Лабораторные методы определения свойств грунтов - презентация

1 Лабораторные методы определения свойств грунтов Подготовила: Фаткульбаянова Нурия Студентка группы СМ-13-6 р

2 Различают: физические, механические, магнитные, электрические, водные и др. свойства. Свойства грунта - это особенности грунта, обусловленные его составом, взаимоотношением и взаимодействием слагающих грунт компонентов (твердых, жидких и газообразных).

3 Физические свойства грунтов - особенности грунтов, определяющие их поведение в естественных условиях и при взаимодействии с продуктами инженерной и хозяйственной деятельности человека. Механические свойства грунтов - это те свойства, которые проявляются при приложении к грунтам нагрузок.

4 Приведены основные физические свойства грунтов: 1. Гранулометрический состав (для дисперсных грунтов) - количественное содержание в грунте первичных частиц по фракциям (размерам зерен), выраженное в процентах от общей массы грунта. Определяется по ГОСТ Плотность. При этом различают плотность грунта и плотность скелета грунта (т.е. частиц грунта).Плотность Плотность минеральной части грунта, s - отношение массы твердых частиц к их объему в абсолютно плотном состоянии: s = m / V, [г/см 3] Определяют в лабораторных условиях методом гидростатического взвешивания в мерной колбе – пикнометре. Плотность скелета грунта (плотность сухого грунта), d – отношение массы твердых частиц грунта к объему образца ненарушенной структуры: d = / (1 + W), [г/см 3] где - плотность грунта, г/см 3 ; W - влажность грунта, д. е.

5 Пористость Пористость и коэффициент пористости. 3. Пористость и коэффициент пористости. Пористость Пористость характеризует объем пор в единице объема грунта, а коэффициент пористости - отношение объема пор к объему твердой компоненты. Коэффициент пористости е определяется по формуле: e = ( s - d ) / d где ρ s плотность частиц грунта, г/см 3 ; ρ d плотность сухого грунта, г/см Влажность. Различают:Влажность естественную влажность - т.е. влажность образца на момент его отбора из горной выработки (причем она может быть весовой, т.е. отношение массы воды к массе скелета грунта, или объемной, т.е. отношение объема воды в грунте к объему всего грунта); степень влажности (коэффициент водонасыщения) - относительную долю заполнения пор водой в данном грунте; S r = W s / e w где W - природная влажность грунта, д. е.; е - коэффициент пористости; s - плотность частиц грунта, г/см 3 ; w - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3. гигроскопическую влажность - отношение массы воды, удаляемой из образца воздушно-сухого грунта, высушенного при температуре 105 градусов до постоянной массы, к массе высушенного грунта.

6 5. Пределы пластичности (только для глинистых грунтов).Пределы пластичности Пластичность - это способность грунта деформироваться без разрыва сплошности под воздействием внешних сил и сохранять полученную форму после прекращения воздействия. Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее называется верхним пределом пластичности. Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое - влажность нижнего предела пластичности. Разность между значениями влажности для верхнего и нижнего пределов называется числом пластичности. I p = ω L – ω p где WL влажность на границе текучести, % Wp – влажность на границе раскатывания, % Показатель консистенции - отношение разности весовой влажности и влажности нижнего предела к числу пластичности. 6. Набухаемость грунтов (только для глинистых) - способность грунтов увеличивать свой объем при замачивании. При этом развивается давление набухания. 7. Усадочность (для глинистых и органогенных грунтов) - способность грунтов уменьшать свой объем при обезвоживании. 8. Размокаемость - способность грунтов при замачивании в спокойной воде терять свою связность и превращаться в рыхлую массу. 9. Размягчаемость - способность скальных грунтов снижать свою прочность при взаимодействии с водой.

7 Основные механические свойства грунтов: 1. Сжимаемость дисперсных грунтов - способность уменьшаться в объеме под действием внешнего давления. Компрессионная сжимаемость (компрессия) - способность грунта сжиматься под постоянной, ступенчато возрастающей нагрузкой. 2. Просадочность - способность лессовых и других пылеватых грунтов к уменьшению объема при дополнительном увлажнении. Различают просадки при природном давлении (от веса вышележащего грунта) и дополнительном (от веса сооружения).Просадочность 3. Прочность - способность грунта сопротивляться разрушению под влиянием механических напряжений. Параметры прочности соответствуют критическим напряжениям, т.е. тем, при которых происходит разрушение грунта. 4. Модуль упругости (Е) - отношение напряжения, при котором начинается разрушение, к разности относительной деформации конца и начала разгрузки. 5. Модуль общей деформации (Е о ) - отношение разности конечного и начального напряжений к разности конечной и начальной относительной продольной деформации. 6. Угол внутреннего трения - параметр линейной зависимости сопротивления сдвигу от вертикальной нагрузки. Для песчаных грунтов равен углу предельного откоса. 7. Сцепление - характеристика структурных связей грунта.

8 Лабораторные Полевые Геофизические Сейсмические Основные методы определения свойств грунтов

9 Образцы грунтов для лабораторных исследований отбираются по слоям грунтов в шурфах, в буровых скважинах, которые располагают на исследуемых строительных площадках. В лабораторию образцы грунтов доставляют в виде монолитов или рыхлых проб. Монолиты это образцы фунтов с ненарушенной структурой. Такие монолиты отбирают в скальных и связных (пылевато-глинистых) грунтах. Размеры монолитов должны быть не меньше установленных норм. Так, для определения сжимаемости фунта, пробы, отбираемые в шурфах, должны иметь размеры 20 х 20 х 20 см. В монолитах пылевато-глинистых грунтов при этом должна быть сохранена природная влажность. Это достигается созданием на их поверхности водонепроницаемой парафиновой или восковой (иногда битумной) оболочки. В рыхлых фунтах (песок, гравий и т. д.) образцы отбирают в виде 194 проб определенной массы. Так, для проведения гранулометрического анализа песка необходимо иметь пробу не менее 0,5 кг. В лабораторных условиях можно определять все физико- механические свойства грунтов. Каждая характеристика этих свойств определяется согласно своему ГОСТу, например, природная влажность и плотность грунта ГОСТ , предел прочности ГОСТ , гранулометрический (зерновой) и микро агрегатный состав ГОСТ и т. д. Грунтоведческая лаборатория

10 Определение плотности грунта методом режущего кольца

11 Определение максимальной плотности крупнообломочных грунтов

12 Определение степени водонепроницаемости песчаного грунта в фильтрационном приборе КФ-1

13 Сопротивление грунтов сдвигу и характеристики их прочности

14 Определение модуля деформации грунтов

15 Динамические плотномеры

16 Определение оптимальной влажности песка в полевых условиях

17 Для решения задач проектирования зданий и сооружений все физико-механические характеристики грунтовых оснований разделяют на две группы: 1) показатели физико-механических свойств, которые используются непосредственно в расчетах оснований 2) вспомогательные показатели, с помощью которых осуществляют классификацию грунтов, прогнозируются механические характеристики первой группы, выделяются инженерно- геологические элементы в толще грунтов.

18 Характеристика Способ определения в лаборатории или по расчетной формуле Гранулометрический состав грунтов, мм Влажность природная W Определение зернового и микро агрегатного состава в лаборатории по ГОСТ В лаборатории по ГОСТ Вспомогательные характеристики, которые отражают физические свойства грунтов, показаны в табл. 1 Характеристики грунтов, используемые в расчетах оснований, приведены в табл. 2 на следующем слайде. Табл. 1

19 Характеристика Способ определения Расчеты, в которых исполь­ зуются характеристики Модуль общей дефор­ мации Е, МПа Удельное сопротивле­ние С, к Па, и угол внут­реннего трения ф, град Табличное значение расчетного сопротивле­ния грунтов Rq, к Па Коэффициент филь­трации Кф, м/сут Плотность грунта р, т/м 3 или г/см 3 (отноше­ние массы образца к его объему) Полевые работы (штамповые и прессиометрические) и лабо­ раторные исследования (комп­ рессионные и стабилометриче- ские испытания) грунтов Сдвиговые характеристики грунтов: 1) полевые работы срез це­ ликом грунта, вращательный срез, зондирование; 2) лабораторные исследова­ния в приборе плоского среза, в стабилометре По таблицам СНиП Полевые (опытные откачки воды для водонасыщенных и наливы воды для сухих грун­тов) и лабораторные работы Лабораторные работы по ГОСТ Расчет по деформациям грунтов Расчет по деформациям и по несущей способно­сти грунтов При определении ори­ ентировочных размеров подошвы фундаментов Расчет стабилизации осадок зданий и соору­жений Расчет по деформациям и по несущей способно­сти грунтов. В этих рабо­тах используют показа­тель у

20 Полевые методы: Полевые методы дают заведомо лучшие результаты при определении свойств грунтов, поскольку ни одна даже самая лучшая лаборатория не сможет в точности смоделировать естественные условия, которые есть в массиве грунта. Необходимо отметить, что если полевые методы дают хорошую возможность определять свойства в условиях естественного залегания грунтов, то они не всегда позволяют прогнозировать поведение массивов грунтов на период эксплуатации зданий и сооружений. Поэтому целесообразно разумно сочетать лабораторные и полевые методы. В полевых условиях определяют все прочностные и деформационные характеристики как скальных, так и нескальных грунтов.

21 При определении прочностных характеристик грунтов наиболее достоверные результаты дают полевые испытания на срез целиков грунта непосредственно на строительной площадке (ГОСТ ). Из-за высокой стоимости и трудоемкости этих работ их проводят только для сооружений I класса применительно к расчетам по несущей способности. К I классу относятся здания и сооружения, имеющие большое хозяйственное значение, социальные объекты, объекты, требующие повышенной надежности (главные корпуса ТЭС, АЭС, телевизионные башни, промышленные трубы высотой более 200 м, здания театров, цирков, рынков, учебных заведений и т. д.). Для других случаев строительства (II и III классы сооружений) достаточно надежные показатели С и ф получают в результате лабораторных испытаний грунтов в приборах плоского среза (ГОСТ ) и трехосного сжатия (ГОСТ ).

22 Деформационные испытания грунтов Сжимаемость грунтов изучают методами штампов, прессиометрами, динамическим и статическим зондированием. Метод штампов. В нескальных грунтах на дне шурфов или в забое буровых скважин устанавливают штампы, на которые передаются статические нагрузки (ГОСТ ). Штамп в шурфе это стальная или железобетонная плита. Форма штампа находится в зависимости от фундамента, который он моделирует, и может быть различной, но чаще всего плита круглая площадью 5000 см 2.

23 Для создания под штампом заданного напряжения применяют домкраты или платформы с грузом. / и //шурфы; ///буровые скважины; 1 штампы; 2 домкрат; 3 анкерные сваи; 4 платформы с грузом; 5 штанга

24 Осадку штампов измеряют прогибомерами. При проходке шурфа на отметке подошвы штампа и вне его отбирают образцы грунтов для параллельных лабораторных исследований. Нагружение штампа производят ступенями и выдерживают определенное время. Значение нагрузки устанавливается в зависимости от вида грунта и его состояния. В итоге работы строят графики: зависимости осадки штампа от давления; осадки штампа во времени по ступеням нагрузки. После этого по формуле вычисляют модуль деформации грунта Е, МПа.

25 Геофизические исследования скважин Геофизические исследования скважин (ГИС) - это методы геологической и технической документации проходки скважин, основанные на изучении в них различных геофизических полей. Геофизические методы исследования скважин предназначены для изучения геологического разреза и, в частности, выявления пластов разной литологии, определения углов и азимутов их падения, выделения полезных ископаемых в разрезах, а также оценки пористости, проницаемости, коллекторских свойств окружающих пород и их возможной нефтегазоносной продуктивности. Физические свойства горных пород, определяемые в результате исследования в скважинах, служат не только для непосредственного получения той или иной геологической информации, но и для интерпретации данных полевой геофизики.

26 При геофизических исследованиях в скважинах используются все поля и методы, применяемые и в полевой геофизике. Однако между ними имеются существенные различия, которые определяются специфическими условиями технологии работ в скважинах. Для изучения разрезов скважин применяются электрические, ядерные, термические, сейсмоакустические, магнитные, гравиметрические методы. Измеряемые в скважинах с помощью датчиков те или иные параметры физических полей преобразуются в электрические сигналы, которые по кабелю подаются в так называемые каротажные станции. В них они автоматически регистрируются при подъеме кабеля с глубинным прибором и датчиком поля, производимом со скоростью от 200 до 5000 м/ч. Эффективность скважиной геофизики очень велика, особенно в нефтяной и структурной геологии, где бурение всех скважин сопровождается проведением геофизических исследований. При инженерно-гидрогеологических исследованиях скважинные геофизические методы решают такие задачи, как изучение пористости, обводненности, фильтрационных свойств пород и, наряду с отбором керна, служат для геологической документации разрезов.

27 Инженерно-гидрогеологическая сейсморазведка. При изучении геологической среды с целью инженерно- геологических и гидрогеологических изысканий (гидростроительство, дорожное, промышленное и гражданское строительство, в том числе в районах вечной мерзлоты, поиски подземных вод, решение различных геоэкологических, мерзлотно-гляциологических и других задач) сейсморазведка находит все большее применение. Она используется для изучения глубины залегания коренных пород, расчленения осадочных толщ, определения мощности коры выветривания, мощности льда, картирования вечной мерзлоты, прослеживания разрывных нарушений, трещиноватых закарстованных зон, изучения оползней, определения уровня подземных вод. Инженерно-гидрогеологическая сейсморазведка имеет дело с небольшими глубинами, поэтому возбуждение упругих волн проводится с помощью малых взрывов или ударов. Для разведки небольших глубин (до м) применяется микросейсморазведка. Работы выполняются с помощью легких одноканальных сейсмических установок ОСУ (вес всего оборудования до 30 кг) или малоканальных (2 - 4). Возбуждение упругих волн производится ударом кувалды. Работы выполняются в модификации МПВ, реже МОВ.

28 Важной задачей инженерной сейсморазведки является изучение физико-механических и прочностных свойств пород. Измеряя скорость распространения продольных и поперечных волн в горных выработках, обнажениях, а также на образцах, можно рассчитать упругие константы и оценить физико-механические и прочностные свойства горных пород. Полученные данные используются для оценки горного давления, необходимого для расчета обделки и крепления горных выработок, а также для определения устойчивости, крепости, разрабатываемости грунтов. Измерения скоростей упругих волн проводятся как с помощью одноканальных сейсмических установок, так и с помощью сейсмоскопов, работающих на ультразвуковых частотах.

29 Список использованной литературы при подготовке презентации: ГОСТ Грунты. Классификация. ГОСТ Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости Геофизические методы исследования земной коры. В.К. Хмелевской (Международный университет природы, общества и человека "Дубна"), 1997 г.