1. Определение гранулометрического состава грунта. ВВЕДЕНИЕ

Цель лабораторной работы – определить гранулометрический состав грунта и установить его наименование.

2. ТЕОРИЯ

Гранулометрическим составом называется количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах.

Для определения гранулометрического состава пород выполняется так называемый гранулометрический анализ. В настоящее время разработано много способов гранулометрического анализа грунтов. Наибольшее распространение получил ситовой метод гранулометрического анализа грунтов.

Для определения гранулометрического состава составляющие грунт частицы разделяют на отдельные группы (фракции). Методы разделения зависят от крупности частиц . Принято выделять следующие основные фракции (таблица 2.1):

Таблица 2.1

Классификация крупнообломочных и песчаных грунтов

по гранулометрическому составу

Содержание частиц A_i

крупнее размера d

Вид грунта

d,мм

A_i,%

>200

>10

>0,5

>0,25

>0,1

>50

>25

>50

≥75

<75

Крупнообломочный (рис. 2.1-а):

валунный (глыбовый) 1

галечниковый (щебенистый) 2

гравийный (дресвяный) 3

Песок (рис. 2.1-б)

гравелистый 4

крупный 5

средней крупности 6

мелкий 7

пылеватый 8

После проведения гранулометрического анализа исследуемого грунта, используя классификационные границы (см. таблицу 2.1), строят график гранулометрического состава (рис. 2.1), по результатам которого определяют вид грунта. Вид грунта устанавливают по первой справа классификационной границе, пересекаемой кривой.

В зависимости от крупности частиц и их процентного содержания различают песок гравелистый, крупный, средней крупности, мелкий и пылеватый. К крупнообломочным относят грунты, в которых частицы крупнее 2 мм составляют более 50 % (гравийные, галечниковые, валунные).

Гранулометрический состав позволяет косвенно судить о некоторых строительных свойствах грунта. С уменьшением размеров частиц возрастает суммарная площадь их поверхности на единицу объема, что увеличивает коагуляционные связи (связи молекулярного и водно-коллоидного притяжения между частицами и их водными оболочками).

Рис.2.1. Классификационные границы

- содержание частиц меньше определенного размера; - размер частиц;

а) галечниковый (щебенистый) грунт; б) песок крупный

Так между частицами галечниковой и гравийной фракции коагуляционные связи отсутствуют. Эти грунты отличаются хорошей водопроницаемостью, полным отсутствием капиллярного поднятия, неизменностью свойств при изменении влажности.

Песчаные грунты хорошо пропускают воду, имеют незначительную величину капиллярного поднятия, но меняют строительные свойства при изменении влажности.

Пылеватые грунты имеют малую водопроницаемость, но значительную высоту капиллярного поднятия.

Глинистые частицы резко изменяют свойства грунтов при их увлажнении (приобретают пластичность и липкость, увеличиваются в объеме), придают грунтам водонепроницаемые свойства.

2.1. Порядок выполнения работы в действительности

1. Предназначенный для опыта грунт доводят до воздушно-сухого состояния, рассыпая его тонким слоем на листе бумаги и оставляя его в таком виде на 1-2 суток. Комки грунта осторожно растирают в фарфоровой ступке резиновым пестиком.

2. Из размельченного грунта методом «квартования» отбирают среднюю пробу. Для этого рассыпанный тонким слоем грунт двумя взаимно-перпендикулярными линиями разделяют на четыре части (квадрата), два квадранта, расположенные по диагонали, удаляют, а два других оставляют. Остаток смешивают, разравнивают и снова повторяют операцию деления грунта квартованием. Квартование продолжают до тех пор, пока не останется объем грунта, достаточный для опытной пробы. Вес опытной пробы для грунтов, не содержащих частиц крупнее 2 мм принимают около 100 г. Для грунтов содержащих менее 10% частиц крупнее 2 мм - около 500 г; при содержании от 10 до 30 % частиц крупнее 2 мм - 1000 г; при содержании этих частиц свыше 30% - не менее 2000 г.

3. Отобранную среднюю пробу взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г и результат записывают в журнал.

4. Взвешенную пробу грунта высыпают в собранный комплект сит с поддоном, закрывают крышкой и весь комплект подвергают легкому встряхиванию до полной сортировки грунта.

5. Для проверки чистоты сортировки берут отдельное сито из комплекта с фракцией грунта, закрывают его крышкой и ведут дополнительное просеивание над листом бумаги. Если отсеивание наблюдается, то отделение частиц данной фракции произошло недостаточно. Это сито вновь включают в набор сит и продолжают дальнейшую сортировку, а зерна грунта, просеянные на лист бумаги, высыпают в сито нижележащей фракции.

6. После просеивания содержимое каждого сита и поддона высыпают в отдельные предварительно взвешенные, фарфоровые чашки и определяют чистый вес каждой фракции с точностью до 0,01 г.

7. После окончания взвешивания определяют весовое процентное содержание каждой i-й фракции по формуле:

где - чистый вес i-й фракции;

- навеска средней пробы грунта;

Р_i2 - вес i-й фракции с чашкой;

P_i₁ - вес чашки.

Вес и процентное содержание каждой фракции записываются в таблицу 2.2.

8. Для контроля качества ситового анализа следует сложить веса всех фракций, сравнить их общий вес с навеской пробы и определить процент раструски по формуле:

Процент раструски может составлять С<0,5%.

9. Рассчитывается последовательно и записывается в таблицу суммарное содержание частиц крупнее определенного размера:

10. Рассчитывается последовательно и записывается в таблицу суммарное содержание частиц мельче определенного размера:

Таблица 2.2

Результаты определения содержания фракций грунта

Проба грунта с чашкой N, г			Вес чашки N_тары, г			Чистый вес пробы N_пробы, г
Размер частиц фракции	>10, мм	10…5, мм	5…2, мм	2…1, мм	1…0,5, мм	0,5…0,25, мм	0,25…0,1, мм	<0,1, мм
Р_i2, г
P_i₁, г
Р_i3,г
Относительное весовое содержание определенных фракций
, %
, %
, %

11. Построение графика гранулометрического состава (пример на рис. 2.1) и классификация (определение наименования) исследуемого грунта.

3. ОБОРУДОВАНИЕ

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

Z – визуальное приближение;

F10 – выход из программы.

Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры

Рис. 3.3. Функции манипулятора

Левая клавиша манипулятора (ЛКМ) – управление объектами (в режиме манипуляции).

Средняя клавиша манипулятора (СКМ) – взять (применить) объект (в режиме манипуляции). Также данная клавиша позволяет проводить ускоренную работу с некоторыми объектами (например, ускоренное закручивание (откручивание) рукоятки тормозного устройства).

Правая клавиша манипулятора (ПКМ) – переход в режим манипуляции (управление объектами), возврат в режим навигации (перемещения по сцене).

Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

3.1. Оборудование в лабораторной работе

В виртуальной лаборатории на одном из столов в разобранном состоянии находится прибор для определения гранулометрического состава грунта (набор сит, дно, крышка), весы электронные, мерная чаша.

Каждое сито имеет массу от большого до меньшего с одинаковым уменьшением от 200 до 120 г.

Слева на столе рядом находятся 3 ящика с различными грунтами.

Справа на столе находится ящик для отработанного грунта.

Рис. 3.3. Прибор для определения гранулометрического состава грунта, весы электронные, мерная чаша.

Рис. 3.4. Ящики с грунтами для замеров

Рис. 3.5. Ящики для отработанного грунта

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

4.1. Порядок действий (рекомендованный)

1. Ознакомьтесь с подразделом 2.1, особенно с действиями описанными в пп 6-11, именно они вошли в эту виртуальную работу.

Не забывайте фиксировать замеры в таблице 5.2.

2. На весах взвесьте поочередно все сита прибора и мерную чашу.

3. Соберите сита прибора в последовательности уменьшения диаметра отверстий, обязательным является наличие снизу чаши с дном и сверху крышки.

4. Мерной чашей зачерпните грунт в любом из ящиков для замеров. Чашу с грунтом примените к собранному прибору, анимировано произойдет высыпание грунта в прибор. Затем чашу поставьте на стол.

5. Закройте прибор крышкой, кликните левой клавишей на стоящий прибор, прибор анимировано начнет производить встряхивающие движения в течение 30 сек.

6. Прибор можно разобрать, поочередно складывая сита на стол

7. Каждое сито с грунтом взвесьте, грунт переместите в ящик для отработанного материала.

8. Опыт можно повторить.

9. Произведите вычисления, дополните таблицу 5.1.

5. ОТЧЕТ

Лабораторная работа "Определение гранулометрического состава грунта"

1. Заполненная таблица 5.1.

Таблица 5.1

Результаты определения содержания фракций грунта

Проба грунта с чашкой N, г			Вес чашки N_тары, г			Чистый вес пробы N_пробы, г
Размер частиц фракции	>10, мм	10…5, мм	5…2, мм	2…1, мм	1…0,5, мм	0,5…0,25, мм	0,25…0,1, мм	<0,1, мм
Р_i2, г
P_i₁, г
Р_i3,г
Относительное весовое содержание определенных фракций
, %
, %
, %

2. Построение графика гранулометрического состава (пример на рис. 2.1)

3. Классификация (определение наименования) исследуемого грунта.

Выполнил (ФИО студента, группа, дата)

_________________________________________________________________________________________________________________________________________

Принял (ФИО преподавателя, дата)

___________________________________________________________________

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем заключается отличие грунта от горной породы?

2. Что означают термины «двухфазный грунт» и «трехфазный грунт»?

3. В каких случаях гранит может быть назван грунтом?

4. К какой группе грунтов по происхождению относятся намывные грунты?

5. Как называется фракция грунта с размерами частиц от 0,05 до 2,00 мм? Какой физический смысл заключен в указанных классификационных границах?

6. Как называется грунт, в котором преобладают окатанные частицы размером более 10 мм?

7. Почему глинистые грунты не классифицируют по гранулометрическому составу?

8. Как находится степень неоднородности грунта?

9. При каком значении степени неоднородности гранулометрического состава грунт считается однородным?

10. Какой грунт является предпочтительным для использования в качестве основания здания – глина или песок? Поясните ответ.

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бородавкин П.П. Механика грунтов в трубопроводном строительстве: Учебник для вузов / П.П. Бородавкин. - 2-е издание, перераб. и дополнен. - М.:Недра, 1986

2. Далматов Б.Н. Механика грунтов, основания и фундаменты / Б.Н. Далматов.- М.:Стройиздат, 1988

3. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учебное пособие для строительных вузов / [С.Б. Ухов и др.]. - 2-ое изд., перераб. и доп. - М.:Высш. шк., 2002.- 566с.:ил.

4. Цытович Н.А. Механика грунтов / Н.А. Цытович. - М.:Высшая школа, 1980

8. АВТОРЫ

Лабораторная работа «Определение гранулометрического состава грунта» по дисциплине "Механика грунтов, основания и фундаменты"

Методическое обеспечение: Пульников С.А., доцент кафедры "Транспортные и технологические системы"

Редактор: Яковлев О.В.

3D-графика: Елесин А.С.

Script-программирование: Баканов А.А.