.. .2 мм. Перед укладкой третьего слоя на форму устанавливают насадку; после уплотнения третьего слоя снимают насадку и срезают выступающую часть грунта заподлицо с торцом формы. Толщина выступающего слоя срезаемого грунта нс должна быть более 10 мм. Если выступающая часть грунта превышает 10 мм, необходимо выполнить дополнительное число ударов из расчета один удар на 2 мм превышения.

Образующиеся после зачистки поверхности образца углубления, вследствие выпадения крупных частиц, заполняют вручную грунтом из оставшейся части отобранной пробы и выравнивают ножом.

Взвешивают цилиндрическую часть формы с уплотненным грунтом (mі) и вычисляют плотность грунта р { , г/см 3 , по формуле

і де m, - масса цилиндрической части формы с уплотненным грунтом, г; m, - масса цилиндрической части формы без грунта, г; V - вместимость формы, см".

Уплотненный образец грунта извлекают из цилиндрической части формы, при этом из верхней, средней и нижней частей образца отбирают пробы для определения влажности грунта. Извлеченный из формы грунт присоединяют к оставшейся в чашке части пробы, измельчают и перемешивают. Размер агрегатов не должен превышать наибольшего размера частиц испытываемого грунта.

После добавления воды грунт тщательно перемешивают, накрывают влажной тканью и выдерживают не менее 15 мин для несвязных грунтов и не менее 30 мин - для связных грунтов. Второе и последующие испытания грунта следует проводить в соответствии с порядком, изложенным ранее.

Испытание следует считать законченным, когда с повышением влажности пробы при последующих двух испытаниях происходит последовательное уменьшение значений массы и плотности уплотняемого образца грунта, а также, когда при ударах происходит отжатие воды или выделение разжиженного грунта через соединения формы. Уплотнение однородных по гранулометрическому составу и дренирующих грунтов прекращают после появления воды в соединениях формы независимо от числа ударов при уплотнении образца.

По значениям плотности и влажности грунта, полученным в результате последовательных испытаний, вычисляют значения плотности сухого грунта г/см 3 , с точностью 0,01 г/см 3 по формуле

где pi - плотность грунта, г/см "; wi - влажность грунта при очередном испы ании, %.

Результаты испытаний представляют в виде графиков зависимости плотности сухого грунта от влажности (рис. 4.13). По наивысшей точке графика для связных грунтов находят значение максимальной плотности и соответствующее ему значение оптимальной влажности.

Рис. 4.13. Графики определения максимальной плотности и оптимальной влажности: а) связных грунтов: б) несвязных грунтов

Для несвязных грунтов график стандартного уплотнения может не иметь заметно выраженного максимума. В этом случае значение оптимальной влажности принимают на 1,0... 1,5% менее влажности и"„ при которой происходит отжатие воды. Значение максимальной плотности принимают по соответствующей ей ординате. При этом 1,0% принимают для песков гравелистых, крупных и средней крупности; 1,5 % - для мелких и пылеватых песков.

Если в грунте содержались крупные частицы, которые перед испытанием были удалены из пробы, то для учета влияния их состава корректируют установленное значение максимальной плотности сухого грунта по формуле

Где р*- плотность крупных частиц, г/см 3 ; К - содержание крупных частиц в грунте, %.

Значение оптимальной влажности грунта w opl , %, определяют по формуле

Для контроля правильности испытания связных грунтов строят "линию нулевого содержания воздуха", показывающую изменение плотности сухого грунта от влажности при полном насыщении его пор водой. Пары чисел рл и w, для построения "линии нулевого содержания воздуха" при плотности частиц грунта р 5 определяют, задаваясь значениями влажности, по формуле

Где р, - плотность частиц грунта, г/см";р и - плотность воды, равная 1 г/см".

Нисходящая часть графика стандартного уплотнения не должна пересекать "линию нулевого содержания воздуха".

Число последовательных испытаний грунта при увеличении его влажности должно быть не менее пяти и достаточным для выявления максимального значения плотности сухого грунта по графику стандартного уплотнения. Допустимое расхождение между результатами параллельных определений . полученными в условиях повторяемости, не должно превышать для максимального значения плотности сухого грунта 1,5%, для оптимальной влажности -10% .

Для определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта (согласно BS, ASTM и другим зарубежным стандартам) применяются метод Проктора и метод Проктора модифицированный. Процедура испытаний по методу Проктора и их обработка аналогичны вышеприведенной методике, требования к грунтам и оборудованию также близки: диаметр частиц не более 20 мм; вес молота, согласно BS, составляет 2.5 кг (или 4.5 кг); высота падения 300 мм (или 450 мм); согласно ASTM вес молота - 2,5 кг (или 4,5 кг); высота падения 305 мм (или 457 мм). Различия между российским стандартом и зарубежными заключаются в том, что диаметр молота в зарубежных устройствах - 50 мм, а в отечественных приборах диаметр молота соответствует внутреннему диаметру стакана 99,8 мм. Молот для ручного и для автоматического уплотнения грунта фирмы ELE, а также график для определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта, согласно BS. приведены на рис. 4.14 .

Приведение значений максимальной плотности и оптимальной влажности для основных разновидностей грунтов, определяемых методом стандартного уплотнения, к значениям, полученным методами Проктора, осуществляют путем умножения на переходные коэффициенты, приведенные в табл. 4.9.

Рис. 4.14. Метод Проктора: а - прапор Проктора для ручного уплотнения грунта;

6 - механизм для автоматического уплотнения грунта; в график для определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта {136)

Таблица 4.9

Коэффициент приведения значений максимальной плотности и оптимальной влажности грунта к значениям, полученным методами Проктора

Разновидность грунта

Метод испытания грунта

Суглинок и глина

Ргтьх

W 0 pі Pitmax

Метод Проктора стандартный

Метод Проктора модифицированный

Результаты испытаний также представляют в виде графиков зависимости плотности сухого грунта от влажности (рис. 4.14). За оптимальную влажность принимают влажность, соответствующую максимальной плотности.

Плотность грунта максимальная плотность, полученная при данной затрате работы на уплотнение (стандартное уплотнение) грунта, имеющего оптимальную влажность.

Строительный словарь .

Смотреть что такое "Плотность грунта максимальная" в других словарях:

    максимальная - максимальная: Максимально возможная длина ЗО, в пределах которой выполняются требования настоящего стандарта и технических условий (ТУ) на извещатели конкретных типов, Источник: ГОСТ Р 52651 2006: И …

    Максимальная плотность (стандартная плотность) - наибольшая плотность сухого грунта, которая достигается при испытании грунта методом стандартного уплотнения. Источник: ГОСТ 22733 2002: Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

    максимальная плотность и оптимальная влажность - 3.2 максимальная плотность и оптимальная влажность: Параметры, определяемые при испытании грунта методом стандартного уплотнения по ГОСТ 22733. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

    Влажность грунта - отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы. Источник: ГОСТ 30416 96: Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения оригинал документа Смотри также родственные термины … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

    влажность грунта оптимальная - 3.2 влажность грунта оптимальная: Влажность грунта, при которой его уплотнение определенными уплотняющими средствами обеспечивает максимальную плотность. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

    Влажность грунта, при которой достигается его максимальная плотность (в пересчете на сухой грунт) при стандартизованных условиях его уплотнения падающим грузом. В России в качестве стандартного метода определения оптимальной влажности принят… … Строительный словарь



© 2024 Идеи дизайна квартир и домов