Лабораторные работы

Грунтовая лаборатория, определение физико-механических свойств грунтов Результаты лабораторных испытаний необходимы как для общей инженерно-геологической характеристики территории строительства, так и для расчета конструкций проектируемых зданий и сооружений. Объем и относительная роль полевых и лабораторных методов зависит от сложности инженерно-геологических условий, несущей способности и физико-механических свойств грунтов, характера проектируемых сооружений. Грунты – основа любого строительства, от их несущей способности и геологической ситуации на территории зависят технические решения, применяемые при проектировании, а также стоимость, долговечность и надежность строительства. Показатели физических и механических свойств определяются на образцах, отобранных из грунтового массива, в стационарных условиях инженерно-геологической (грунтовой) лаборатории или непосредственно в массиве в полевых условиях по специальным стандартизированным методикам (полевые методы исследования). Мы определяем следующие физико-механические показатели: - влажность грунта, влажность на границе текучести и раскатывания для глинистых грунтов; - плотность (удельный вес грунта, называемый ранее объемной массой, удельный вес твердых частиц); - пористость, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщенности; - коэффициент фильтрации; - определяем максимальную плотность при оптимальной влажности грунта; - определяем гранулометрический состав гравелистых, песчаных и глинистых грунтов (ситовым и ареометрическим методами); - угол естественного откоса песчаных грунтов; - относительную просадочность, набухание, давление набухания; - сопротивление сдвигу грунтов методом одноплоскостного среза; - выполняем компрессионные испытания и испытания в стабилометре (определение прочностных и деформационных свойств грунтов). По итогам комплексного изучения грунтов в лабораторных и полевых условиях можно составить представление о составе, текстуре, структуре грунтов, их несущей способности. Анализ полученных данных и учет общей инженерно-геологической обстановки позволяют дать прогноз тех изменений в составе и свойствах, которые будут происходить при строительстве и эксплуатации сооружений. В случае необходимости, по результатам лабораторных работ, могут даваться рекомендации по улучшению геологической ситуации на территории строительства. Все лабораторные испытания проводятся в соответствии с нормативными документами, результаты выдаются в печатном и электронном виде. Работаем с физическими и юридическими лицами в максимально сжатые сроки. Влажность грунтов. Под влажностью грунта понимают содержание в нем того или иного количества воды. Различают весовую и объемную влажность. Весовой влажностью грунта W называют отношение веса воды, содержащейся в грунте, к весу грунта, высушенного при температуре 100 - 105° до постоянного веса, выраженное в процентах. Под объемной влажностью понимают отношение объема воды, заключенной в породе, к объему всей породы, выраженное в процентах. Естественной влажностью грунта называют количество воды, содержащейся в порах грунта в естественных условиях его залегания. Величина естественной влажности является важной характеристикой физического состояния породы, определяющей прочность породы и поведение ее под сооружением. Особое значение влажность имеет для глинистых грунтов, резко меняющих свои свойства в зависимости от степени увлажнения. Естественная влажность является важным косвенным показателем, необходимым для вычисления объемного веса грунта, пористости, степени влажности и др. В настоящее время разработано несколько методов определения влажности. Из них наибольшее распространение получил весовой метод, ставший стандартным. Этим методом выполняются исследования грунтов для различных видов строительства на всех стадиях изысканий (кроме рекогносцировочных обследований), за исключением тех случаев, когда грунты содержат значительное количество растительных остатков. Пластичностью грунтов называется способность их изменять свою форму (деформироваться) без разрыва сплошности в результате внешнего воздействия и сохранять полученную при деформации новую форму после того, как внешнее воздействие прекращается. Пластичные свойства грунтов тесно связаны с влажностью и изменяются в зависимости от количества и качества находящейся в грунте воды. Переход глинистой породы из одной формы консистенции в другую совершается при определенных значениях влажности, которые получили название характерных влажностей или пределов. В инженерно-геологической практике наибольшее распространение получили верхний и нижний пределы пластичности. Влажность, выраженная в процентах, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее, называется верхним пределом пластичности , или границей текучести ( WL ). Влажность, выраженная в процентах, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое, называется нижним пределом пластичности , или границей раскатывания ( Wp ). Разность между значениями влажности, отвечающими верх нему и нижнему пределам пластичности, называется числом пластичности ( Iр ) . Пределы пластичности и число пластичности широко используются при классификации глинистых грунтов, определении расчетных сопротивлений грунтов и приблизительной оценке устойчивости грунтов в котлованах, выемках и т. д. Необходимо подчеркнуть, что пределы и число пластичности характеризуют не грунт в целом, а слагающие его частицы, главным образом глинистые, косвенно указывая на их минералогический состав, степень дисперсности, форму, концентрацию порового раствора и т. д. Определение пластичности параллельно с определением содержания глинистых фракций в грунте позволяет установить различные показатели, характеризующие гидрофильность глинистой фракции, ее коллоидную активность, физико-химическую чувствительность и другие инженерно-геологические свойства глинистых горных пород. Для определения пределов пластичности предложено много методов. Согласно стандартной методике за границу раскатывания принимается влажность грунта, при которой он при раскатывании в шнур диаметром 3 мм распадается на кусочки длиной до 10 мм; за границу текучести принимается влажность грунта, при которой стандартный конус погружается в него на глубину 10 мм под действием собственной массы за время 5 с. По характерным влажностям определяется число пластичности глинистого грунта и показатель текучести, по которым устанавливают наименование и состояние грунта. Вес единицы объема грунта является важным показателем, характеризующим плотность грунта, и используется для различных расчетов. Удельный вес — это отношение веса частиц породы к их объему. Численно удельный вес равен весу единицы объема скелета грунта при условии отсутствия пор. Удельный вес зависит от минералогического состава грунта и увеличивается с увеличением содержания в нем тяжелых минералов. Так, у основных пород, содержащих железо, магний, удельный вес выше, чем у кислых, состоящих в основном из кварца. Наличие в минеральном грунте гумуса и органических веществ снижает удельный вес. Удельный вес определяются в лаборатории по образцам пород, измеряя объем и вес твердой фазы грунта. Вес частиц породы определяется путем взвешивания высушенной пробы грунта, а его объем находится следующими способами: пикнометрическим, объемным, вытеснением газа, гидростатическим взвешиванием. Наибольшее распространение на практике получил пикнометрический способ. Удельный вес зависит только от минералогического состава грунта и увеличивается с увеличением содержания в грунте тяжелых минералов. Удельный вес наиболее распространенных породообразующих минералов колеблется в небольших пределах, поэтому удельные веса рыхлых песчано-глинистых грунтов также изменяются в небольших пределах; для ориентировочных расчетов можно принимать удельный вес песков равным 2,65, суглинков 2,70, глин 2,75. Удельный вес используется для расчета пористости. При определении удельного веса грунта следует учитывать: 1) возможность растворения простых солей в процессе определения, в результате чего получаются заниженные значения удельного веса; во избежание этого при определении удельного веса засоленных грунтов вода заменяется нейтральными жидкостями (керосин, бензин, толуол и др.); 2) возможность сильного сжатия слоя воды вокруг коллоидальных частиц глин, вызываемого молекулярными силами притяжения, в результате чего получаются преувеличенные значения удельного веса; для предотвращения этого следует применять жидкости с небольшим поверхностным натяжением (толуол, ксилол и др.); 3) возможность неполного удаления адсорбированного на поверхности частиц воздуха, в результате чего получаются заниженные значения удельного веса; во избежание этого определение удельного веса рекомендуется производить с предварительным кипячением грунта или под вакуумом. Под пористостью грунтов понимают наличие в них мелких пустот. Количественно пористость обычно выражают процентным отношением объема пустот (Vn) к общему объему грунта ( V ); эту величину называют пористостью и обозначают через n. Кроме того, пористость грунта может характеризоваться отношением объема пустот (Vn) к объему твердой фазы ( Vs); эта величина называется коэффициентом пористости, или приведенной пористостью, и выражается обычно в долях единицы. Величина пористости может быть выражена и по весу (весовая пористость) как отношение веса воды (Gw), полностью заполняющей поры грунта, к весу абсолютно сухого грунта (Gs). Для глинистых грунтов способов непосредственного лабораторного определения пористости не существует. Пористость связных грунтов вычисляется по удельному и объемному весам. Для остальных пород пористость может определяться и непосредственно, но обычно вычисляется по тем же формулам, что и пористость связных грунтов. Пористость и коэффициент пористости характеризуют структуру грунта. Весовая пористость характеризует влажность грунта при полном заполнении пор водой. Пористость, не являясь расчетной величиной, используется как весьма важная вспомогательная характеристика при некоторых расчетах, например при выборе расчетных сопротивлений грунтов, при построении компрессионной кривой, при вычислении характеристик сжимаемости и др. Коэффициент водонасыщенности (water saturation factor) - отношение объёма содержащейся в породе воды к объёму пор этой же породы. Водопроницаемостью грунтов называют способность их пропускать сквозь себя воду. Вода в порах грунтов может передвигаться под влиянием ряда причин: силы тяжести; внешнего давления; капиллярных сил; адсорбционных сил, развивающихся на поверхности раздела твердых частиц и воды; промерзания породы; давления газов и др. При инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях чаще всего практический интерес представляет передвижение воды под влиянием силы тяжести. Численно водопроницаемость характеризуется так называемым коэффициентом фильтрации k . Коэффициент фильтрации представляет собой скорость фильтрации при напорном градиенте, равном единице. Выражают коэффициент фильтрации обычно в см/сек или чаще в м/сутки. Коэффициент фильтрации используется при подсчете запасов подземных вод, определении притока воды в строительные котлованы и горные выработки, при расчете утечек воды из водохранилищ, проектировании дренажных сооружений и фильтров, а также при ряде других расчетов. Влажность, при которой достигнута максимальная плотность скелета грунта, является оптимальной влажностью. Для установления зависимости плотности скелета грунта от его влажности проводят серию отдельных испытаний грунта на уплотнение с последовательным увеличением его влажности. Результаты испытаний представляют в виде графика. Количество отдельных испытаний для построения графика должно быть не менее шести, а также достаточным для выявления максимального значения плотности скелета грунта. Гранулометрическим составом грунта называется относительное содержание в них частиц различной крупности. Гранулометрический состав грунта позволяет судить о строительных свойствах грунта. Определение заключается в разделении составляющих грунт частиц на отдельные фракции. Гранулометрический состав является одним из важных факторов, определяющих физические свойства грунта. От него зависят такие важные характеристики свойств и состояния грунта, как пластичность, пористость, сопротивление сдвигу, сжимаемость, усадка, разбухание, высота капиллярного поднятия, водопроницаемость и др. Изменение гранулометрического состава грунтов вызывает и изменение их свойств. Для определения гранулометрического состава пород выполняется гранулометрический анализ. Гранулометрический анализ состоит в расчленении грунта на группы с близкими по величине частицами - так называемые фракции. Размер частиц определяется по диаметру и выражается в миллиметрах. Определение гранулометрического состава необходимо для решения целого ряда практических вопросов, важнейшими из которых являются: 1) классификация грунтов по гранулометрическому составу; 2) приближенное вычисление водопроницаемости рыхлых не связных грунтов по эмпирическим формулам; 3) оценка пригодности грунтов для использования их в качестве насыпей для дорог, дамб, земляных плотин; 4) выбор оптимальных отверстий для фильтров буровых скважин; 5) оценка возможных явлений суффозии в теле фильтрующих плотин и их основаниях, в стенках котлованов, бортах выемок и т. д. и расчет обратных фильтров; 6) оценка рыхлых несвязных грунтов - как строительного материала и главным образом как заполнителя при изготовлении бетона. В настоящее время разработано много способов гранулометрического анализа грунтов. России наибольшее распространение в инженерно-геологической практике получили ситовой анализ, метод двойного отмачивания, пипеточный метод, ареометрический анализ. Углом естественного откоса называется максимальный угол между горизонтом и поверхностью свободного песчаного грунта, при котором песок еще сохраняет равновесие. При проектировании многих земляных сооружений угол естественного откоса сыпучего грунта является одной из основных характеристик. Особое внимание в нашей компании уделяется лабораторным испытаниям и определениям физико-механических свойств грунтов. На долю лабораторных испытаний грунтов приходится от 30 до 50%, от объема всех инженерно-геологических изысканий, а порой и более. В нашей грунтовой лаборатории изучают физико-механические свойства грунтов, коррозионную агрессивность грунтов и вод.