Определение гранулометрического состава песчаных грунтов

ВВЕДЕНИЕ

НОВОЧЕРКАССК 2005

Лабораторных работ

Методические указания к выполнению

МЕХАНИКА ГРУНТОВ

Федюкин В.К., Дурнев В.Д., Лебедев В.Г. Методы оценки и управления качеством

промышленной продукции: Учебник. - М.: Филинъ - Рилант, 2000.- 328 с.

5. Рекомендованные интернет - ресурсы

6. Сталь на рубеже столетий / Под науч. ред. Ю. С. Карабасова -М.: МИСнС. 2001.-664с.
7. Шевелев Л.Н. Мировая черная металлургия 1950 - 2000 (реструктуризация, качество,

приватизация), - М.: Машиностроение, 1999. С.215.

Журнал "Сталь" №1 2004 год. Стр. 71-74

8. «Изготовление высококачественных метизов». Научный и практический опыт Белорецкого

металлургического комбината. Коллективная монография. Беорецк. 1999г. – 327с.

9. Специализированный журнал «Метизы» № 02(21)* 2009г.

- Анализ показателей качества сварочной проволоки, стр. 48-51

- Конкурирующие технологии, стр. 58-61

- Производство передельного проката повышенной прочности для изготовления

холоднодеформированной арматуры периодического профиля класса В500С, стр. 44-47

10. Проволочное производство метизной отрасли и перспективы его развития. Харитонов В. А.

Ассоциация РосМетиз. Доклад на Всероссийской конференции метизников.

Источник: http://www.masters.donntu.edu.ua

11. Совершенствование процессов формирования потребительских свойств колёсных болтов

на основе оценки качества технологий. Скворцова Светлана Степановна. Автореферат

диссертации кандидата технических наук. Магнитогорск. 2006г.

УДК 550(076.5)

Рецензент канд техн. наук, проф. И.А. Мартыненко

Составитель Романова М.И.

Механика грунтов: Метод. указания к выполнению лабораторных работ. / Шахтинский ин-т ЮРГТУ.- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005.

Изложены методические указания к выполнению лабораторных работ по механике грунтов.

Предназначены для студентов специальностей 290300, 290600 Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ)

Механика грунтов – прикладной раздел механики, изучающий явления, происходящие в горных породах (грунтах) при различных силовых воздействиях.

Расчетные методы механики грунтов основаны на теоретических положениях механики твердого тела, теории упругости и других специальных науках. Поскольку свойства реальных грунтов сложны и многообразны, эти методы разработаны применительно к некоторым идеализированным механическим моделям, которые описываются с помощью математических уравнений (математических моделей). Показатели свойств пород играют в составляемых уравнениях роль числовых параметров и во многом определяют степень надежности и точности выполняемых расчетов. Отсюда высокие требования к достоверности проб, точности проведения лабораторных работ по определению физических и физико-механических свойств грунтов. Достоверная оценка инженерно-геологических свойств грунтов дает возможность экономично и правильно выбрать тип и конструкцию фундаментов, снизить стоимость и обеспечить длительную эксплуатацию зданий и сооружений.

Инженерно-геологические свойства горных пород являются весьма ёмким понятием, охватывающим их физические, водно-физические, механические свойства и такую важную категорию оценки грунтов, как их состояние.

Методические указания (ч.1) содержат лабораторные работы по исследованию физических свойств горных пород. Описание всех работ даётся по единому плану: вначале приводится характеристика изучаемого показателя, затем существующие методы для изучения данного свойства, необходимое оборудование и аппаратура для проведения исследований и затем - последовательность проведения испытаний и порядок обработки получаемых результатов (формы журналов).

Ниже приводятся наиболее важные характеристики горных пород, согласно ГОСТ 25100-95.

Плотность грунта – это отношение массы породы, включая массу воды в ее порах, к занимаемому этой породой объему. Плотность породы зависит от минералогического состава, влажности и характера сложения (пористости):

где ρ – плотность грунта, [г/см³, кг/м³, т/м³];

m – масса породы с естественной влажностью и сложением, [г];

V – объем, занимаемой породой, [см³].

Плотностью частиц грунта называют отношение массы сухого грунта, исключая массу воды в его порах, к объему твердой части этого грунта:

где ρ_s – плотность грунта, [г/см³, кг/м³, т/м³];

m_в – масса воды в порах грунта, [г];

V_т – объем твердой части грунта, [см³].

Плотность частиц грунта изменяется для всех горных пород в небольших пределах от 2,61 до 2,75 г/см³ и для каждой генетической разности породы определяется только ее минералогическим составом.

Плотность сухого грунта – представляет собой отношение массы минеральных частиц породы (твердой части грунта) при естественной структуре, исключая массу воды в его порах, к занимаемому этой породой объему:

где ρ_d – плотность сухого грунта, [г/см³, кг/м³, т/м³];

m–m_в=m₁ – масса сухого грунта, [г];

V – объем, занимаемый породой, [см³].

Плотность скелета породы – величина более постоянная по сравнению с плотность породы и обычно вычисляется по данным определенной плотности и влажности по формуле:

где ρ – плотность породы, [г/см³];

ρ_d – плотность скелета породы, [г/см³];

W – влажность породы, [%].

Пористость пород представляет собой характеристику пустот или свободных промежутков между минеральными частицами, составляющими породу.

Пористость обычно выражают в виде процентного отношения объема пустот к объему породы:

где V_n – объем пустот породы, [см³];

V – объем, занимаемый породой, [см³].

Кроме того, пористость можно выразить через значение плотности грунта:

,

.

Приведенной пористостью или коэффициентом пористости называют отношение объема пустот (пор) к объему твердых минеральных частиц породы. Коэффициент пористости выражается в долях единицы по формулам:

, , или .

Объемной влажностью породы W называют отношение массы воды, содержащейся в порах породы, к массе сухой породы (высушивание образца должно производиться в термошкафу при t=105…107 °С в течение 8 ч и более).

Влажность породы, кроме того что является физическим свойством породы, служит важнейшей характеристикой ее физического состояния, определяющей прочность и другие свойства при использовании в инженерных целях.

Под весовой (естественной) влажность породы W [%], понимается количество воды, содержащейся в породе в естественных условиях:

,

где m – масса породы вместе с содержащейся в ней водой, [г];

m₁ – масса высушенной породы, [г].

Полная влагоемкость воды – максимально возможное содержание в грунте связанной, капиллярной, гравитационной воды при полном заполнении пор, она определяется по формуле:

или

Степенью влажности или относительной влажностью называют степень заполнения пор грунта водой. Характеризуется она отношением объема воды к объему пор грунта:

или

где S_г – степень влажности породы, [%];

W – естественная влажность породы, [%];

ρ_s – плотность частиц породы, [г/см³];

n – пористость, [%];

ρ_w – плотность воды, [г/см³];

е – коэффициент пористости.

Выполнение лабораторных работ помогает студентам приобрести навыки по определению физических свойств грунтов, ознакомиться с методами их исследований, а также закрепить теоретические знания, полученные на лекциях.

При оформлении отчёта по лабораторным рабом пишется вывод, в котором описывается практическое применение определяемой характеристики грунта. Если показатель классификационный, то даётся классификационная характеристика.

Лабораторная работа № 1

Гранулометрический или механический состав характеризует осадочные породы в отношении их дисперсности – размеров слагающих частиц, т.е. дает количественную характеристику структуры пород. Он выражает процентное содержание в породе групп частиц – фракций различных размеров, абсолютно сухой породы (совокупность частиц грунта с приблизительно одинаковыми размерами называется фракцией). Размер фракций выражают в миллиметрах

Валуны, глыбы, гальки, гравий (камни, щебень, хрящ) т.е. частицы более 2 мм, между собой различаются только по размеру частиц. Они состоят из обломков горных пород разного петрографического состава. Эти частицы характеризуются высокой водопроницаемостью не обладают капиллярными свойствами.

Частицы песчаной фракции (2-0,05 мм) округлые и угловатые; они составляют скелет грунта и повышают внутреннее трение. Минеральный состав обломков полимиктовый (кварц, полевые шпаты, глауконит, кальцит, слюды и др.). Песчаные частицы не обладают связностью, в сухом состоянии – сыпучие. Не обладают липкостью не пластичны, водопроницаемы.

Частицы пылеватой фракции (0,05- 0,005 мм) имеют пластичную и угловатую форму, не обладают связностью и являются заполнителем в крупной песчаной фракции. В воде не набухают, не пластичны. Обладают высокой капиллярностью.

Частицы глинистых фракций (0,05-0,001 мм) имеют форму чешуек, а более мелкие – округлую или игольчатую. Это высокодисперсные системы, обладающие большой поверхностной энергией. Они выполняют роль вяжущего вещества в грунте, обеспечивают сцепление и придают грунту пластические свойства. Частицы менее 0,001 образуют коллоидную фракцию, наличие которой обеспечивает повышенную связность грунта.

Изучение гранулометрического состава представляет большой практический интерес. От него зависят такие важные характеристики пород как, пластичность, пористость, сопротивление сдвигу, сжимаемость, усадка, набухание, высота капиллярного поднятия, проницаемость и др.

Гранулометрический (зерновой) состав является классификационным показателем, т.к. по его результатам устанавливается наименования грунта (табл. 1,2) и степень однородности грунта.

Для построения кривой гранулометрического состава по оси ординат отложить процентное содержание фракций, а по оси абсцисс – логарифмы соответствующих диаметров выделенных фракций или размеры, пропорциональные логарифмам, что позволяет сократить длину оси абсцисс, сохраняя точность содержания мелких фракций.

Характер кривой показывает степень однородности частиц, составляющих грунт. Если кривая крутая, то грунт однороден. Если пологая – неоднороден. По кривой однородности можно определить процентное содержание в грунте фракций любого диаметра, а также диаметр частиц, соответствующий определенному процентному содержанию фракций.

С кривой зернового состава снимаются диаметры d₁₀ и d₆₀. Установлено, что на свойства породы главным образом влияют частицы приходящиеся на участок кривой между d₁₀ и d₆₀- диаметры частиц меньше которых в данном грунте содержится соответственно 10 и 60% частиц по весу (рис.1).

%

Определение плотности минеральной частицы грунта ( )