32-тб 17.11. Урок 21-22. Практична робота №3

 

Тема: «Вивчення фізичних і механічних властивостей грунтів.

Побудова геологічного розрізу грунтів»

Мета роботи: визначити фізичні і механічні властивості грунтів. Побудувати геологічний розріз грунтів.

Прилади і матеріали: зразки грунтів.

ТЕОРЕТИЧНА ДОВІДКА

Під ґрунтами (нім. ”Grund”― основа) розуміють будь-яку гірську породу, що змінюється з часом і використовується як основа, середовище або матеріал для зведення будинків та інженерних споруд. Як правило, це верхня частина земної кори, яка складена осадовими гірськими породами того чи іншого походження.

Ґрунти ― багатокомпонентна система, в склад якої входять: тверді мінеральні частинки, вода в різних станах, газоподібні включення (повітря). Проміжки між мінеральними частинками, частково або повністю заповнені водою або газами, називаються порами.

 Фізичні характеристики грунтів

Фізичні та механічні характеристики ґрунтів дають кількісне уявлення про властивості, які необхідні для розрахунків стану і прогнозу поведінки ґрунтів під навантаженням в тих чи інших умовах. Фізичні характеристики дають уявлення про стан ґрунтів у природі, а механічні ― про їхню поведінку під навантаженням.

Фізичні характеристики властивостей ґрунтів поділяють на дві групи:

- основні, які визначаються дослідним шляхом на основі лабораторних або польових дослідів;

- розрахункові, які визначаються розрахунком на основі перших.

Дослідним шляхом визначаються: питома вага часточок ґрунту, питома вага ґрунту, вологість, границі пластичності, коефіцієнт фільтрації. Усі інші характеристики визначаються розрахунком. Основні відомості про фізичні характеристики ґрунтів наведені в табл. 9.1, де для основних характеристик прийняті такі умовні позначення: G ― вага ґрунту, Gs ― вага твердих часточок,          Gw  ― вага води, V ― об'єм ґрунту, Vs ― об'єм твердих часточок,   І ― напірний градієнт, Q ― витрата води, А ― площа поперечного перерізу ґрунту.

 

Таблиця 3.1 ― Основні відомості про фізичні характеристики ґрунтів

Назва	Визначення	Умовні позначення	Формула підрахунку	Одиниця  вимірювання	Межі змінювання
1	2	3	4	5	6
Питома вага	Вага одиниці об'єму ґрунту в природному стані (з урахуванням пор і заповнення їх водою)			кН/м³	15―21
Питома вага частинок грунту	Вага одиниці об'єму ґрунту в абсолютно щільному стані (або питома вага мінеральних часточок)			кН/м³	25―28
Вологість	Вміст води в ґрунті в долях одиниці від ваги мінеральної частини	w		Долі одиниці	0―5,0
Вологість на границі пластичності	Вологість, при якій грунт переходить із твердого стану в пластичний	wp		Долі одиниці	0,09―0,90
Вологість на границі текучості	Вологість, при якій грунт переходить із пластичного стану в текучий	wL		Долі одиниці	0,15―5,0
Коефіцієнт фільтрації	Швидкість фільтрації води в ґрунті при напірному градієнті, який дорівнює одиниці			м/добу	0―1000
Число пластич-ності	Діапазон вологості, в якому грунт знаходиться в пла-стичному стані			Долі одиниці	0―4,0
Показник текучості	Характеристика при-родного стану ґрунту за пластичністю			Долі одиниці	-
Питома вага сухого ґрунту	Вага одиниці об'єму ґрунту у висушеному стані			кН/м³	12,18
Пористість	Доля, яку складає об'єм пор від загального об'єму			Долі одиниці	0―0,80
Коефіцієнт пористості	Доля, яку складає об'єм пор від об'єму мінеральної частини ґрунту			Долі одиниці	0―1,5
Ступінь вологості	Відношення природної вологості до вологості повної волого-ємності (ступінь за-повнення пор водою)			Долі одиниці	0―1
Показник неоднорiдностi грануло-метричного складу	Співвідноше-ння діаметру часточок, менше яких у грунті міс-титься відповідно 60 та 10 % (за массою)	Си		Долі одиниці	1―15
Ступінь щільності пісків	Характеристи-ка при-родного ступіню щі-льності відносно гра-ничнощільно го і гранично-го значення	ІD		Долі одиниці	0―1
Питома вага ґрунту, виваженого водою	Вага одиниці об'єму ґрунту у виваженому стані			кН/м³	7―12

 

Питома вага ґрунтів визначається для зразків непорушеної структури із збереженням природної вологості. У лабораторних умовах питому вагу визначають двома методами: методом ріжучого кільця і методом парафінування. Вагу зразка ґрунту у будь-якому випадку визначають зважуванням, а при визначенні його об'єму виникають складнощі, пов'язані з природною структурою і станом. При використанні методу ріжучого кільця кільце певного внутрішнього об'єму з ріжучим краєм удавлюється в ґрунт. Область застосування цього методу обмежується ґрунтами, для яких можна відібрати пробу непорушеної структури: це вологі піски та пластичні глинисті ґрунти.

У методі парафінування об'єм зразка визначається зануренням запарафінованого ґрунту у воду. Парафінування запобігає розмоканню і проникненню води у пори. Грунт повинен бути здатним зберегти при відборі зразка певну форму. Це в основному глинисті ґрунти, за виключенням тих, що знаходяться в стані, близькому до текучого.

У випадках неможливості відбору зразка непорушеної структури (ґрунти у текучому стані, пухкі маловологі піски тощо) для визначення питомої ваги використовують польові методи: статичне або динамічне зондування, радіоізотопні методи.

Питому вагу часточок ґрунту визначають за допомогою пікнометра. Вагу часточок визначають зважуванням висушеного зразка, а об'єм ― різницею між сумою ваги пікнометра, заповненого водою до риски на шийці, та проби ґрунту, з одного боку, і ваги того ж пікнометра, заповненого водою до тієї ж риски, але з розміщенням зразка ґрунту в середині пікнометра, з другого боку. Витиснення повітря із зразка, необхідне для запобігання зменшення питомої ваги, досягається попереднім тривалим кип'ятінням ґрунту в пікнометрі.

  Вологість визначається як відношення ваги води в ґрунті до ваги висушеного ґрунту. Тому, як правило, вологість визначають ваговим методом. При цьому зразки ґрунту висушують у сушильних шафах при постійній температурі близько 105°С і протягом тривалого часу (до постійної ваги, що визначається повторним зважуванням). При меншій температурі не може бути досягнуте повне вилучення води із зразка, при більшій ― виникає небезпека появи помилок, пов’язаних з можливістю згорання деякої частини породи, зокрема, органічних речовин.

Крім вагового методу, в лабораторних умовах для визначення вологості може застосовуватись пікнометричний та бензометод (для ґрунтів, що розчиняються у воді). У польових умовах застосовують спирто-бензометод, радіоактивні або електрометричні методи.

Пластичність властива тільки глинистим ґрунтам завдяки здатності глинистих частинок утримувати воду біля своєї поверхні. Виділяють такі стани за пластичністю (консистенцією): твердий, пластичний і текучий, їх можна досягти штучно, змінюючи вологість ґрунтової пасти.

Вагові вологості, відповідні до переходу ґрунту з одного стану в інший, називаються границями пластичності.

Вологість на границі пластичності називають ще нижньою межею пластичності, а вологість на границі текучості ― верхньою межею пластичності.

Вологість на границі пластичності (розкочування) визначають у лабораторії як вологість, за якої джгути товщиною 3 мм, приготовлені стандартним способом з ґрунту розкочуванням, починають розпадатись на відрізки довжиною 3 – 10 мм.

Вологість на границі текучості визначають як вологість, при якій стандартний балансирний конус (масою 76 г з кутом при вершині 300) за 5 секунд під дією власної ваги занурюється в масу ґрунту на 10 мм.

Характеристики пластичності дозволяють судити про ступінь глинистості (процентний вміст глинистих частинок) та природний стан ґрунту за пластичністю.

У табл. 9.2 наведена класифікація глинистих ґрунтів, а на рис. 9.1 ― залежність границь пластичності від процентного вмісту глинистих частинок.

 

Таблиця 9.2 ― Класифікація глинистих ґрунтів

Назва грунту	Вміст  глинистих частинок (дрібніші 0,005 мм), % за вагою
Глина важка (жирна)	більше 60
Глина	60―30
Суглинок важкий	30―20
Суглинок середній	20―15
Суглинок легкий	15―10
Супісок важкий	10―6
Супісок легкий	6―3
Пісок	Менше 3

 

Як видно з рисунка, із зростанням частки глинистих частинок зростає діапазон, в якому грунт знаходиться в пластичному стані. У зв'язку з цим число пластичності застосовується для класифікації ґрунтів за ступенем глинистості:

Супіски                         0,01  Ір   0,07

Суглинки                      0,07 < Ір   0,17

Глини                                  Ір > 0,17

 

 

Рисунок 9.1 ― Залежність границь пластичності від процентного вмісту глинистих частинок

Згідно з визначенням границь пластичності грунт знаходиться в твердому стані, якщо w < wP, у текучому стані, якщо w > wL, і в пластичному стані, якщо w < wP < wL. Для кількісної оцінки природного стану ґрунту за пластичністю застосовується така характеристика, як показник текучості IL (див. табл. 9.1). Згідно з формулою підрахунку для твердих ґрунтів IL < 0, для текучих IL > 1 і для ґрунтів у пластичному стані 0  IL  1.

 

 

ХІД  РОБОТИ:

1. Вивчити як визначаються фізичні й механічні характеристики грунтів.
2. Побудувати геологічний розріз грунту:

Методичні вказівки до побудови геологічного розрізу

Геологічний розріз побудувати на основі даних  буріння 2-х свердловин, розташованих вздовж одного напрямку (створу).

Відповідно до варіанта з таблиці 1 вибрати 2 сверловини і з таблиці 2 вихідні дані до них, а саме: позначки устя, потужності пройдених шарів грунтів від устя до забою свердловини та глибини залягання грунтових вод.

В табл. 3 наведені умовні позначення грунтів.

Під час побудови геологічного розрізу слід користуватися такими правилами:

-        профіль, що відображає рельєф між заданими сверловинами проводиться прямими лініями:

-        підошва і покрівля шарів грунтів, що не перекриваається між сусідніними сверловинами проводиться прямою лініями;

-        свердловини умовно позначають діаметром 4 мм незалежно від маштабу;

-        підошва шару грунту, що виклинюється між сусідніми свердловинами проводиться кривою лінією і доводиться до середини відстані між сверловинами;

-        два шари, що виклинюються на зустріч один одному, перешаровуються роздільною кривою лінією від 1/3 до 2/3 відстані між свердловинами (між спільною підошвою і покрівлею). Спільна підошва та покрівля показується прямими лініями;

-        останні (нижні0 шари грунтів не обмежуються знизу лініями. Умовні знаки закінчуються на рівні забоїв свердловин;

-        рівень підземних вод показують пунктирно лінією на якій ставиться умовний знак, глибина залягання, абсолютна позначка;

-        підошва і покрівля кожного шару грунту, рівень підземних вод і забоїв свердловин повинні бути гіпсометрично привязані відносною позначкою (глибиною від поверхні, тобто устя свердловини), яка підраховується так: «абсолютна позначка устя» мінус «глибина підошви шару»4

-        умовні позначення грунтів продовжуються на крайні свердловини на 1,5-2 см.

                                                                                                                                                                  Табл.1

№ сверловини	1	2
Абсолютна позначка устя,м	97,2	96,5
Відстань між свердловинами,м	7,0

 

Табл.2

Найменування грунту	Умовне позначення	Позначки								Потужність шару, м	Рівень грунтових вод,м
		відносні				абсолютні
		покрівлі		Підошви		покрівлі		Підошви
		1 скв.		2 скв.		3 скв.		4 скв.
Насипний		0,0	0,3	0,0	0,0	97,2	96,9	96,5	95,8
Пісок дрібний		0,3	1,0	0,0	1,5	96,0	95,4	95,8	95,0
Суглинок		1,0	3,3	1,5	4,2	95,4	94,0	95,0	93,5
Глина		-	-	4,2	5,0	-	-	93,5	93
Рівень		3,3	4,3	5,0	5.5	94,0	94,3	93,0	92,6		4,1 (93,1)
Граніт		-	-		--	-	-	-	-

 

Зробити висновок.

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ:

1.      Що називається грунтом?

2.      У чому полягає відмінність між гірськими породами і мінералами?

3.      Від чого залежать  властивості гірських порід?

4.      Як класифікують гірські породи?

5.      Які гірські породи використовують як стіновий матеріал?

6.      Які гірські породи використовують для оздоблення?