Лабораторная работа по механике грунтов

Лабораторная работа № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ, ИХ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ R₀ А) ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Основные характеристики физических свойств грунтов, определяемых экспериментально в лабораторных условиях, являются удельный вес грунта, удельный вес частиц грунта, весовая влажность.

Задание 1. Определение плотности — r и удельного веса — g грунта естественной ненарушенной структуры методом взвешивания в воде.

Плотность грунта (r) – отношение массы грунта к его объему [г/см³; т/м³]. Удельный вес грунта (g) – вес единицы объема грунта в его естественном состоянии g=r۰g [кН/м³], g – ускорение свободного падения. Запись результатов: Масса образца грунта, (г) m=151,40 Масса парафинированного образца грунта, (г) m₁=156,85 Масса парафинированного образца, погруженного в воду, (г)  m₂=82,85 Плотность парафина r_п, принимаемая равной 0,900 г/см³; Плотность воды при температуре испытаний r_w»1,00 г/см³ Плотность грунта вычисляется по формуле: — объем образца грунта;

Задание2. Определение плотности_rs_и удельного веса-gs частиц грунта пикнометрическим методом.

Плотность частиц грунта (r_s) – отношение массы частиц грунта к их объему [г/см³; т/м³].. Удельный вес частиц грунта (g_s) – отношение веса твердых частиц грунта к их объему: g_s=r_s۰g [кН/м³] Запись результатов: Масса пикнометра, (г)  m_в= 53,42 Масса пикнометра с грунтом (из расчета 15 грамм предварительно высушенного до постоянной массы грунта на 100 мл емкости пикнометра), (г) m_г= 68,80 Масса грунта, (г)  m₀=m_г — m_в= 15,38 Масса пикнометра с грунтом и дистиллированной водой, залитой до мерной риски на горлышке пикнометра после кипячения на песчаной бане (длительность кипячения составляет 1 час), (г) m₁= 260,85 Масса пикнометра с дистиллированной водой, залитой до мерной риски, (г) m₂=251,20 Плотность частиц грунта (r_s) вычисляется исходя из равенства объемов грунта и дистиллированной воды, залитой до мерной риски пикнометра, массой m₁ и только дистиллированной водой, залитой до той же мерной риски пикнометра, массой m₂: Пикнометр с грунтом и дистиллированной водой пикнометр с дистиллированной водой Решая это уравнение относительно  получим: где r_w – плотность воды при температуре испытания (r_w»1г/см³ ). Удельный вес частиц грунта:

Задание 3. Определение природной влажности грунта W.

Влажность грунта – отношение массы воды к массе твердых частиц грунта, определяется как отношение массы воды, испарившейся из пор природного грунта при его высушивании, к массе высушенного при температуре 105⁰С грунта. Запись результатов: Номер стаканчика – 1. Масса пустого стаканчика с крышкой, (г) m= 22,05 Масса влажного грунта со стаканчиком и крышкой, (г) m₁=53,50 Масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, (г) m₀= 46,81 Влажность грунта определяется по формуле: (Допускается выражать влажность грунта в долях единицы.)

Задание4. Определение границы раскатывания Wp.

(для глинистого грунта) Влажность на границе раскатывания – влажность грунта, когда грунт и пластичного состояния переходит в твердое состояние. Влажность на границе раскатывания следует определять из пасты исследуемого грунта, при которой паста, раскатываемая в жгут диаметром 3мм, начинает распадаться на кусочки длиной 3-10мм. Запись результатов: Номер стаканчика — 2 Масса пустого стаканчика с крышкой, (г)  m= 22,08 Масса стаканчика с кусочками распадающегося жгута и крышкой, (г) m₁=32,39 Масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, (г) m₀= 30,81 Влажность грунта на границе раскатывания определяется по формуле: (Допускается выражать влажность грунта на границе раскатывания в долях единицы.)

Задание5. Определение границы текучестиWL.

(для глинистого грунта) Влажность на границе текучести – влажность грунта, когда грунт из пластического состояния переходит в текучее состояние. Влажность на границе текучести следует определять из пасты исследуемого грунта, при которой балансирный конус погружается в пасту под действием собственного веса за 5секунд на глубину 10мм. Запись результатов: Номер стаканчика — 3 Масса пустого стаканчика с крышкой, (г)  m= 21,05 Масса стаканчика с пробой грунта и крышкой, (г)  m₁= 31,39 Масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, (г) m₀= 28,85 Влажность грунта на границе текучести определяется по формуле:(Допускается выражать влажность грунта на границе текучести в долях единицы.) Б) ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ РАСЧЕТОМ.

1. Плотность скелета грунта (r_d) – отношение массы частиц грунта к объему образца ненарушенной структуры.

где W – природная влажность (в долях единицы).

2. Коэффициент пористости грунта (е) – отношение объема пор к объему твердых частиц грунта.

где W – природная влажность (в долях единицы).

3. Пористость грунта (n) – отношение объема пор к полному объему образца:
4. Объем твердых частиц грунта
5. Удельный вес грунта, залегающего ниже уровня грунтовых вод, с учетом взвешивающего действия воды (по закону Архимеда) равен:

В) КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИССЛЕДУЕМОГО ГРУНТА (по ГОСТ 25100-95).

Задание 6. Определение разновидности глинистого грунта.

Разновидность глинистого грунта определяется по числу пластичности (J_p). Число (индекс) пластичности J_p характеризует интервал влажности, в пределах которого грунт имеет пластичное состояние: Число пластичности J_P косвенно показывает “глинистость” грунта, содержание в нем глинистых и коллоидных частиц. Определяется в процентах или долях единицы. По величине J_P устанавливается разновидность глинистого грунта – супесь, суглинок, глина. Исследуемый грунт имеет число (индекс) пластичности: J_P= 15%и является суглинком.

Задание 7. Определение консистенции глинистого грунта.

Консистенция глинистого грунта определяется по индексу текучести J_L показывающему, в каком состоянии находится грунт в условиях естественного Индекс текучести определяется в долях единицы. Супесь может находиться в твердом, пластичном и текучем состоянии. Суглинок и глина: в твердом, полутвердом, тугопластичном, мягкопластичном, текучепластичном, и текучем состояниях. Исследованный грунт суглинок  имеет (индекс текучести) J_L= 0,6 и находится в тугопластичном состоянии.

Задание 8. Определение расчетного сопротивления R0 глинистых грунтов.

Расчетное сопротивление R₀ глинистых грунтов определяется по СНиП 2.02.01-83^*  в зависимости от разновидности грунта, коэффициента пористости е и индекса текучести J_L. Исследуемый грунт  суглинок  имеет коэффициент пористости е= 0,93 и индекс текучести J_L=0,6. Расчетное сопротивление исследованного грунта R₀ определяется линейной интерполяцией табличных данных. Экстраполяция за пределы табличных данных не допускается. R₀= 155,9кПа.

Лабораторная работа № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ КОМПРЕССИ В ОДОМЕТРЕ

Вычислить коэффициент сжимаемости в пределах диапазона напряжений:если индикаторы выведены на “ноль” в начале опыта, то u_cp(p=0)=0, Определение показателей сжимаемости грунта по компрессионной кривой. 100-200кПа, по формуле: где: е₁ – коэффициент пористости, при s_z,1= 100кПа; е₂–коэффициент пористости приs_z,2=200кПа Данные для вычисления приведены в табл. Коэффициент относительной сжимаемости: Модуль общей (линейной) деформации: Коэффициент b учитывает отсутствие поперечного расширения грунта в приборе и равен для суглинков b=0,62/ При расчетах осадки полученный компрессионный модуль следует корректировать по испытаниям того же грунта в полевых условиях штампом. Для четвертичных супесей, суглинков и глин корректирующие коэффициенты m можно принять по табл. 2.1. При этом значение модуля необходимо определять в интервале давлений s_z=100…200кПа Коэффициенты m при показателе текучести I_L<0,75 Е₀=Е_комп.· m=9422,5∙4,75=44756,9кПа.

Лабораторная работа № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ГРУНТА ПРИ ИСПЫТАНИИ В ПРИБОРЕ ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ (СТАБИЛОМЕТРЕ)

Определение показателей деформируемости грунта.. Исходные данные для испытания: —   площадь образца    F= 24 cм2 —   высота образца       h0=100м м

• цена деления шкалы манометра m= 6 кПа
• отношение плеч рычага 1:12

Порядок записи результатов опыта приводится в табл.3. табл.3 даны обозначения : S_i=u_срi—u_cp(p=0)–среднее значение показания индикаторов в начале опыта;

• если индикаторы выведены на “ноль” в начале опыта, то u_cp(p=0)=0, а S_i=u_cp

По результатам опыта строятся графики зависимости боковых реактивных напряжений s_r от вертикальных сжимающих напряжений s_z и зависимости вертикальных относительных деформаций e_z от s_z Коэффициент бокового давления x вычисляется для некоторого интервала напряжений: Коэффициент относительной поперечной деформации (поперечного расширения): Модуль общей деформации Е (кПа) вычисляется по формуле: Модуль объемной деформации вычисляется по формуле:

Лабораторная работа № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЧНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ РАЗДАВЛИВАНИЯ ОБРАЗЦА В ПРИБОРЕ ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ (СТАБИЛОМЕТРЕ)

Задание 12. Определение предельного сопротивления грунтов сдвигу в стабилометре. Исходные данные для испытания: —   площадь образца     F= 24 cм² —   высота образца       h₀=100м м

• цена деления шкалы манометра m=6кПа
• отношение плеч рычага 1:12
• Порядок записи результатов опыта приводится в табл

S_i=u_срi—u_cp(p=0)–среднее значение показания индикаторов в начале опыта;В табл.4 даны обозначения :

• если индикаторы выведены на “ноль” в начале опыта, то u_cp(p=0)=0, а S_i=u_cp

По результатам опыта строятся графики зависимости вертикальной деформации e_z от вертикального напряжения s₂ и график зависимости сопротивления грунта сдвигу t_пред от нормального напряжения s_z По результатам опыта для песчаного грунта вычисляется угол внутреннего трения j по формуле:

• = 34º

Лабораторная работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЧНОСТИ ГРУНТА (УГЛА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ j И УДЕЛЬНОГО СЦЕПЛЕНИЯ С) В ПРИБОРЕ ОДНОПЛОСКОСНОГО СРЕЗА

Определение показателей прочности грунта в приборе одноплоскосного среза. Исходные данные для испытания: —   площадь образца    F= 40 cм²

• диаметр образца d=8,14см

—   высота образца       h₀=4с м

• цена деления шкалы манометра m= 6 кПа
• отношение плеч рычага для вертикальной нагрузки N1:10
• отношение плеч рычага для сдвигающей нагрузки Т1:10.

По результатам опыта строятся график зависимости сдвигающего напряжения t от горизонтального перемещения подвижной обоймы d (Рис.6) и график зависимости предельных сдвигающих напряжений t_пред от нормального напряжения Угол внутреннего трения j и удельное сцепление вычисляются в соответствии с ГОСТ 20522-96 по формулам: При трех определениях сопротивления грунта формулы принимают вид