3.1.2 Лабораторні інструментальні визначення і розрахунки фізико-механічних властивостей грунтів.

Дослідно-фільтраційні та компресійні прилади

Прилад для випробування ґрунту на зріз (рис.1,2) відноситься до категорії однозрізних приладів (ГОСТ 12248-66). Площина розрізу частинок обойми, по якій проходить зріз зразка ґрунту, розміщена не паралельно направленню переміщення рухомої частини приладу (як це має місце в усіх існуючих приладах), а під невеликим кутом (від десятих долей градуса до декількох градусів) по визначеному направленню. Завдяки цьому при найменшому горизонтальному переміщені рухомої частини приладу під час випробування автоматично з’являється зазор між частинами обойми, що збільшується під час випробування; цим забезпечується повна відсутність тертя між частинами обойми. Одночасно виключається вірогідність заклинення часток насичених водою зв’язаного ґрунту в процесі його випробування. В той же час незначний нахил площини зрізу практично не впливає на результати випробування.

Прилад для визначення опору зрізу складається з основи, на якій опирається гільза з випробуваним ґрунтом; каретки з нижнім дренажним диском, що служить для горизонтального переміщення нижньої частини зразка ґрунту розрізної гільзи, що служить для розміщення випробовуваного зразка; верхньої частини приладу, що складається з дренажного поршня з штоком і направляючого циліндра з траверсом; ричажкової системи для горизонтального навантаження; ричажкової системи для вертикального навантаження, що застосовується в компресійному приладі.

Основа приладу являє собою металеву плиту, що закріплюється за допомогою затискного пристрою на столі, табуреті та ін. По кутам плити розміщені чотири стійки для закріплення верхньої частини приладу. Зверху плити розміщені з углубленням чотири ролики, що служать для підтримки каретки і забезпечення вільного горизонтального її пересування. До основи закріплюють ричаг для передачі горизонтального навантаження і індикатор для змини горизонтального переміщення. Конструкція основи забезпечує центральне прикладення вертикальної напруги, а також переміщення каретки в суворо горизонтальному напрямку.

Каретка опирається на ролики основи. В середній частині каретки розміщується нижній дренажний диск, над якою розміщують нижню частину розрізної гільзи.

Розрізна гільза має ті ж розміри внутрішнього простору, що і гільза компресійного приладу (висота 20мм, діаметр 56,5мм), що дозволяє при відборі зразків ґрунту використовувати прилад для відбору компресійних монолітів ґрунту. Гільза розрізана на дві частини по площині, нахиленій під кутом 2,5^о до нижньої основи. Площина дотику двох частинок гільзи щільно притираються один до одного, щоб не було ніяких зазорів між окремими її частинами. В зібраному вигляді внутрішня поверхня гільзи повинна бути гладенькою, без уступів по лінії дотику частинок гільзи.

Поршень служить для передачі зразку грунту вертикального навантаження. В нижній частині поршня є ряд дрібних отворів для вільного виходу води з ґрунту. Конструкція траверсу забезпечує строго вертикальне переміщення поршня, а також можливе його закріплення.

Для підготовки зразків до випробування прилад оснащений приладом для змочування цих зразків і для їх переміщення.Діаметр поршня трошки менший, ніж внутрішній діаметр компресійної гільзи; це забезпечує вільне переміщення необхідної для випробування зразка ґрунту з компресійної гільзи в прилад.

Всі частини приладу, що контактують з водою, виготовлені з нержавіючого металу.Для виміру вертикальних і горизонтальних деформацій випробовуваного ґрунту в приладі застосовують два індикатора годинникового типу з точністю виміру 0,01мм.

Рис.1 Загальний вигляд приладу для визначення грунту на зріз

Рис.2 Основна частина приладу для випробування грунту на зріз

Прилад для компресійних випробувань, включений до складу польової лабораторії, відрізняється від загальновідомих стаціонарних приладів тим, що його опорна частина виконана у вигляді легкого переносного зажимного приладу, що забезпечує можливість тимчасового закріплення опорної частини ричагів чи іншої конструкції завантажувального приладу до різноманітних в польових умовах столах, доскам, лавочкам та іншим предметам.

Компресійний прилад поміщений в футляр, в частково зібраному стані. Він складається з грунтовідбірної гільзи, зажатою між основою приладу (з нижнім дренажним диском) і верхнім направляючим циліндром (з загрузочним поршнем і верхнім дренажним диском), заживного приладу, штатива з воронкою і ричажковою системою.

Основа приладу служить для спирання на нього гільзи з зразком грунту. В виїмку поверхні основи розміщують нижній дренажний диск, забезпечений вертикальними отворами для пропущення води.

Під дренажним диском знаходиться вільний простір. Дві бокові трубки з ніпелями служать: одна – для наповнення нижньої частини приладу водою, друга – для витиснення води.

В компресійну гільзу вміщується зразок. Для встановлення гільзи зі зразком в приладі передбачена спеціальна виточка.

Верхня частина приладу служить для влаштування поршня і забезпечує його вертикальне переміщення при випробуванні ґрунту. В поршень закріплюють верхній дренажний диск з отвором для пропущення води. Спеціальний гвинт дозволяє закріпляти шток поршня для попередження набухання зразка ґрунту при його насиченні водою.

Усі частини приладу, які контактують з видою, виготовленні із нержавіючого матеріалу.

Штатив з воронкою призначений для подачі до випробовуваного зразка ґрунту води під різним напірним градієнтом при визначенні коефіцієнта фільтрації, коефіцієнта просідання і при звичайних компресійних випробуваннях. Виставна трубка штатива забезпечує установку воронки на потрібній висоті. Скляна трубка, встановлена між двома відрізками резинової трубки, слугує для визначення об’єма води, що фільтрується через ґрунт.

Рухоме ричажкове пристосування має розмір, що забезпечує передачу на шток компресійного приладу задане навантаження.

Коли розрахункове навантаження на зразок невелике, а також в стиснених умовах при неможливості видвинути ричаг на повну довжину, можна користуватися ричагом в два рази меншим (висовують окремі секції ричала не на повну довжину). В цьому випадку величина тиску на зразок зменшується в двоє, в результаті чого кількість гир має зрости в двічі.

Зразки ґрунту циліндричної форми мають висоту 20мм, площа поперечного січення 25см²(діаметр 56,5мм) і об‘єм 50см³.

Рис.3 Загальний вигляд компресійного прибору польової

лабораторії в роботі

Сушильна шафа призначена для висушування образців грунту в бюксах,та подальшого їх витримування в вакуумних ексикаторах без доступу повітря.

Рис. Загальний вигляд сушильної шафи

Електронна вага призначена для зважування як порожніх так і заповнених бюксів,кілець та різних легковагових матеріалів.

Рис.5 Загальний вигляд електронної ваги

Рис.6 Компресійний прилад для визначення стисливості грунтів

”Визначення фізичних і водно-фізичних властивостей дисперсних ґрунтів”

Д а н о: моноліти дисперсних ґрунтів (пісок, лес, глина), бюкси, ґрунтовідбірні кільця, електронні ваги, шафи сушильні, ексикатори.

Х і д р о б о т и: Загальне ознайомлення з фізичними і водно-фізичними властивостями інженерних ґрунтів здійснюється вивченням відповідних підрозділів 3.1.2 і 3.1.3 підручника. Лабораторні визначення властивостей грунтів виконуються в наступній послідовності.

1. Визначають щільність ґрунту . Для цього зважують ґрунтовідбірне кільце з компресійного приладу (маса ). Вирізують з моноліту кільцем ґрунт непорушеної структури і природної вологості, або готують зразок порушеної будови із заданими значеннями щільності і вологості. Зважують кільце з ґрунтом (маса ). Визначають щільність ґрунту за формулою:

, г/см³,

де V= 50 см³ - об'єм кільця.

2. Визначають вологість ґрунту . Для цього з моноліту поряд з місцем вирізання зразка відбирають у заздалегідь зважені бюкси (маса ) 15-20 г вологого ґрунту і зважують їх (маса ). Висушують ґрунт до постійної маси в сушильній шафі при температурі (105 ± 2)°С, охолоджують бюкси з ґрунтом в ексикаторі з СаС1₂, знову зважують (маса т₄). Визначають вологість за формулою:

.

m2-маса волого грунту

m1-маса сухого грунту

m2=0.070-0.020=0.05

m1=0.066-0.020=0.046

3. Визначають щільність часток ґрунту . Оскільки її визначення займає багато часу, в лабораторній роботі дозволяється прийняти = 2,68 г/см³.

Вираховують коефіцієнт пористості зразка ґрунту за формулою:

.

V=60 см куб.

=2,68 г/см куб.

”Визначення стисливості дисперсних ґрунтів у компресійному приладі”

Загальне ознайомлення з поняттями, що характеризують стисливість ґрунтів здійснюється вивченням підрозділа 4.1. підручника.

Основні показники, які характеризують стисливість ґрунтів і які найчастіше використовуються для визначення їх деформацій, є коефіцієнт стисливості ґрунту m₀, модуль деформації Е і структурна міцність ґрунту на стиск Р_str. Ці показники визначають лабораторними або польовими методами. В лабораторних умовах їх визначають за результатами випробувань зразків ґрунту в компресійних приладах в умовах одноосьового статичного ступеневого навантаження без можливості поперечного розширення.

Д а н о: моноліт ґрунту з визначеним в лабораторній роботі №4 коефіціентом пористості, компресійний прилад (одометр), ніж з прямим лезом, вага, ексикатор, паперові фільтри, індикатори, годинник.

Для випробувань використовують зразки ґрунту непорушеної будови та природної вологості, або зразки порушеної будови з заданими значеннями щільності і вологості.

Зразок, як правило, повинен мати форму циліндра діаметром не менше 7,1 см і відношенням висоти до діаметра 1:3,5.

Кільця компресійного приладу (одометра) мають розміри: діаметр ‒ 8,74 см; площу ‒ 60 см², висоту ‒ 2,5 см.

Виконання дослідів проводиться на тарованому компресійному приладі.

Х і д р о б о т и:.

1. Вирізують з моноліту ґрунтовідбірним кільцем ґрунт непорушеної структури і природної вологості або готують зразок порушеної будови із заданими значеннями щільності і вологості.

2. Кільце з ґрунтом накривають з відкритих торців паперовими фільтрами і встановлюють на перфорований металевий диск різальним краєм вгору.

3. Закріплюють ґрунтовідбірне кільце (7) направляючим кільцем і встановлюють на ґрунт штамп (5) (див. рис. 4.8).

4. Всю систему одометра розміщують на станині (6) компресійного приладу.

5. Для вимірювання деформацій зразка ґрунту встановлюють два індикатори (4). Стрілки індикаторів виводять в положення 0.00.

6. Вертикальний тиск Р на зразок ґрунту передають ступенями за допомогою важеля (3), рами (6) і штампа (5) (див. рис. 4.8). Кожний ступінь тиску витримують до повної стабілізації деформації, коли величина стиснення (деформації ґрунту) не перевищує 0,01 мм за 16 годин, глинистих ґрунтів, 4 години для пилуватих і дрібних пісків, та 2 години ‒ для органо-мінеральних і органічних ґрунтів.

За умов відсутності поперечного розширення ґрунту і збільшенні вертикального тиску стисливість ґрунту буде характеризуватись зміненням коефіцієнта пористості е. Початкові ступені навантаження під час визначення стисливості пилуватих і дрібних пісків слід вибирати залежно від їхнього коефіцієнта пористості за таблицею.