Лабораторные испытания

Виды лабораторных определений физико – механических свойств грунтов определялись по приложению М СП 11-105-97. Это: природная влажность, плотность, граница текучести и раскатывания, компрессионные испытания, сдвиговые испытания, стандартный химический анализ воды, коррозионные испытания.

Природная влажность – все количество воды, содержащейся в грунте в его природном состоянии. Она может изменяться в зависимости от климатических и гидрогеологических условий, колебаться на протяжении года или даже суток в известных пределах, но при этом всегда остается характерной для данного генетического вида грунта. Для определения природной влажности грунт массой не менее 15 г помещают в бюкс, взвешивают на технических весах и ставят с открытой крышкой в сушильный шкаф. Сушат при температуре 105 °С до постоянной массы (глины, суглинки – 6 часов). Затем вынимают из шкафа, охлаждают, закрывают крышкой и взвешивают на весах. Далее влажность рассчитывают по формуле

 

ω = (m1 – m0/m0 – m) *100%, (7)

 

где ω – природная влажность, %;

m1 – масса бюкса с влажным грунтом, г;

m0 – масса бюкса с высушенным грунтом, г;

m – масса пустого бюкса с крышкой, г.

Плотность – отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому грунтом объему. Определяется на монолитах с естественной влажностью методом режущего кольца или методом взвешивания в воде парафинированных образцов. В первом случае поверхность монолита выравнивают. Ставят на него кольцо острым краем вниз. Производят погружение легким нажимом, заполняя кольцо грунтом. Ножом срезают избыток грунта, зачищают поверхность вровень с краями кольца. Взвешивают кольцо с грунтом. Рассчитывают плотность по формуле

 

ρ = (m – m1)/V, (8)

 

где ρ – плотность грунта естественного сложения, г/см3;

m – масса влажного грунта с кольцом, г;

m1 – масса пустого кольца, г;

V – объем грунта в кольце, см3.

Плотность частиц грунта – отношение массы сухого грунта к объему твердой части этого грунта. В лаборатории определяется пикнометрическим методом. Грунт в воздушно – сухом состоянии размельчают в фарфоровой ступке. Просеивают через сито 2 мм, берут навеску по 15 г в два пикнометра объемом на 100 мл. Через воронку высыпают грунт, заливают на 1/3 дистиллированной водой, взбалтывают и ставят кипятить на песчаную баню (для суглинков и глин – на 1 час). После кипячения пикнометр охладить. Долить дистиллированной водой до мерной риски на горлышке. Лишние капли удалить фильтровальной бумагой. Проверяют отсутствие пузырьков воздуха под пробкой. Пикнометр вытирают и взвешивают. Далее выливают содержимое пикнометра, ополаскивают его дистиллированной водой; наливают дистиллированной воды до мерной риски и взвешивают пикнометр с водой. И рассчитывают плотность частиц грунта по формуле

 

ρs = (m0/m0 + m3 – m2)* ρв, (9)

 

где ρs – плотность частиц грунта, г/см3;

m0 – масса грунта, г;

m3 – масса пикнометра с дистиллированной водой, г;

m2 – масса пикнометра с грунтом и водой, г;

ρв – плотность воды, г/см3; ρв = 1 г/см3.

Плотность сухого грунта – отношение массы сухого грунта (исключая воду) к занимаемому грунтом объему. Плотность сухого грунта вычисляется по формуле

 

ρd = ρ/(1+0.01ω), (10)

где ρd – плотность сухого грунта, г/см3;

ρ – плотность грунта естественного сложения, г/см3;

ω – природная влажность грунта, %.

Граница текучести – следует определять как влажность грунтовой пасты, при которой балансирный конус погружается под действием собственной массы за 5 секунд на глубину 10 мм. Если это условие соблюдено, то считается, что граница текучести достигнута.

Граница раскатывания – следует определять как влажность, при которой грунтовая паста, раскатываемая в жгут диаметром 3 мм, начинает делиться поперечными трещинами на кусочки длиной 3 – 10 мм. Разность между границей текучести и раскатывания называется числом пластичности Ip. По числу пластичности согласно ГОСТ 25 100-95 глинистые грунты классифицируют.

Компрессионные испытания (компрессионное сжатие грунта). Сжимаемость грунтов – способность грунтов уменьшаться в объеме (давать осадку) под действием внешнего давления. Определение показателей сжимаемости производится путем уплотнения грунтов под нагрузкой без возможности бокового расширения. Испытания проводятся в жестком кольце в компрессионных приборах. Образцы для испытания отбираются только из монолитов. Испытания проводятся как при водонасыщении, так и природной влажности. Нагрузка прикладывается ступенями, равными: 0,125 – 0,25 - 0,50 – 1,0 – 2,0 – 3,0 кг с/см2 (ГОСТ 23908-79). Допускается применять более дробные ступени: 1,0 – 1,5 – 2,0 – 2,5 – 3,0 кг с/см2. Показания снимаются по индикаторам с точностью до 0,01 мм.

По результатам компрессионных испытаний следует определять:

· величину абсолютной деформации грунта, h,мм;

· величину относительной деформации грунта по формуле

 

ε = (n1 – n0) – m/h, (11)

 

где ε – относительная деформация грунта;

n1и n0 – показания индикатора;

m – поправка компрессионного прибора;

h – первоначальная высота образца;

· коэффициент уплотнения рассчитывается в соответствии с формулой

 

а = (е1 – е2)/(р2 – р1), (12)

 

где а – коэффициент уплотнения;

е – коэффициент пористости, соответствующий давлениям;

р – давление (нагрузка);

· модуль деформации в соответствии с формулой равен

 

E = (1+e1/a)*β, (13)

 

где Е – модуль деформации, кг с/см2;

β – поправочный коэффициент, учитывающий отсутствие бокового расширения.

По величине относительной деформации строят график ее зависимости от давлений: ε = f(P) (компрессионная кривая).

Испытания грунтов на сдвиг, методом медленного консолидированного сдвига. Образцы на сдвиг отбираются только из монолита. Перед сдвигом образца предварительно уплотняют на специальных уплотнителях. После уплотнения образец переносят в сдвиговой прибор. Прикладывают нормальную (вертикальную) и касательную (вбок) нагрузку ступенями. Все изменения фиксируются по индикаторам и заносятся в журнал. При испытании определяют сопротивление грунта срезу (τ), угол внутреннего трения (φ), удельное сцепление (С). По результатам испытаний строят график зависимостей τ = f(P), где τ – сопротивление грунта сдвигу, кг с/см2, Р – нормальное вертикальное напряжение, кг с/см2.

Коррозия грунтов – это разрушение металлов вследствие взаимодействия их с внешней средой. Коррозия бывает морской, атмосферной, подземной, химической, а также часто вызывается блуждающими токами особенно в городских условиях. Коррозионная активность грунтов определяется в лаборатории по ГОСТ 9.602-89 двумя методами:

· измерение УЭС, Ом;

· измерение плотности катодного тока, i, А/м.

Стандартный химический анализ воды применяют для определения карбонатной, некарбонатной и общей жесткости воды, содержание хлоридов и сульфатов, водородного показателя (рН). Жесткость воды обуславливается содержанием в ней растворимых солей, преимущественно гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов кальция, магния, железа (F++) и др., которые и делают воду непригодной для многих технологических процессов. В зависимости от того, какие соли присутствуют в воде, различают два вида жесткости: карбонатную (временную) Жв и некарбонатную (постоянную) Жп. Определение карбонатной жесткости воды проводят титрованием определенного объема воды стандартным раствором соляной кислоты. Карбонатную жесткость вычисляют по формуле

return false">ссылка скрыта

 

Жв = с(НСl)*V(НСl)*1000/V(H2O), (14)

 

где V(H2O) – объем воды, взятый на титрование;

1000 – 1л воды, в котором определяют жесткость воды.

Жесткостькарбонатная и некарбонатная составляет общую жесткость Жо воды Жо = Жв + Жп. Водородный показатель (pH) измеряют потенциометром. Содержание хлоридов и сульфатов определяется с помощью гравиметрического анализа.