М.11.5. От чего зависит угол внутреннего трения песка? Что такое угол естественного откоса и совпадает ли он с углом внутреннего трения?

М.11.5. От чего зависит угол внутреннего трения песка? Что такое угол естественного откоса и совпадает ли он с углом внутреннего трения?

Угол внутреннего трения зависит от крупности и минералогического состава песка, от его пористости и в значительно меньшей степени от влажности (часто от влажности совсем не зависит). Угол внутреннего трения не совпадает по своей величине с углом естественного откоса, именуемого иногда углом " внешнего трения". Угол естественного откоса влажного песка может быть больше угла внутреннего трения, так как в этом случае действуют капиллярные силы, удерживающие откос от разрушения.

 

Определение природной влажности грунтов.

 

Определение влажности на границе текучести

4.1. Границу текучести следует определять как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой балансирный конус погружается под действием собственного веса за 5 с на глубину 10 мм.

4.2. Подготовка к испытаниям

4.2.1. Для определения границы текучести используют монолиты или образцы нарушенного сложения, для которых требуется сохранение природной влажности.

Для грунтов, содержащих органические вещества, границу текучести определяют сразу после вскрытия образца.

Для грунтов, не содержащих органических веществ, допускается использование образцов грунтов в воздушно-сухом состоянии.

4.2.2. Образец грунта природной влажности разминают шпателем в фарфоровой чашке или нарезают ножом в виде тонкой стружки (с добавкой дистиллированной воды, если это требуется), удалив из пего растительные остатки крупнее 1 мм, отбирают из размельченного грунта методом квартования пробу массой около 300 г и протирают сквозь сито с сеткой № 1.

Пробу выдерживают в закрытом стеклянном сосуде не менее 2 ч.

4.2.3. Образец грунта в воздушно-сухом состоянии растирают в фарфоровой ступке или в растирочной машине, не допуская дробления частиц грунта и одновременно удаляя из него растительные остатки крупнее 1 мм, просеивают сквозь сито с сеткой № 1, увлажняют дистиллированной водой до состояния густой пасты, перемешивая шпателем, и выдерживают в закрытом стеклянном сосуде согласно п. 4.2.2.

4.2.4. Для удаления избытка влаги из образцов илов производят обжатие грунтовой пасты, помещенной в хлопчатобумажную ткань между листами фильтровальной бумаги, под давлением (пресс, груз). Грунтовую пасту из илов не допускается выдерживать в закрытом стеклянном сосуде.

4.2.5. Добавлять сухой грунт в грунтовую пасту не допускается.

4.3. Проведение испытаний

4.3.1. Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают шпателем и небольшими порциями плотно (без воздушных полостей) укладывают в цилиндрическую чашку к балансирному конусу. Поверхность пасты заглаживают шпателем вровень с краями чашки.

4.3.2. Балансирный конус, смазанный тонким слоем вазелина, подводят к поверхности грунтовой пасты так, чтобы его острие касалось пасты. Затем плавно отпускают конус, позволяя ему погружаться в пасту под действием собственного веса.

4.3.3. Погружение конуса в пасту в течение 5 с на глубину 10 мм показывает, что грунт имеет влажность, соответствующую границе текучести.

4.3.4. При погружении конуса в течение 5 с на глубину менее 10 мм, грунтовую пасту извлекают из чашки, присоединяют к оставшейся. пасте, добавляют немного дистиллированной воды, тщательно перемешивают ее и повторяют операции, указанные в пп. 4.3.1 - 4.3.3.

4.3.5. При погружении конуса за 5 с на глубину более 10 мм грунтовую пасту из чашки перекладывают в фарфоровую чашку, слегка подсушивают на воздухе, непрерывно перемешивая шпателем и повторяют операции, указанные в пп. 4.3.1 - 4.3.3.

4.3.6. По достижении границы текучести (п. 4.3.3) из пасты отбирают пробы массой 15 - 20 г для определения влажности в соответствии с требованиями пп. 2.3 и 2.4.

Определение плотности грунтов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ СУХОГО ГРУНТА РАСЧЕТНЫМ МЕТОДОМ

9.1. Для определения плотности сухого грунта предварительно определяют влажность грунта и его плотность при этой влажности в соответствии с требованиями разд. 2, 3 и 6 - 8 настоящего стандарта.

9.2. Плотность сухого грунта r_d, г/см³, вычисляют по формуле

(8)

где r - плотность грунта, г/см³; w - влажность грунта, %.

Определение прочности на одноосное сжатие

Предел прочности грунта на одноосное сжатие R_c, МПа — отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения.

Примечания

1 При соотношении высоты к диаметру (или размеру ребра торцевых граней) 1: 1 образец следует изготавливать возможно большего диаметра (или с возможно большим размером ребра торцевой грани).

2 Образец трещиноватого или выветрелого полускального грунта должен иметь диаметр (или размер ребра торцевой грани) не менее 60 мм.

3 Образец полускального грунта, имеющий сквозные трещины, видимые невооруженным глазом, не допускается к испытанию.

Оборудование и приборы

В состав установки для испытания грунта на одноосное сжатие должны входить:

— механизм для вертикального нагружения образца (пресс с гидравлическим приводом — для полускальных грунтов, прибор одноосного сжатия ИГП-10 или П-12М — для глинистых грунтов либо другой подходящий пресс);

— устройство для измерения вертикальной деформации образца.

Примечание — Плиты пресса должны быть отполированы.

Подготовка к испытанию

5.2.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.2.1.3 и 5.2.1.4.

Для всех образцов помимо определения необходимых физических характеристик должны быть отмечены характерные особенности (слоистость, трещиноватость, наличие включений и др.).

5.2.3.2 Образец водонасыщенного глинистого грунта, изготовленный методом режущего кольца, извлекают из кольца с помощью выталкивателя.

5.2.3.3 Образец грунта помещают в центре опорной плиты пресса (или столика прибора одноосного сжатия) и приводят в соприкосновение с ним верхнюю площадку пресса.

5.2.3.4 Устанавливают приборы для измерения прикладываемого усилия и перемещения торца образца и записывают их начальные показания.

Проведение испытания

5.2.4.1 Нагружение испытываемого образца грунта производят равномерно, без ударов, увеличивая нагрузку непрерывно с заданной скоростью нагружения или скоростью деформирования образца грунта.

Скорость нагружения образца полускального грунта должна составлять 0, 01¾ 0, 05 МПа/с.

Нагружение образца глинистого грунта производят со скоростью приращения относительной вертикальной деформации образца 0, 02 за 1 мин, или скорость нагружения выбирают в зависимости от предполагаемой прочности грунта таким образом, чтобы время проведения испытания составило 5—7 мин.

5.2.4.2 Испытание проводят до разрушения образца. В случае испытания образца глинистого грунта при отсутствии видимых признаков разрушения испытание прекращают при относительной вертикальной деформации образца e = 0, 15.

5.2.4.3 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

Обработка результатов

5.2.5.1 Предел прочности на одноосное сжатие R, МПа, полускального грунта и глинистого при e £ 0, 1 вычисляют с точностью 0, 1 МПа Предел прочности глинистых грунтов при e > 0, 1 вычисляют по формуле (5.7), где вместо А _о принимают текущую площадь среднего поперечного сечения образца А, см ², вычисленную в соответствии с приложением В.

5.2.5.2 Сопротивление недренированному сдвигу с, МПа, водонасыщенного глинистого грунта, соответствующее сцеплению грунта при неконсолидированно-недренированном испытании, определяют по значению предела прочности по формуле.

Этапы выполнения изысканий

Инженерно-геологические изыскания проводятся для комплексного изучения инженерно-геологических условий района проектируемого строительства. То есть, включая рельеф, геологическое строение, геоморфологические и гидрологические условия, состав, состояние и свойства грунтов, геологические и инженерно-геологические процессы.

В состав комплексных инженерно-геологических исследований входят:

сбор и обработка материалов изысканий и исследований прошлых лет;

дешифрирование аэро - и космоматериалов;

рекогносцировочное обследование, включая аэровизуальные и маршрутные наблюдения;

проходка горных выработок;

полевые исследования грунтов;

гидрогеологические исследования;

геофизические исследования;

лабораторные исследования грунтов, подземных и поверхностных вод; стационарные наблюдения (локальный мониторинг компонентов геологической среды);

обследование грунтов оснований фундаментов существующих зданий и сооружений;

составление прогноза изменений инженерно-геологических условий;

камеральная обработка материалов и составление технического отчета (заключения).

2. Виды полевых инженерно-геологических работ

Исследования проводятся в полевых (одиночные и кустовые откачки и нагнетания, наливы и т.п.) и лабораторных условиях для определения:

положение уровня подземных вод;

распространение, условия залегания, источники питания, химический состав подземных вод;

определение фильтрационных характеристик водовмещающих отложений, выявление связи между отдельными водоносными горизонтами, а также других гидрогеологических и гидрогеодинамических параметров;

прогноз изменений гидрогеологических условий в процессе строительства и эксплуатации объектов.

 

Лабораторные исследования грунтов, подземных и поверхностных вод

 

Лабораторные исследования проводятся для определения характеристик состава, состояния, физических, механических и химических свойств для выделения классов, типов, видов и разновидностей грунтов в соответствии с ГОСТ 25100-95, определения их нормативных и расчетных характеристик и их пространственной изменчивости.

Полевые исследования грунтов

Полевые испытания грунтов (в комплексе с лабораторными и (или) с геофизическими исследованиями) проводятся для:

изучения массивов грунтов, расчленения геологического разреза, оконтуривания линз и прослоев слабых и других грунтов;

определения физических, деформационных и прочностных свойств грунтов в условиях естественного залегания;

оценки пространственной изменчивости свойств грунтов;

оценки возможности погружения свай в грунты и несущей способности свай;

проведения стационарных наблюдений за изменением во времени физико-механических свойств намывных и насыпных грунтов;

определения динамической устойчивости водонасыщенных грунтов

Основными методами полевых исследований грунтов являются:

Статическое зондирование и динамическое зондирование;

Испытание штампом и прессиометром и др. (испытание на срез целиков грунта, вращательный срез, поступательный срез, испытание эталонной сваей).

Геофизические исследования - основаны на изучении физических полей (гравитационного, магнитного, электрического, упругих колебаний, термических, ядерных излучений).

Все виды геофизических исследований основаны на использовании физико-математических принципов для разработки их теории, высокоточной аппаратуры с элементами электроники, радиотехники, точной механики и оптики для полевых измерений, вычислительной техники, включая новейшие электронные вычислительные машины для обработки результатов.

 

3. Виды горных выработок, их назначение и глубина проходки, регламентируемые СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства» приведены в табл. 1.

Вид горных выработок	Максимальная глубина, м	Условия применения
Закопушки	0, 6	Для вскрытия грунтов при мощности перекрывающих отложений не более 0, 5 м
Расчистки	1, 5	Для вскрытия грунтов на склонах при мощности перекрывающих отложений не более 1 м
Канавы	3, 0	Для вскрытия крутопадающих слоёв грунтов при мощности перекрывающих отложений не более 2, 5 м
Траншеи	6, 0
Шурфы и дудки	20, 0	Для вскрытия грунтов, залегающих горизонально или моноклинально
Шахты	Определяется программой изысканий	В сложных инженерно геологических условиях
Подземные горизонтальные горные выработки	То же	То же
Скважины	То же	Определяется программой изысканий

 

4. Виды скважин.

Наиболее часто, практике инженерно-геологических изысканий используются расчистки, шурфы для вскрытия фундаментов существующих зданий и сооружений и скважины.

Буровые скважины в зависимости от назначения подразделяются на:

- технические;

- разведочные;

- зондировочные;

- специальные.

 

 

5. В зависимости от задач, решаемых при инженерно-геологических изысканиях. применяются различные способы и разновидности бурения (табл. 2.)

Таблица 2.

	Разновидность	Диаметр бурения (по диаметру обсадных труб), мм	Условия применения
Колонковый	С промывкой водой	34-146	Скальные невыветренные (монолитные) и слабовыветренные (трещиноватые)
	С промывкой глинистым раствором	73-146	Скальные слабовыветренные (трещиноватые); выветренные и сильновыветренные(рухляки); крупнообломочные; песчаные; глинистые
	С продувкой воздухом	73-146	Скальные невыветренные (монолитные) и слабовыветренные (трещиноватые), необводнённые, а также в мёрзлом состоянии; дисперсные, твёрдомёрзлые и пластично-мёрзлые
	С промывкой солевыми и охлаждёнными растворами	73-146	Все виды грунтов в мёрзлом состоянии
	С призабойной циркуляцией промывочной ж-ти	89-146	Скальные выветренные и сильновыветренные(рухляки), обводнённые, глинистые
	Всухую	89-146	Скальные выветренные и сильновыветренные(рухляки), песчаные, глинистые необводнённые и слабообводнённые, твёрдомёрзлые и пластичномёрзлые
Ударно-канатный кольцевым забоем	Забивной	108-325	Песчаные и глинистые необводнённые и слабообводнённые, пластичномёрзлые
	Клюющий	89-168	Глинистые слабообводнённые
Ударно-канатный	С применением долот и желонок	127-325	Крупнообломочные, песчаные обводнённые и слабообводнённые
вибрационный	С применением вибраатора или вибромолота	89-168	Песчаные и глинистые необводнённые и слабообводнённые
Шнековый	Рейсовое (кольцевым забоем)	146-273	Крупнообломочные, песчаные, глинистые слабообводнённые и обводнённые
	Поточное	108-273	Крупнообломочные, песчаные, глинистые слабообводнённые и обводнённые

Разновидности проб грунта

Пробы грунта (образцы нарушенного сложения) следует отбирать в естественных и искусственных обнажениях и горных выработках из однородного по виду слоя грунта согласно требованиям ГОСТ 12071—72. Масса пробы грунта должна быть не менее 10 кг. Каждая отобранная проба грунта должна быть снабжена данными о наименовании объекта, мощности данного слоя, глуби­не, месте и дате отбора грунта, а также наименовании грунта по визуальному определению.

Вид пробы зависит от целей исследования горной породы и ее состояния, а способ отбора – от типа разведочной выработки из которой отбирают пробу. При инженерно-геологических изысканиях применяют три метода отбора проб: точечный, бороздовой и валовый. Точечный метод заключается в том, что слой породы характеризуют одним или несколькими образцами относительно небольшого размера. При бороздовом методе по всему опробуемому пласту вкрест его простирания делают борозды, из которых отбирают грунт для пробы. Валовый метод состоит в исследовании всего извлеченного из выработки грунта. Два последних метода обычно применяют при разведке строительных материалов

Виды проб: 1.Послойные

Отбираются чаще нарушенной структуры из отдельных прослоев, линз, слоев мощностью до 2-5 м из всех видов грунтовых строительных материалов как полезной толщи, так и вскрышных пород для определения состава, состояния и свойств отдельных видов грунтовых материалов

Поинтервальные (секционные)

Отбираются только нарушенной структуры из всех видов однородных грунтовых строительных материалов как значительной мощности (более 2-5 м), так и при переслаивании разнородных видов и невозможности их раздельной разработки. Поинтервальное опробование может дополняться отбором послойных проб

Групповые (объединенные)

Отбираются из одного или нескольких видов грунтовых строительных материалов из одной или нескольких выработок из навесок, пропорциональных их мощностям, для получения достоверных средних характеристик

Монолиты, штуфы

Отбор типичных и аномальных образцов связных и скальных грунтов ненарушенной и нарушенной структуры для определения состава, состояния и свойств

Опытные сваи

В пылевато-глинистый грунт строительной площадки забивают железобетонную сваю, при этом наблюдают за характером погружения сваи и сопротивляемостью грунта. На сваю дают нагрузку и определяют ее несущую способность, как в условиях природной влажности грунта, так и при его замачивании. Результаты испытаний сравнивают с расчетными данными, полученными на основе лабораторных исследований грунта.

 

Сущность метода

8.1.1 Испытание грунта плоским дилатометром проводят для определения модуля деформации Е песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

8.1.2 Модуль деформации определяют по результатам нагружения грунта горизонтальной нагрузкой в скважине с помощью плоского дилатометра.

Результаты испытания оформляют в виде графика зависимости перемещения штампа дилатометра от нагрузки.

8.1.3 При проходке опытной скважины следует соблюдать требования 4.4 (4.4 При проходке опытной скважины запрещается применение ударно-канатного, вибрационного и шнекового бурения, начиная с отметки на 1 м выше участка, на котором будет производиться испытание. На этом участке скважину следует проходить вращательным способом с помощью колонковой трубы, обуривающего грунтоноса или буровой ложки, частота вращения которых не должна превышать 60 об/мин, осевая нагрузка на буровой наконечник — не более 0, 5 кН.)

8.1.4 Диаметр скважины должен быть не менее ширины лопатки дилатометра.

8.1.5 Глубина погружения дилатометра от забоя скважины или o т поверхности грунта до центра штампа должна быть не менее пяти диаметров штампа.

Оборудование и приборы

8.2.1 В состав установки для испытания грунта плоским дилатометром должны входить:

- плоская лопатка дилатометра с выдвигающимся плоским круглым штампом;

- устройство для создания и измерения давления на штамп дилатометра;

- устройство для измерения перемещения штампа дилатометра.

8.2.2 Конструкция установки должна обеспечивать:

- возможность создания непрерывно возрастающего с постоянной скоростью давления на грунт;

- возможность тарировки лопатки дилатометра с плоским штампом.

Угол заострения лопатки дилатометра должен составлять не более 60 °. Диаметр выдвигающегося штампа должен составлять 70 мм и не превышать 2 / 3 ширины лопатки.

8.2.3 Устройство для измерения давления на штамп дилатометра должно обеспечивать измерение давления с погрешностью не более 0, 01 МПа.

Устройство для измерения перемещения штампа дилатометра в горизонтальном направлении должно обеспечивать измерение деформаций грунта с погрешностью не более 0, 01 мм в пределах не менее 3 мм.

Подготовка к испытанию

8.3.1 Погружение лопатки дилатометра производят путем вдавливания с забоя скважины или с поверхности грунта таким образом, чтобы центр штампа был расположен на отметке испытания.

8.3.2 Устройство для создания и измерения давления на штамп дилатометра и измерения перемещения штампа дилатометра монтируют перед погружением лопатки дилатометра в грунт.

Проведение испытания

8.4.1 Давление на штамп дилатометра передают непрерывно со скоростью 0, 02 МПа/мин при испытаниях глинистых грунтов и 0, 05 МПа/мин при испытаниях песков.

8.4.2 Отсчеты по приборам для измерения перемещений штампа дилатометра производят через каждые 10 с при скорости нагружения 0, 05 МПа/мин и через каждые 30 с — при скорости 0, 02 МПа/ мин.

8.4.3 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении Б.

Обработка результатов

8.5.1 По данным испытаний строят график зависимости перемещения штампа плоского дилатометра от давления U = f ( p ). На графике проводят осредняющую прямую. За начальные значения p 0 и U 0 (первая точка, включаемая в осреднение) принимают значения р и U , соответствующие началу линейного участка графика. При этом p 0 не должно быть меньше напряжения на отметке испытания. За конечные значения p n и U n (предел пропорциональности) принимают значения р и U , соответствующие точке, ограничивающей линейный участок графика.

8.5.2 Модуль деформации Е, МПа, вычисляют для линейного участка графика U = f ( p ) по формуле

(8.1)

где w 1 —	коэффициент, принимаемый в зависимости от формы штампа (для круглого жесткого штампа w 1 = 0, 79);
K d —	корректирующий коэффициент;
n —	коэффициент Пуассона;
D —	диаметр штампа дилатометра, см;
D p —	приращение давления на штамп дилатометра между двумя точками, взятыми на осредняющей прямой, МПа;
D U —	приращение перемещения штампа-лопасти, соответствующее D p , см.

 

Примечание — Коэффициент К d определяют по результатам сопоставительных испытаний грунта штампом 5000 см 2 и плоским дилатометром, выполняемых не менее чем с двухкратной повторяемостью для данного инженерно-геологического элемента, определяемого по ГОСТ 20522.

18. Цели и методика выполнения испытания грунтов прессиометром.

Этот метод предназначен для оценки деформационных и прочностных свойств песчано- и щебенисто-глинистых грунтов, с содержанием щебня до 30%. Существуют также конструкции прессиометров, предназначенные для испытаний скальных грунтов (песчаников, известняков, доломитов, мела, мергелей и др.). Но наибольший интерес прессиометрические исследования имеют для определения деформационных и прочностных свойств слабых глинистых грунтов, из которых отбор образцов ненарушенной структуры для испытаний в лаборатории практически невозможен. Схема прессиометра представлена на рис. 7.14.

Рис. 7.14. Схема прессиометра конструкции Фундамент проекта.
1 — баллон со сжатым газом; 2 — кран нагнетания воды; 3 — кран остановки давления; 4 — выпускной кран; 5 — кран для подачи газа; 6 — соосная нагнетательная труба; 7 — измерительный цилиндр; 8 — напорный шланг; 9 — рабочая камера; 10 — вспомогательная камера

Прессиометрические испытания производятся путем обжатия стенок буровой скважины эластичной камерой с замером возникающих при этом деформаций. Испытания проводятся для определения модуля деформации, а также ориентировочных значений удельного сцепления и угла внутреннего трения песчаных и глинистых пород. Возможно использование метода для испытания скальных пород-известняков, мергелей, доломитов средней крепости и др.

 

19. Инженерно-геологические процессы и явления, распространенные на территории г. Новосибирска.

 

М.11.5. От чего зависит угол внутреннего трения песка? Что такое угол естественного откоса и совпадает ли он с углом внутреннего трения?

Угол внутреннего трения зависит от крупности и минералогического состава песка, от его пористости и в значительно меньшей степени от влажности (часто от влажности совсем не зависит). Угол внутреннего трения не совпадает по своей величине с углом естественного откоса, именуемого иногда углом " внешнего трения". Угол естественного откоса влажного песка может быть больше угла внутреннего трения, так как в этом случае действуют капиллярные силы, удерживающие откос от разрушения.

 

1234Следующая ⇒

Поделиться: