Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Инженерная геология и механика грунтов, основание и фундаментов»

Сопротивляемости сдвигу несвязных (песок, гравий, галька) грунтов основную роль играют силы внутреннего трения, сцепление имеет подчиненное значение, практически их можно приравнять нулю.

Поэтому для таких грунтов формула выражается следующим уравнением:
S=Р⋅tq φ

№ Опы-тов	Вертикальная нагрузка		Горизонтальная нагрузка		Параметры сдвига
	P кг,см		τ		φn	Сn
1
2
3

Графически эта зависимость изображается прямой, проходящей через начало координат.

S
С=0

φ

0 Р_МПА

Вопросы для самопроверки.

1. 
   От чего зависит сопротивление сдвигу несвязанных грунтов?
   
2. 
   Чем отличается сопротивление сдвигу связных грунтов от несвязных?
   
3. 
   Какие параметры сопротивления сдвигу вы знаете?
   

Работу выполнил: «___» _______ 20... г.

Работу принял: «___» ______ 20... г.

ЛАБОТОРНАЯ РАБОТА № 12 (2 часа).

Компрессионные испытания грунтов.

Сжимаемость грунтов (способность уплотняться под нагрузкой) определяют при прочих равных условиях величину осадки сооружения.

Показатели сжимаемости, определенные в условиях невозможности бокового расширении грунта, называются компрессионными характеристиками.

Компрессионные характеристики имеют вид графиков зависимости коэффициента пористости грунта от нагрузки или модуля осадки грунта.

Построение графиков производится по данным компрессионных испытаний образца грунта, вполне определенными начальными минимальными размерами и параметрами физического состояния грунта.

Компрессионные испытания проводятся в компрессионных приборах конструкции Гидропроекта и состоят в уплотнении образца грунта, увеличивающейся ступенями нагрузкой (в условиях невозможности бокового расширения грунта) с фиксацией деформации сжатия.

Ход определения

1. 
   Кольцо компрессионного прибора заряжают грунтом, компрессионные характеристики которого следует определить.
   
2. 
   Фиксируют:
   

а) наименование грунта;

б) плотность грунта;

в) объемную массу грунта;

г) влажность грунта;

д) коэффициент водонасыщения;

е) начальный коэффициент пористости;

ж) начальную высоту образца;

з) сечение образца.

3. 
   Устанавливают кольцо с грунтом в стакан компрессионного прибора.
   

4. Устанавливают штамп на поверхность образца, приводят в рабочее положение рычажную систему прибора и устанавливают два индикатора часового типа для фиксации деформаций уплотнения.

5. Фиксируют начальные отсчета индикатора и прикладывают первую ступень нагрузки, которую выдерживают до условной стабилизации осадки, соответствующей приращению деформации условной стабилизации осадки, (соответствующей приращению) от первой ступени нагрузки, прикладывают вторую ступень и т.д.

6. Интенсивность нагрузки, отсчета по индикатором и результаты дальнейшей обработки данных опыта фиксируются в таблице.

Тип грун-та

Наг-рузка Q

Пер. число Z

Попереч.сечение образца F

Удель-ная нагруз-ка об- разца Р

Отсчеты по деформации

Относительная деформация уплотнение L

Коэффициент пористости Ер

Модуль осадки мм/м Lp

Индикатор

Уплотнение грунта по индикат.

Левый

Пра-вый

Ле-вый

Правый

Средний Δhср

Cу-песь

2 кг

30 sm

60 sm^2

4 кг

8 кг

12кг

12кг+ вода

L= ; Е_р=Е₀-L (1+Е₀); Lp=L∙1000=мм/м

h- высота кольца, h=24мм

Задание

По результатам выполненной работы:

а) построить график зависимости Е=f₁(P); L_p=f₂ (P) для испытанных разновидностей грунтов;

б) определить коэффициент сжимаемости по формуле:



где - коэффициент сжимаемости или уплотнения грунта;

Е₁- начальный коэффициент пористости грунта;

Е₂- конечный коэффициент пористости;

Р₁- начальное давление на грунт;

Р₂- конечное давление на грунт.

в) определить степень сжимаемости по коэффициенту сжимаемости (приложение,таб№4).

Е L_p



0 Р 0 P

Компрессионная кривая вида Компрессионная кривая вида

Е=f₁(P); L_p=f₂ (P)
Вопросы для самопроверки

1. 
   Что называется компрессионными испытанием грунта?
   
2. 
   Какие параметры компрессионных испытаний Вы знаете?
   
3. 
   Как определяется коэффициент сжимаемости грунтов?
   
4. 
   Что такое просадка грунта?
   
5. 
   Что такое осадка грунта?
   

Работу выполнил: «___» _______ 20... г.

Работу принял: «___» ________20... г

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13 (2 часа).

Построение кривой консолидации грунта.

Сжатие глинистых пород под нагрузкой происходит в течение продолжительного времени. Этот процесс называется консолидацией грунта. Для характеристики консолидации грунта служит степень консолидации - представляющая собой отношение осадки грунта в некоторый момент времени t- к полной осадке, наблюдаемой по окончании процесса консолидации под данной нагрузкой:


где ∆ht- деформация образца в момент времени t, считая от момента приложения давления;

∆hк- полная деформация образца в интервале давлений Р_n-1 и Р_n

Ход определения.

Подготовка образца к испытанию проводится аналогично работе № 12. После стабилизации осадки под давлением 0,05 МПа берут первый отсчет по индикатору. На рычаг прибора подвешивается груз, соответствующий повышению удельной нагрузки на 0,2-0,3 МПа. Одновременно с приложением дополнительной нагрузки включатся секундомер, и далее берутся отсчеты по индикатору, через следующие промежутки времени истекшие от момента приложения нагрузки: 0,5; 1,2; 3,5; 10, 20, 30, 60, 90, мин и на следующий день. Результаты наблюдений в ниже следующую таблицу

Время от начала наблюдения, мин.	Отсчеты по индикаторам мм			Деформация образца Мм				Консолидация
	левый	правый	левый		правый	Сред- ний
0,5 1 2 3 4 5 7 10 15 20 30 40 50 60 90

Кривая консолидации грунтов.
Вопросы для самопроверки.

1. 
   Что такое консолидация грунта?
   
2. 
   Для чего определяется консолидация грунта?
   
3. 
   От чего зависит консолидация грунтов ?
   

Работу выполнил: «___» _______ 20... г.

Работу принял: «___» _______ 20... г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14 (2 часа).

Определение модуля деформация грунтов.




Модуль деформации грунтов Е- показатель, который характеризует их деформацию представляет собой отношение сжимающего напряжения к вызываемой им относительной деформации. Модуль деформации грунта характеризует как упругие, так и остаточные деформации. Его величина зависит от плотности и влажности грунта.
Модуль деформации грунта определяется в полевых условиях посредством вдавливания штампом в грунт методом пробных нагрузок. В данной работе дается схема его определения.

На подготовленную поверхность образца грунта устанавливается штамп, через рычаг прикладывается ступенями вертикальная нагрузка Р кг.

Величину деформации штампа фиксируют посредством индикатора.

Каждую ступень нагрузки выдерживают до условной стабилизации деформации сжатия (приращение деформации не более 0,01 мм. за 1 мин.)

Полная деформация определяется как разность между показателями индикатора при S_i=0 и данной ступенью нагрузки.

Порядок расчеты модуля деформации грунта приведен в ниже следующей таблице.

Тип грунта	Нагрузка на рычага Q кг	Передаточное чис-ло рычага Z	Диа-метр штам-па d см	Площадь штампа F см^2	Удель-ная нагрузка на штамп Р МПа	Показание инди-като-ра ∆h мм		Среднее значение индикатора Δhср	Отно-ситель-ная дефор-мация =	Мо-дуль дефор-мации, МПА Е=
						Sпр	Sл
супесь	2кг	30см	60см^2	8,7см
	4кг
	8кг
	12кг

На основании данных построить график зависимости.

Нагрузка на штамп МПа.






0 Р

Зависимость относительной деформации от нагрузки.

Вопросы для самопроверки:

1. 
   Что характеризует модуль деформации?
   
2. 
   От чего зависит модуль деформации грунта?
   
3. 
   Чем отличается компрессионный модуль деформации от свободного модуля деформации?
   

Работу выполнил: «___» ________ 20... г.

Работу принял: «___» _______ 20... г.

П Р И Л О Ж Е Н И Е

Классификация глинистых грунтов для проектирования с сооружения земляного полотна.

Таблица 1.

Наименование глинистых грунтов	Число пластичности Мр. в %	Консистенция, В	Классификация
Супесь	1-7	B < O O < B < 1 B > 1	Твердые Пластичные Текучие
Суглинок	7-17	B < O O < B < 0,25 0,25 < B < 0,5 0,5 < B < 0,75 0,75 < B < 1 B > 1	Твердые Полутвердые Тугопластичные Мягкопластичные Текучепластичные Текучие
Глина	17-27	B < O O < B < 0,25 0,25 < B < 0,5 0,5 < B < 0,75 0,75 < B < 1 B >1	Твердые Полутвердые Тугопластичные Мягкопластичные Текучепластичные Текучие

Данные для расчета коэффициента фильтрации

по опытам в трубке Каменского

Таблица 2.

S/ho	f (S/ho)	S/ho	f (S/ho)	S/ho	f (S/ho)	S/ho	f (S/ho)
1	2	3	4	5	6	7	8
0, 062	0,062	0,23	0.261	0,39	0,494	0,55	0,799
0,07	0,073	0,24	0,274	0,40	0,510	0,56	0,821
0,08	0,083	0,25	0,288	0,41	0,527	0,57	0,844
0,09	0,094	0.26	0,301	0,42	0,545	0,58	0,868
0,10	0,105	0,27	0.319	0,43	0,562	0,59	0,892
0,11	0,117	0,28	0,329	0,44	0,580	0,60	0,916
0,12	0,128	0,29	0,346	0,45	0,598	0,61	0.941
0,13	0,139	0,30	0,357	0,46	0,616	0,62	0,597
0,14	0,151	0,31	0,371	0,47	0,635	0,63	0,944
0,15	0,163	0,32	0,365	0,48	0,654	0,64	0,022
0,16	0,174	0,33	0,400	0,49	0,773	0,65	0,050
0,17	0,186	0,34	0,416	0,50	0,693	0,66	0,079
0,18	0,196	0,35	0,431	0,51	0,713	0,67	0,109
0,19	0,210	0,36	0,446	0,52	0,734	0,68	0,139
0,20	0,223	0,37	0,462	0,53	0,755	0,69	0,172
0,21	0,236	0,38	0,478	0,54	0,71	0.70	0,204

Определение наименование и состояние глинистых грунтов по значениям угла внутреннего трения -φ_w и силы сцепления- C_w

3- таблица

Наменование глинистых грунтов	Глина			Суглинок				Супесь
	φw		Cw	φw		Cw	φw		Cw
Твердый	22	0,1		25	0,06		28		0,02
Полутвердый	20	0,06		23	0,04		26		0,015
Твердопластичный	18	0,04		21	0,025		24		0,01
Мягкопластичный	14	0,02		17	0,015		20		0,005
Текучепластичный	8	0,01		13	0,01		18		0,002
Текучий	6	0,005		10	0,005		14		0

Степень сжимаемости по коэффициенту сжимаемости глинистых грунтов .

Таблица 4.

Коэффициент сжимаемости	Степень сжимаемости
0,001	Грунт не сжимаемый
0,001-0,005	Грунт мало сжимаемый
0,05-0,01	Грунт средне сжимаемый
0,01-0,10	Грунт высоко сжимаемый
0,10	Грунт очень высоко сжимаемый

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. 
   В.П.Ананьев, А.Д.Потапов «Инженерная геология». Москва, Высшая школа,2005г
   
2. 
   Г.Н.Щвецов « Инженерная геология и механика грунтов, основания и фундаменты ». Москва « Высшая школа » 1987
   
3. 
   Н.Н.Маслов « Основы инженерной геологии и механики грунтов ». Москва «Высшая школа » 1982
   
4. 
   В.Ф.Бабков, В.М.Безрук « Основы грунтоведения и механики грунтов». Москва «Высшая школа» 1986
   
5. 
   Н.А.Цытович «Механика грунтов». Москва « Высшая школа» 1983