3. Методы лабораторных исследований физических характеристик грунтов

3.1. Общие положения

Физические характеристики грунтов позволяют судить об их свойствах, природе и возможных изменениях этих свойств при строительстве на них сооружений. Они позволяют классифицировать грунты и выбирать методы для их дальнейшего исследования.

Характеристики физических свойств непосредственно связаны с механическими характеристиками грунтов.

Методов и приемов определения свойств грунтов известно много [8, 10, 22, 30].

Ниже излагаются методы, рекомендуемые межгосударственным стандартом на лабораторные испытания грунтов ГОСТ 5180 – 84 [10].

Способы определения физических свойств грунтов устанавливают в программе испытаний в зависимости от стадии проектирования, грунтовых условий, а также от вида проектируемых зданий и сооружений и уровня их ответственности. Область применения методов лабораторных испытаний физических свойств грунтов приведена в табл.2.1. В этой таблице указаны также форма и размеры лабораторных образцов грунта в зависимости от их свойств и метода испытаний.

Минимальный размер испытываемых образцов должен быть не менее пятикратного размера максимальной фракции грунта.

За результаты испытаний принимают среднеарифметическое значение параллельных определений, предусмотренных для соответствующего метода.

Погрешность измерений при испытаниях не должна превышать:

- 0,02 г при определении массы образца;

- 0,1 мм при измерениях геометрических размеров рабочего режущего кольца.

При обработке результатов испытаний плотность грунта вычисляют с точностью 0,01 г/см³, влажность до 30 % включительно вычисляют с точностью 0,1 %, 30 % и выше - 1 %.

Статистическую обработку результатов определений физических свойств грунтов оснований производят по ГОСТ 20522 – 96 [16].

Основными показателями, характеризующими физические свойства и естественное состояние грунтов, являются: влажность W, в том числе гигроскопическая W_г; влажность на границе текучести W_L; влажность на границе пластичности (раскатывания) W_р; плотность грунта ρ; плотность сухого грунта ρ_d; плотность частиц грунта ρ_s; коэффициент пористости e и пористость n.

Характеристики ρ и W должны определяться по образцам грунта естественной влажности и структуры. Они определяют состояние грунта. Чем меньше плотность грунта, тем большей пористостью он обладает. Чем выше пористость и влажность грунта, тем хуже его строительные свойства. Такой грунт обладает большой сжимаемостью и малой несущей способностью.

3.2. Определение влажности грунта методом высушивания

Влажность грунта - отношение массы воды, удаленной из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе высушенного грунта, равной массе твердых частиц. Ее необходимо определять по образцам грунта с естественной влажностью и ненарушенной структурой.

Гигроскопическая влажность - влажность грунта в воздушно-сухом состоянии, т.е. в состоянии равновесия с влажностью и температурой окружающего воздуха.

Для определения влажности грунта необходимо иметь следующее:

технические весы с разновесами; металлические или стеклянные стаканчики с крышками (бюксы); эксикатор с хлористым кальцием; сушильный шкаф; журнал.

Подготовка к испытаниям

Пробу грунта для определения естественной влажности отбирают массой 10-15 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный стаканчик и плотно закрывают крышкой.

При определении гигроскопической влажности пробы грунта массой 10-20 г отбирают способом квартования из растертого, просеянного сквозь сито с отверстиями в 1 мм и выдержанного открытым не менее 2 ч при данных температуре и влажности воздуха грунта.

Проведение испытаний

Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают. Стаканчик открывают и с крышкой помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при температуре (105 2)°С. Песчаные грунты высушивают в течение 3 ч, а остальные - в течение 5 ч.

Последующее высушивание песчаных грунтов производят в течение часа, а остальных - в течение 2 часов.

Загипсованные грунты высушивают в течение 8 часов при температуре (80 2)°С.

После каждого высушивания грунт со стаканчиком охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием до температуры помещения и взвешивают.

Высушивание производят до получения разности масс грунта со стаканчиком при двух последующих взвешиваниях не более 0,01г.

Обработка результатов

Влажность грунта W вычисляют по формуле

W = (m₁ – m) / (m₂ – m), (3.1)

где m – масса пустого стаканчика с крышкой, г;

m₁ – масса влажного грунта со стаканчиком и крышкой, г;

m₂ – масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.

Цифровые данные, полученные в процессе определения влажности грунта, записывают в журнал (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Журнал

для определения влажности грунта W

Лабораторный номер

Дата

Номер стаканчика

Масса стаканчика, г

Масса, г

Влажность, W

Примечания

пустого

с влажным грунтом

с сухим грунтом

выпаренной воды

сухого грунта

отдельной пробы

средняя

1

2

постоянная

m

m1

m2

m2

m2

mw

md

Для каждого образца грунта производят два определения влажности. Расхождения между параллельными определениями допускаются до 2 %. По двум определениям выводят среднее значение влажности грунта с точностью в 1 %.