Методы расчета пористости, коэффициента пористости, степени влажности грунта

где _s - плотность частиц грунта, г/см³; _d - плотность сухого грунта, г/см³.

7.13.2. Коэффициентом пористости или приведенной пористостью (e) называется отношение объема пор к суммарному объему твердых частиц грунта. Расчет коэффициента пористости производится по формуле:

e = (_s - _d) / _d. (59)

7.13.3. Степенью влажности или коэффициентом заполнения пор водой (S_r) называется отношение объема пор, не занятых водой, к общему объему пор, которое вычисляется по формуле:

7.13.4. Пористость и коэффициент пористости связаны между собой выражениями:

7.13.5. Пористость и коэффициент пористости не являются расчетными величинами, но характеризуют структуру грунта и используются в качестве вспомогательной характеристики при выборе расчетных показателей грунтов, построении компрессионной кривой, вычислении характеристик сжимаемости и др.

7.14.2. Размокаемость грунтов зависит от их гранулометрического и химико-минерального состава, характера связей между частицами и начальной влажностью (сопротивление размоканию повышается по мере перехода от легких разностей к тяжелым, от менее плотных к более плотным малопористым грунтам; чем меньше начальная влажность грунта, тем энергичнее происходит распад; образцы с нарушенной структурой распадаются быстрее, чем с естественной; грунты с жесткими структурными связями практически неразмокаемы).

7.14.3. Показателями размокания являются:

- время, в течение которого образец грунта, помещенный в воду, теряет связность и распадается;

- характер распада (пылевидный, пластичный, комковатый и т.п.).

7.14.4. Определение размокаемости грунта ненарушенного сложения и естественной влажности производится на небольших образцах неправильной формы. Образец кладут на сетку с ячейками в 1 см, подвешенную в сосуде с водой. Записав в журнал время, дату погружения образца в воду и его приблизительные размеры, наблюдают за процессом размокания грунта, подробно описывая характер распада (форму, размер и последовательность распада структурных отдельностей).

7.14.5. Опыт считается законченным тогда, когда завершается распад грунта или когда в течение продолжительного времени не будет происходить заметного размокания.

7.14.6. Результаты испытания выражают в виде времени, необходимого для полного размокания образца и характеристики его распада. Если образец не размокает, его необходимо выдержать в воде в течение нескольких суток.

7.14.7. Величина размокаемости используется при оценке явлений переработки берегов водохранилищ, устойчивости откосов каналов, стенок котлованов, заполненных водой, при возведении сооружений методом отсыпки в воду, при оценке вероятности суффозии и т.д.
7.15. Определение сжимаемости песчаных и глинистых грунтов без бокового расширения
7.15.1. Общие положения
7.15.1.1. Сжимаемость песчаных и глинистых грунтов без бокового расширения определяют для образцов грунта ненарушенного и нарушенного сложения согласно ГОСТ 23908-79.

7.15.1.2. Определение сжимаемости образцов грунта ненарушенного сложения производят для глинистых грунтов:

а) в условиях сохранения естественной влажности;

б) в условиях дополнительного увлажнения водой до полного насыщения (в подводном состоянии).

7.15.1.3. Определение сжимаемости образцов грунта нарушенного сложения производят при заданной начальной плотности сложения:

а) для глинистых грунтов - при заданной начальной влажности или в условиях дополнительного увлажнения водой до полного насыщения (в подводном состоянии);

б) для песчаных грунтов - в воздушно-сухом состоянии или при полном насыщении водой (в подводном состоянии).

7.15.1.4. Для определения сжимаемости песчаных грунтов применяют образцы, предварительно высушенные на воздухе до воздушно-сухого состояния и просеянные сквозь сито с диаметром отверстий: для песков гравелистых и крупных - 5 мм; для песков средней крупности, мелких и пылеватых - 2 мм.

7.15.1.5. Для определения сжимаемости грунтов применяют образцы цилиндрической формы: для глинистых и песчаных (за исключением песков гравелистых) - диаметром не менее 70 мм, для песков гравелистых - не менее 100 мм. Высота образца глинистых и песчаных грунтов (за исключением песков гравелистых) должна относиться к диаметру как 1:3,5, а песков гравелистых - как 1:4.

7.15.1.6. Для приготовления и насыщения образцов применяют преимущественно грунтовую воду, взятую в месте отбора грунта, пользуются также водопроводной или пропущенной сквозь фильтр речной водой.

7.15.1.7. При определении сжимаемости образцов глинистых грунтов в условиях полного насыщения водой устанавливают величину давления набухания p_n, МПа.

7.15.1.8. Передачу давления на образец грунта производят с помощью рычажного пресса. Давление на образец передают ступенями. Предельная величина его устанавливается заданием. Каждое сообщаемое образцу грунта давление выдерживают до условной стабилизации деформации.

Примечание. Под термином "деформация" в данном случае понимают вертикальные перемещения образца грунта под нагрузкой (осадки, разбухание), а также горизонтальные перемещения образца грунта (горизонтальные смещения при сдвиге и др.).
За условную стабилизацию деформации принимают величину сжатия грунта, не превышающую 0,01 мм: для песчаных грунтов - за 4 ч; для глинистых грунтов - за 16 ч.

7.15.1.9. Измерение сжатия образца грунта производят с точностью до 0,01 мм при помощи индикатора с ценой делений 0,01 мм. Результаты измерения выражают зависимостью:

где l = h / h - относительное сжатие (вычисляется с точностью до трех десятичных знаков); h - сжатие образца грунта при условной стабилизации под давлением p, мм; h - начальная высота образца грунта, мм.

7.15.1.10. Прибор для определения сжимаемости грунтов состоит из следующих основных деталей (рис. 21):

а) базы прибора 1, представляющей массивную плиту, на которой монтируют детали прибора; в выемку, сделанную на поверхности этой плиты, помещают металлическую пластину-фильтр 2, имеющий систему вертикальных отверстий диаметром не более 1 мм; верхнюю сторону пластины делают гладкой, нижнюю - с радиальными круговыми бороздками, обеспечивающими свободное поступление воды к образцу грунта и ее отвод;

б) кольца-обоймы 3 - для образца грунта; с наружной стороны нижний край его заточен на конус, толщина стенок кольца должна быть в пределах 0,03-0,04 диаметра; для определения сжимаемости образцов грунта нарушенного сложения кольцо-обойму снабжают дном; оно должно иметь такое же устройство, как и металлическая пластинка 2;

в) насадки 4, надеваемой на кольцо 3;

г) штампа 5 с гладкой нижней поверхностью - для передачи нагрузки p на образец грунта; штамп должен иметь вертикальные сквозные отверстия диаметром не более 1 мм, обеспечивающие свободное поступление воды к поверхности образца грунта;

д) арретира 6 - для предотвращения набухания образца грунта при его насыщении водой;

е) индикаторов 7 - для измерения осадки штампа 5, происходящей под действием нагрузки p;

ж) ванны 8 - для насыщения водой образца грунта.

Индикатор должен иметь паспорт, подтверждающий возможность производить измерения с точностью до 0,01 мм, и проходить государственную проверку по существующему положению.

7.15.1.12. Прибор для определения сжимаемости должен иметь тарировочную кривую деформаций сжатия в зависимости от давления, которая повторяется не реже 1 раза в год. В процессе испытания на сжимаемость прибор с испытуемым грунтом не должен подвергаться динамическим воздействиям. Опоры приборов должны быть массивными или заделанными в капитальные стены.

Все операции взвешивания производят на технических весах с точностью до 0,1 г.

Снимают стекла и покрывают образец грунта кружками влажной фильтровальной бумаги, слегка прижимая их для удаления воздуха. Надевают на кольцо насадку и переносят его в ванну прибора.

7.15.2.2. Определяют влажность грунта; для этого из монолита или керна рядом с местом вырезки образца отбирают не менее двух проб в стеклянные или алюминиевые стаканчики. Определение влажности производят согласно указаниям п.7.6 (ГОСТ 5180-84).

Вычисляют плотность  (г/см³) образца грунта в кольце по формуле (38) п.7.11.

7.15.2.3. Для каждого приготовленного образца грунта заполняют пп.I-VIII табл. 35.
Таблица 35
I. Лабораторный номер образца: ____________________________________________________

II. Номенклатурный вид грунта: ____________________________________________________

III. Сложение: ___________________________________________________________________

IV. Условия испытания: ___________________________________________________________

V. Прибор №:____________________________________________________________________

VI. Система прибора: _____________________________________________________________

Коэффициент пористости e по формуле:

Степень влажности S_r по формуле

где _s - плотность частиц грунта, г/см³;

_W - плотность воды, г/см³, принимаемая равной единице;

W - влажность, %.
7.15.3. Подготовка образцов глинистого грунта нарушенного строения
7.15.3.1. Находят массу и внутренний объем кольца-обоймы (рис. 21), в котором будут определять сжимаемость грунта. Переносят в заранее взвешенную чашку (фарфоровую или металлическую) образец грунта, объемом примерно в 1,5 раза больше объема кольца. Разминают грунт в чашке пестиком с резиновым наконечником до исчезновения комочков крупнее 3 мм, тщательно перемешивают и отбирают из него не менее двух проб для определения влажности. Определение влажности W производят согласно указаниям п.7.6 (ГОСТ 5180-84).

Взвешивают чашку с грунтом и, вычитая из полученной массы массу чашки, определяют массу содержащегося в ней грунта m₁. Накрывают чашку стеклом и несколькими слоями влажной ткани для предохранения грунта от высыхания.

7.15.3.2. По установленным значениям влажности грунта в чашке W и ее массе m₁ вычисляют массу m_1,W, которую должен иметь грунт в чашке при заданной влажности W₁.

, (68)

где W и W₁ - выражены в процентах.

Если влажность грунта в чашке окажется ниже или выше заданной, то добавляют недостающее количество воды или подсушивают грунт на воздухе до тех пор, пока влажность грунта не достигнет заданной величины.

Массу воды, которую надо добавить или удалить, вычисляют по разности масс m₁ и m_1,W. После добавки воды грунт тщательно перемешивают. Подсушивание также сопровождают периодическим перемешиванием грунта.

7.15.3.3. Вычисляют массу грунта m_s, необходимую для заполнения кольца, при заданной плотности (заданной плотности , г/см³ или коэффициенте пористости e) и влажности по формулам

m_s = V ·  (69)

или

где V - объем кольца-обоймы, см³; _s - плотность частиц грунта, г/см³.

7.15.3.4. Ставят кольцо на кружок влажной фильтровальной бумаги и заполняют его приготовленным грунтом так, чтобы грунт полностью заполнил кольцо и масса грунта была равна массе, вычисленной по формулам (69) или (70). Если вручную весь грунт уложить не удастся, применяют пресс.

Выравнивают поверхность грунта строго в уровень с краями кольца. Накрывают грунт кружком влажной фильтровальной бумаги, надевают на кольцо насадку и ставят его в ванну прибора для определения сжимаемости. Для каждого приготовленного образца грунта заполняют пп.I-VIII табл. 35.

7.15.4.2. Кладут кружок влажной фильтровальной бумаги на дно кольца-обоймы и заполняют последнее отвешенным воздушно-сухим песком. Уплотнение песка в кольце-обойме до заданной плотности производят трамбованием. Для каждого приготовленного образца грунта заполняют п.п.I-VIII табл. 35.

где f_o - площадь образца грунта, вычисленная по внутреннему диаметру кольца-обоймы, см²; N_p - отношение плеч рычага; p_g - нагрузка на образец грунта от деталей прибора, которая не может быть снята противовесами, кг.

7.15.5.2. Ставят на образец грунта штамп и закрепляют над ним индикатор (один или несколько) так, чтобы ножка его опиралась на штамп или специальную дужку (в зависимости от конструкции прибора), а стрелка малого циферблата индикатора совпадала при сжатой пружине с одним из крайних делений (в зависимости от шкалы индикатора при сжатой пружине стрелка может показывать 1 или 9 мм).

Записывать показание индикатора следует в графу 6 п.IX табл. 35 и в дальнейшем принимать его за начальное.

7.15.6.2. Образец грунта последовательно подвергают давлению p_i = 0,05; 0,1 МПа, увеличивая далее давление ступенями по 0,05 МПа до тех пор, пока оно не достигнет заданной величины.

По особому указанию после доведения давления до заданной величины может быть произведена разгрузка образца грунта теми же ступенями до полного снятия давления.

С момента приложения или снятия каждой ступени давления записывают показания индикатора через 5, 10, 15, 30 мин, затем через 1 ч, 2 ч и далее - 2 раза в сутки - до условной стабилизации деформации (п.7.15.1.8).

Время передачи или снятия давления и его величину, время взятия отсчета по индикатору, а также показания индикатора записывают в графы 5 и 6 п.IX табл. 35.
7.15.7. Определение сжимаемости глинистых грунтов ненарушенного сложения в условиях насыщения образца грунта водой (в подводном состоянии)
7.15.7.1. Опускают винт арретира (рис. 21) на рычаг пресса или штамп (в зависимости от конструкции прибора) так, чтобы при последующем насыщении водой образец грунта не набухал.

Насыщают образец грунта водой. Для этого наливают в ванну прибора воду до уровня верхнего края кольца-обоймы и оставляют образец в таком состоянии не менее чем на 24 ч. По истечении этого времени образец грунта заливают водой сверху и следят за тем, чтобы поверхность его в процессе испытания была полностью покрыта водой.

Если при насыщении образца водой индикатор показывает его набухание, то небольшим поворотом винта арретира стрелку индикатора возвращают в начальное положение. В случае, если индикатор показывает сжатие образца, то это показание записывают в графу 6 п.IX табл. 35 и учитывают при последующем вычислении сжимаемости.

7.15.7.2. Образец грунта подвергают давлению примерно p_i = 0,02 МПа (первая ступень). Записывают время подачи давления и через каждые 10 минут производят запись показаний индикатора.

Если в течение 10 минут от момента передачи давления начальное показание индикатора не изменилось, или изменилось на величину, не превышающую деформацию самого прибора, определяемую по тарировочной кривой при этом давлении (п.7.15.1.12), то увеличивают давление еще на 0,02 МПа (вторая ступень). Продолжают увеличивать давление на образец грунта ступенями по 0,02 МПа до тех пор, пока оно не вызовет сжатие грунта (давление p_k, МПа).

Давление, при котором образец грунта начинает сжиматься, выдерживают до условной стабилизации деформации (п.7.15.1.8). С момента начала сжатия грунта отсчеты показаний индикатора производят через каждый час.

Время передачи давления, величину его, время отсчета по индикаторам, а также показания индикаторов записывают в графы 1-6 п.IX табл. 35.

Вычисляют величину давления набухания p_n, вычитая из давления p_k половину давления той ступени p_i, при которой было обнаружено сжатие грунта. Результаты определения давления набухания записывают в табл. 36. Далее последовательно выполняют операции, указанные в п.7.5.6.2.

II. Номенклатурный вид грунта: ____________________________________________________

III. Сложение: ___________________________________________________________________

IV. Место отбора образца грунта: ___________________________________________________

V. Наименование и номер выработки: _______________________________________________

VI. Глубина залегания образца от поверхности: _______________________________________

VII. Условия проведения испытания: ________________________________________________
VIII. Характеристика грунта до испытания на сжимаемость

Влажность, %			Число пластич- ности Ip	Плотность , г/см3	Плотность частиц s, г/см3	Пористость n, %	Коэффициент пористости e	Степень влажности Sr	Давление набухания pn, МПа
природная W	на верхнем пределе пластичности WL	на нижнем пределе пластичности Wp