Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Цель работы:

Знакомство с основными полевыми методами инженерно-геологических изысканий; ознакомление с оборудованием использующимся при выполнении инженерно-геологических исследований; практическое применение некоторых методов камеральной обработки инженерно-геологической информации и закрепление на практике полученных знаний.

Практика проводится на базе кафедры ИГОФ НГАСУ и предприятия ОАО «Стройизыскания». Сроки проведения - с 3.07.07по 7.07.07.

Состав инженерно-геологических работ.

Инженерно-геологическая рекогносцировка - выполняется для оценки инженерно-геологических условий участка, уточнения видов и объемов работ, организации производства изысканий.

Посещение лаборатории по испытанию грунтов, и ознакомление со способами определения свойств грунтов, ознакомление с оборудованием для определения свойств грунтов.

Знакомство с рабочей площадкой (котлованом), ознакомление с буровым оборудованием и полевыми методами испытания грунтов.

Построение инженерно-геологического разреза.

Роль инженерной геологии в строительстве

Этап строительства	Виды работ	Организации	Исполнитель
1	Инвестиции	Заказчик	Заказчик
2	Техническое задание на инженерно-геологические изыскания	Проектная	Инженер-строитель
3	Инженерно-геологические изыскания	Изыскательская	Инженер-геолог
4	Проектирование	Проектная	Инженер-строитель при участии инженера-геолога
5	Строительство	Строительная	То же

Цель инженерно-геологических исследований - получить необходимые для проектирования объекта инженерно-геологические материалы, так как ни один объект нельзя построить без этих данных.

Задача исследований - изучение геологического строения, геоморфологии, гидрогеологических условий, природных геологических и инженерно-геологических процессов, свойств горных пород и прогноз их изменений при строительстве и эксплуатации и эксплуатации различных сооружений.

Введение инженерно-геологических изысканий регламентируется основным нормативным документом в строительстве «Строительными нормами и правилами» СНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства».

Глава Й

Территория г. Новосибирск находится на границе Западно-Сибирской низменности (плиты) и Алтае-Саянской складчатой системы. Естественной границей между ними является река Обь.

Рельеф относительно спокойный сглаженный. Абсолютные отметки поверхности изменяются от 90 м в пойме р. Обь до 210 м на водоразделах.

Общий уклон местности прослеживается с юга на север.

Город Новосибирск разделяется рекой Обь на две части - левобережную и правобережную.

Правобережная часть представляет собой приподнятую плоскую, расчлененную возвышенность (окраины Колывань-Томской складчатой зоны или отроги Салаирского кряжа), поверхность которой изрезана рядом речных долин и оврагов.

Левобережная часть представлена, в основном, аллювиальными террасами р. Обь небольшими возвышенностями Приобского плато.

Река Обь - основная водная артерия протекает в широкой разработанной долине с террасами аккумулятивного типа. Правый берег - высокий, обрывистый, левый - пологий с широкой поймой (до 1-2 км).

Справа в р. Обь впадают - реки Зырянка, Нижняя Ельцовка, Иня; ручьи Ключ-Камышинский, Плющиха, Каменка, 1 -я и 2-я Ельцовка.

Слева - единственный приток в пределах городской черты р. Тула.

Геоморфология

Выделяются следующие эрозионно-аккумулятивные типы рельефа:

1. Приобское плато.

2. Долина реки Обь.

3. Долины притоков реки Обь.

Приобское плато - занимает наибольшую площадь территории города и отмечается, в основном, в правобережной части. В левобережной - отдельные возвышенности (останцы) - район Башни и Левые Чемы.

Плато сложено лессовыми суглинками и супесями мощностью 35 - 40 м. Грунты просадочные до глубины 20 м. С поверхности часто перекрыты почвенно-растительным слоем или эолово-делювиальными отложениями.

Характерные формы рельефа:

блюдцеобразные понижения (просадочные западины).

Долина р. Обь.

Имеет 4 надпойменных террасы и пойму.

IV-я надпойменная терраса - высота над уровнем воды в р. Обь 30-40 м. Строение - русловой аллювий.

ЙЙЙ-я надпойменная терраса - высота над уровнем воды в р. Обь 25-30 м. Строение - русловой и пойменный аллювий.

II-я надпойменная терраса - высота над уровнем воды в р. Обь 12-16 м. Строение - пойменная фация, в основном крупнообломочная фракция.

Й-я надпойменная терраса - высота над уровнем воды в р. Обь 7-10 м. Строение - крупнообломочная фракция пойменного аллювия.

Пойма - высота над уровнем воды в р. Обь 2-5 м. Строение - пойменный аллювий.

Долины притоков р. Обь.

Долины притоков слаборазвиты, хотя и имеют значительную (до 30-80 м) врезку в рельеф. Ширина долин достигает 300-2000 м.

Долины притоков имеют практически одну пойму. Исключение составляет долина реки Иня, которая в пределах городской черты имеет три надпойменные террасы и пойму.

Геологическое строение

Для г. Новосибирска характерно двухярусное строение. Нижний ярус - представлен дислоцированными осадочными породами палеозойского фундамента (девон, Д), прорванными интрузией гранитоидов. Верхний ярус - сложен рыхлыми отложениями мезо-кайнозоя (палеоген, неоген, четвертичный).

Физико-геологические процессы и явления

1. Оврагообразование (овражная эрозия) - наиболее развиты.

2. Переработка берегов водохранилища.

3. Речная эрозия р. Обь и ее притоков.

4. Плоскостной смыв.

5. Просадочные явления.

6. Заболачивание.

7. Техногенные образования:

* свалки отходов;

* золотовалы;

* замыв и насыпь.

8. Подтопление территорий.

9. Суффозия.

Полезные ископаемые

* Строительный камень (гранитные карьеры)

* Глина (кирпичные заводы)

* Песок

* Торф

* Радоновые воды

Глава ЙЙ

Инженерно-геологические исследования проводятся для обоснования проектирования различных видов и этапов строительства, разведки и эксплуатации местных строительных материалов, а также других инженерных мероприятий.

Основные задачи инженерно-геологических исследований: изучение геологических, геоморфологических, гидрогеологических условий, а также инженерно-геологических процессов и явлений, свойств горных пород.

В зависимости от назначения инженерно-геологические исследования выполняют:

- до проектирования - выполняется основной объем работ для оценки территории строительства и обоснования проектных решений;

- в период строительства - уточнение инженерно-геологических условий (обследование котлованов, испытание свай и т.д.);

- в период эксплуатации зданий и сооружений - наблюдение за осадками, режимом подземных вод, устойчивостью - склонов и т.д.

Инженерно-геологические изыскания на любых стадиях выполняются в три этапа: подготовительный, полевой, камеральный.

В подготовительный период изучаются архивные, фондовые и литературные материалы, осуществляется подготовка к полевым работам, составляется программа производства работ.

В полевой период производятся инженерно-геологические работы. предусмотренные программой работ: инженерно-геологическая съемка (рекогносцировка), горнопроходческие и буровые работы, геофизические и опытно-полевые исследования, опытно-фильтрационные и лабораторные исследования, стационарные наблюдения, анализ местного строительства и т.д.

В камеральный период производят обработку полевых материалов, результатов лабораторных исследований с составлением инженерно-геологического отчета.

Инженерно - геологическая рекогносцировка - выполняется для оценки инженерно-геологических условий участка, уточнения видов и объемов работ, организации производства изысканий.

Проходка горных выработок - выполняется для изучения литологического разреза, гидрогеологических условий, отбора образцов грунта и проб воды, проведения опытно-фильтрационных работ и полевых исследований состояния и свойств грунтов.

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

Таблица 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
Способ бурения	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

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.

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

Примечание -- Применение других способов бурения допускается при соответствующем обосновании в программе изысканий.

Наиболее точный способ бурения - это колонковый, ударно-канатный забивной и вибрационный.

В процессе проходки горных выработок отбираются образцы и пробы грунта на лабораторные исследования.

Существуют следующие способы опробования :

-точечный;

-бороздовый;

-валовый (секционный).

При точечном опробовании образцы грунта отбирают с конкретной глубины.

Образцы бывают нарушенной и ненарушенной структуры (монолиты). Монолиты представляют собой образцы грунта естественной («природной») структуры, вырезанные из массива специальным инструментом.

Бороздовый способ опробования применяется при исследованиях на больших территориях.

При помощи бульдозера проходится борозда или канава, извлеченный при этом грунт тщательно перемешивается и “квартуется” до транспортабельного количества.

При секционном способе образцы грунта отбираются из заданного интервала при проходке горных выработок, после чего производится "квартование" до получения представительной пробы.

Для бурения инженерно-геологических скважин используются буровые установки УГБ-50М , ЛБУ - 50М , УРБ - 2,5 А, БУКС - ЛГТ, ПБУ-1 , АВБ - 2М , УКБ -15/25 и др.

Полевые исследования грунтов - выполняются для расчленения разреза, определения свойств грунтов в месте их залегания, оценки несущей способности свай. В зависимости от задач исследований , опытные работы подразделяются на группы :

1. Работы по исследованию деформационных характеристик : штамповые испытания, прессиометрические испытания (ЛПМ-14,15,19, Д-76), дилатометрические испытания (РД-100).

Загрузку штампов производят ступенчато, каждое значение выдерживают определённое время. Затем строятся графики зависимости осадки штампа от давления и осадки штампа по времени по ступеням нагрузки.

Осадку штампов измеряют прогибометрами. При проходке шурфа на отметке подошвы штампа и вне его отбираются образцы грунтов для параллельных лабораторных исследований.

Штампы используются для дисперсных грунтов.

Винтовой штамп завинчивается в грунт, в остальном принцип действия тот же. Передача нагрузки вертикально. Продолжительность испытания 2-10 сут

В итоге работы строят графики:

- зависимость осадки штампа от давления;

- осадки штампа во времени по ступеням нагрузки.

После этого по формуле вычисляют модуль деформации грунта Е, МПа.

Прессиометрические испытания

Метод прессиометрии применяется для определения деформативных свойств песчано-глинистых пород в буровых скважинах. Метод заключается в измерении осадки грунта, вскрытого в стене скважины, под действием давления. Для измерений используют прессиометр, работающий следующим образом.

В скважину на нужную глубину опускают на шлангах цилиндр с эластичными стенками, разделенные на три камеры давления. Верхняя и нижняя вспомогательные камеры давления соединены с бачком, а средняя рабочая камера с измерительным цилиндром. Бачок и измерительный цилиндр сообщаются между собой, кроме того, они соединены через редуктор с малогабаритным, газовым баллоном, заполненным углекислотой или сжатым воздухом. Давление газа через воду, заполняющую систему, передается на породу, вскрытую в стенках буровой скважины.

После того как зонд с камерой давления опущен в скважину на нужную глубину, в приборе при помощи редуктора задают нагрузку.

Замеры деформаций проводят через 2 минуты в течение примерно 20 минут до условной стабилизации осадки, затем задают следующую ступень нагрузки. По данным испытаний строят график. По зависимости расширения cтенок прессиометра от подаваемого давления строят зависимости для стенок скважин.

Прессиометры бывают механические (сер. ЛПМ) и гидравлические(Д-76). Гидравлический прибор Д-76 (диаметр 76мм) состоит из бочка, редуктора, манометра мерной колбы, зонда и резиновой оболочки. Резина с помощью гидравлики расширяется и давит на грунт, это давление замеряется. Глубина погружения 15-20 м до уровня подземных вод.

Продолжительность испытания 2-5 часов.

Лопастной прибор ЛПМ-15 состоит из наконечника, трубы с внутренними штоками и нагрузочного устройства. Используется для дисперсных грунтов. Продолжительность испытания 2-3 часов.

Дилатометрические испытания

Осуществляются при помощи дилатометра (РД-100). Этот прибор разработанный предприятием ОАО «Стройизыскания» является одним из наиболее прогрессивных инструментов на сегодняшний день. Он выгодно отличается от зарубежных аналогов простотой и относительной надёжностью. Дилатометр состоит из наконечника (клина), проводов, регистрирующего прибора.

Последовательность работы: наконечник погружается в грунт, ширина наконечника это и есть перемещение задаваемое грунту, на наконечнике расположен датчик давления, которое мы и замеряем.

Недостаток дилатометра в том, что он не используется в грунтах с включениями более 2 мм. Продолжительность испытания около 2-х часов.

Дилатометр можно быстро погрузить на любую глубину практически в любых грунтах. Модуль деформации грунта может быть определён через каждые 20 см.

2. Работы по исследованию прочностных характеристик: сдвиг целика и призмы в горных выработках, испытания крыльчаткой (вращательный срез), прессиометрические испытания (поступательный срез).

Оценка сопротивления грунта сдвигу в полевых условиях производится в скальных и нескальных грунтах.

Сопротивления грунта сдвигу определяется предельными значениями напряжений при которых начинается их разрушение.

В скальных грунтах опыты проводят в строительных котлованах, в которых оставляют целики в виде нарушенного грунта столбчатого вида. К целикам прикладывают горизонтальное сдвигающее усилие. Для правильного определения внутреннего трения и удельного сцепления опыт проводят на 3-х столбчатых целиках.

Определение сопротивления сдвигу в нескальных грунтах выполняют также при кручении крыльчатки.

Испытания крыльчаткой

Заглублённую крыльчатку поворачивают до тех пор пока не произойдёт разрушения грунта крыльями. По известному затраченному усилию определяются критические касательные напряжения и затем сопротивление сдвигу.

3. Работы по определению физических и классификационных характеристик грунтов (для крупнообломочных грунтов): определение плотности грунтов , определение гранулометрического состава грунтов.

4. Работы по расчленению инженерно-геологического разреза: динамическое и статическое зондирование.

Статическое зондирование

Установка статического зондирования грунтов УСЗ 15/36А (УСЗ 15/36Г)

Предназначена для зондирования грунтов по ГОСТ 19912-2001.

Гидравлическое оборудование расположено внутри утепленного кунга, установленного на автомашине ЗИЛ, КаМАЗ, Урал.

Максимальное усилие вдавливания до 80 кН без анкеровки.

Экипаж - 2 чел., производительность - до 10 точек в смену, комфортные условия работы в любую погоду.

Установка может быть оснащена любыми из перечисленных выше комплектов измерительной аппаратуры.

Зондирование

Используется для изучения толщ пород до глубины 15-20 м. Сущность метода заключается в определении сопротивления проникновению в грунт металлического наконечника (зонда). Зондирование дает представление о плотности и прочности грунтов на определенной глубине и характеризует изменение в вертикальном разрезе.

Этот метод используется при изучении песчаных, глинистых и органогенных грунтов, которые не содержат или мало содержат примесей щебня или гальки. По способу погружения наконечника различают зондирование динамическое и статическое.

При статическом зондировании конус в грунт задавливается плавно, а при динамическом его забивают молотом.

Статическое зондирование позволяет:

- расчленить толщу грунта на отдельные слои;

- определить глубину залегания скальных и крупнообломочных грунтов;

- установить приблизительно плотность песков, консистенцию глинистых грунтов, определить модуль деформации;

- оценить качество искусственно уплотненных грунтов в насыпях;

- измерить мощность органогенных грунтов на болотах.

График статического зондиривания представлен в приложении 1.

5. Работы по оценке несущей способности свай: статическое зондирование, испытание натурных свай , испытание эталонных свай, испытание инвентарной сваей (ИИС-127).

При строительстве объектов 1 класса полевые исследования грунтов приобретают особо важное значение.

В ряде случаев прибегают к опытным строительным работам, т.е. к испытаниям грунтов строительными конструкциями.

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.

Буровые установки:

1. АВБ-2М базируется на грузовом автомобиле и состоит из мачты, лебёдки, вибромолота, вибрационного стакана длинной 2 м.

Бурит скважины глубиной до 50 м, используется до уровня подземных вод, для рыхлых дисперсионных грунтов.

Последовательность работы: стакан забивается в грунт, затем поднимается заполненный грунтом, верхний слой грунта срезается ножом, описывается гранулометрический состав грунта и влажность, уровень залегания определяется с помощью линейки с отклонением 10 см из-за прессования грунта.

2. УГБ1ВС базируется на автомобилях ГАЗ, ЗИЛ, КАМАЗ, может использоваться для бурения шнековым или колонковым способами. Колонковый способ применяется для всех видов грунтов.

Шнековым способом бурятся грунты до 6 категории. Установка состоит из дизеля, телескопической мачты, системы вращения, лебёдки и шнека (двуперое долото, длиной 1.5, 1.8 м). Бурит скважины глубиной до 50м.

Последовательность работы: шнек погружается в грунт, затем поднимается заполненный грунтом, верхний слой грунта срезается ножом, описывается гранулометрический состав грунта и влажность.

ЛБУ-50 - буровая установка с подвижным вращателем отличается повышенными значениями момента силы на шпинделе, что достигается наличием до полнительного ( верхнего) редуктора,и грузоподъемностью механизма подачи. Установка монтируется на грузовых автомобилях отечественного производства ЗИЛ-131А, УРАЛ-4320, КамАЗ-43114. Привод всех агрегатов установки осуществляется от двигателя транспортной базы через коробку отбора мощности. Возможна установка дополнительной коробки отбора мощности для монтажа и подключения дополнительных вспомогательных агрегатов.

Буровая мачта установки служит одновременно направляющей рамой механизма подачи, по которой двумя гидроцилиндрами перемещается каретка подвижного вращателя. Нижняя часть мачты, при переводе в рабочее положение, располагается на незначительном расстоянии от поверхности земли. При этом домкраты, расположенные симметрично оси мачты в ее нижней части, в выдвинутом положении обеспечивают повышенную устойчивость конструкции при бурении и спуско-подъемных операциях. В рабочее и транспортное положение мачта переводится специальными гидроцилиндрами. В верхней части мачты смонтирован кронблок однострунной оснастки.

Подвижный вращатель представляет собой пятиступенчатый редуктор, приводимый от вертикального вала фигурного сечения. Благодаря шарнирному креплению на каретке, вращатель поворачивается в сторону от оси скважины при выполнении спускоподъемных операций, работ с забивными снарядами и обсадными трубами. В транспортном положении вращатель также отводится в сторону.

Для лабораторных исследований образцы грунта отбираются точным, валовым и секционным способами.

Для определения естественной влажности грунт нарушенного состава ложится в бюкс. Для исключения испарений крышка замазывается пластилином.

Для забора образцов для определения плотности, компрессионных и прочностных свойств используется грунтонос ГЗТ1 (гильза). Гильзой забирается грунт и выдавливается с помощью столбика, полученный монолит парафинируется.

Недостаток метода заключается в том, что при погружении гильзы в грунт у неё нарушается кромка. Гильза с нарушенной кромкой не может использоваться.

Секционный способ используется для определения гранулометрического состава. При этом методе весь грунт сбрасывается со шнека на дощечку, перемешивается, собирается в конус, который делится на 4 части, ? убирается, а ? загружается в мешочек. По этой части и определяется гран. состав.

Глава III. Лабораторные исследования

Грунты определяют устойчивость возводимых на них зданий и сооружений, поэтому необходимо правильно определять характеристики, которые обуславливают прочность и устойчивость грунтов при их взаимодействии со строительными объектами.

По каждой физико-механической характеристике грунтов выполняется несколько определений и проводится их статистический анализ. Количество определений зависит от характера грунтов, назначения сооружения и его конструктивных особенностей. В частности, как правило, для каждого инженерно-геологического элемента минимальное количество определений должно быть не менее шести и только в случаях продолжительных полевых испытаний значения механических характеристик устанавливается по данным трех испытаний.

Грунтоведческая лаборатория

Образцы грунтов для лабораторных исследований отбираются по слоям грунтов в шурфах в буровых скважинах, которые располагают на строительных площадках.

В лабораторию образцы грунтов доставляют в виде монолитов или рыхлых проб. Монолиты - это образцы грунтов с ненарушенной структурой. Такие монолиты отбираются в скальных и связных (пылевато-глинистых) грунтах. Размеры монолитов должны быть не меньше установленных норм.

Так, для определения сжимаемости грунта, пробы, отбираемые в шурфах, должны иметь размеры 20*20*20 см. В монолитах пылевато-глинистых грунтов при этом должна быть сохранена природная влажность. Это достигается созданием на их поверхности водонепроницаемой парафиновой или восковой оболочки. В рыхлых грунтах образцы отбираются в виде проб определенной массы. Так, для проведения гранулометрического анализа песка необходимо иметь пробу 0,5 кг.

В лабораторных условиях можно определить все физико-механические свойства грунтов.

Определение влажности грунта методом высушивания до постоянной массы

1. Влажность грунта следует определять как отношение массы воды, удаленной из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе высушенного грунта.

2. Подготовка к испытаниям

2.1. Пробу грунта для определения влажности отбирают массой 15--50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный стаканчик и плотно закрывают крышкой.

2.2. Пробы грунта для определения гигроскопической влажности грунта массой 10--20 г отбирают способом квартования из грунта в воздушно-сухом состоянии растертого, просеянного сквозь сито с сеткой № 1 и выдержанного открытым не менее 2 ч при данной температуре и влажности воздуха.

3. Проведение испытаний

3.1. Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают.

3.2. Стаканчик открывают и вместе с крышкой помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при температуре (105 2)С. Загипсованные грунты высушивают при температуре (80 2)С.

.3.3. Песчаные грунты высушивают в течение 3 ч, а остальные -- в течение 5 ч.

Последующие высушивания песчаных грунтов производят в течение 1 ч, остальных -- в течение 2 ч.

3.4. Загипсованные грунты высушивают в течение 8 ч. Последующие высушивания производят в течение 2 ч.

.3.5. После каждого высушивания грунт в стаканчике 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 0,02 г.

3.6. Если при повторном взвешивании грунта, содержащего органические вещества, наблюдается увеличение массы, то за результат взвешивания принимают наименьшую массу.

4. Обработка результатов

4.1. Влажность грунта w, %, вычисляют по формуле

(1)

где т -- масса пустого стаканчика с крышкой, г;

m1 -- масса влажного грунта. со стаканчиком и крышкой, г;

m0 -- масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.

Допускается выражать влажность грунта в долях единицы.

Определение границы текучести

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.

2. Подготовка к испытаниям

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.

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.

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.

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.

2.5. Добавлять сухой грунт в грунтовую пасту не допускается.

3. Проведение испытаний

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.

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.

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

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.

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.

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 границы раскатывания

1. Границу раскатывания (пластичности) следует определять как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой паста, раскатываемая в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на кусочки длиной 3--10 мм.

2. Подготовка к испытаниям

2.1. Подготовку грунта производят в соответствии с пп. 4.2.1-- 4.2.5 или используют часть грунта (40--50 г), подготовленного для определения текучести.

3. Проведение испытаний

3.1. Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают, берут небольшой кусочек и раскатывают ладонью на стеклянной или пластмассовой пластинке до образования жгута диаметром 3 мм.

Если при этой толщине жгут сохраняет связность и пластичность, его собирают в комок и вновь раскатывают до образования жгута диаметром 3 мм. Раскатывать следует, слегка нажимая на жгут, длина жгута не должна превышать ширины ладони.

Раскатывание продолжают до тех пор, пока жгут не начинает распадаться по поперечным трещинам на кусочки длиной 3--10 мм.

3.2. Кусочки распадающегося жгута собирают в стаканчики, накрываемые крышками.

Когда масса грунта в стаканчиках достигнет 10--15 г, определяют влажность в соответствии с требованиями пп. 2.3 и 2.4.

Определение плотности грунта методом режущего кольца

1. Плотность грунта определяется отношением массы образца грунта к его объему.

2. Подготовка к испытаниям

2.1. Согласно требованиям табл. 2 выбирают режущее кольцо-пробоотборник.

Таблица 2

	Размеры кольца-пробоотборника
Наименование и состояние грунтов	Толщина стенки, мм	Диаметр внутренний d, мм	Высота h	Угол заточки наружного режущего края
Немерзлые пылевато-глинистые грунты	1,52,0	50	0,8 d h 0,3 d	Не более 30
Немерзлые и сыпуче-мерзлые песчаные грунты	2,04,0	70	d h 0,3 d	То же
Мерзлые пылевато-глинистые грунты	3,04,0	80	h = d	45

рельеф новосибирск геологический грунт

2.2. Кольца-пробоотборники изготавливают из стали с антикоррозионным покрытием или из других материалов, не уступающих по твердости и коррозионной стойкости.

2.3. Кольца нумеруют, измеряют внутренний диаметр и высоту с погрешностью не более 0,1 мм и взвешивают. По результатам измерений вычисляют объем кольца с точностью до 0,1 см3.

2.4. Пластинки с гладкой поверхностью (из стекла, металла и т. д.) нумеруют и взвешивают.

3. Проведение испытаний

3.1. Кольцо-пробоотборник смазывают с внутренней стороны тонким слоем вазелина или консистентной смазки.

3.2. Верхнюю зачищенную плоскость образца грунта выравнивают, срезая излишки грунта ножом, устанавливают на ней режущий край кольца и винтовым прессом или вручную через насадку слегка вдавливают кольцо в грунт, фиксируя границу образца для испытаний. Затем грунт снаружи кольца обрезают на глубину 5--10 мм ниже режущего края кольца, формируя столбик диаметром на 1--2 мм больше наружного диаметра кольца. Периодически, по мере срезания грунта, легким нажимом пресса или насадки насаживают кольцо на столбик грунта, не допуская перекосов. После заполнения кольца грунт подрезают на 8--10 мм ниже режущего края кольца и отделяют его.

Грунт, выступающий за края кольца, срезают ножом, зачищают поверхность грунта вровень с краями кольца и закрывают торцы пластинками.

При пластичном или сыпучем грунте кольцо плавно, без перекосов вдавливают в него и удаляют грунт вокруг кольца. Затем зачищают поверхность грунта, накрывают кольцо пластинкой и подхватывают его снизу плоской лопаткой.

3.3. Кольцо с грунтом и пластинками взвешивают.

4. Обработка результатов

4 1. Плотность грунта , г/см3, вычисляют по формуле

(3)

где m1 -- масса грунта с кольцом и пластинками, г;

т0 -- масса кольца, г;

m2 -- масса пластинок, г;

V -- внутренний объем кольца, см3.

Метод одноосного сжатия

Сущность метода

Испытание грунта методом одноосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности: предела прочности на одноосное сжатие R для полускальных и водонасыщенных глинистых грунтов; сопротивления недренированному сдвигу си для водонасыщенных глинистых грунтов.

Предел прочности на одноосное сжатие определяют как отношение приложенной к образцу вертикальной нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади его первоначального поперечного сечения.

Примечание -- Предел прочности для образца водонасыщенного грунта, имеющего относительную вертикальную деформацию в момент разрушения > 0,1, определяют с учетом увеличения площади его поперечного сечения.

Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения.

Для полускальных грунтов влажность испытываемого образца должна соответствовать природной влажности, воздушно-сухому или водонасыщенному состоянию, для водонасыщенных глинистых грунтов -- природной влажности.

Для полускальных грунтов образец должен иметь форму цилиндра диаметром от 40 до 100 мм и отношение высоты к диаметру от 1:1 до 2:1 или форму прямоугольного параллелепипеда с торцевыми гранями размером от 40 40 до 100 100 мм и отношением высоты к размеру ребра торцевых граней от 1:1 до 2:1. Торцевые поверхности образца должны быть отшлифованы.

Для глинистых грунтов образец должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 38 мм и отношением высоты к диаметру 2:1.

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

Образец грунта изготавливают с учетом требований

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

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

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

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

Проведение испытания

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 0,010,05 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.

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

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

Предел прочности на одноосное сжатие R, МПа, полускального грунта и глинистого при 0,1 вычисляют с точностью 0,1 МПа по формуле

, (5.7)

где F -- нагрузка, при которой происходит разрушение, кН;

Ао -- начальная площадь поперечного сечения образца грунта, см.

Предел прочности глинистых грунтов при > 0,1 вычисляют по формуле (5.7), где вместо Ао принимают текущую площадь среднего поперечного сечения образца А, см2, вычисленную в соответствии с приложением В.

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

. (5.8)

Метод компрессионного сжатия

Сущность метода

1 Испытание мерзлого грунта методом компрессионного сжатия проводят для определения следующих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости пластично-мерзлых грунтов тf, коэффициента оттаивания Аth и сжимаемости при оттаивании m для песков и глинистых грунтов (кроме песков гравелистых и крупных), а также заторфованных, засоленных и сыпучемерзлых разностей указанных грунтов.

2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах), исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой в мерзлом или оттаянном состоянии.

Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимостей деформаций образца от нагрузки и их изменения во времени.

3 Нагрузку при испытаниях определяют из условия, что на первой ступени нагружения давление должно быть равно напряжению от собственного веса на глубине отбора образца, а на последней ступени -- расчетному сопротивлению грунта под подошвой фундамента R, задаваемому в программе испытаний.

Примечание -- При отсутствии данных значение R допускается принимать в соответствии с приложением Г.

4 Для испытаний используют образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения с природной влажностью и льдистостью.

Толщина прослоек льда в образце должна быть не более 2 мм, а льдистость ii 0,4.

Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 71 мм и отношение высоты к диаметру 1:3,5.

Оборудование и приборы

В состав установки для испытаний грунта методом компрессионного сжатия должны входить:

-- компрессионный прибор (одометр);

-- механизм для вертикального нагружения образца грунта;

-- устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта.

Подготовка к испытанию

Образец грунта изготавливают с учетом требований 4.1.4.

Для испытываемых грунтов дополнительно к физическим характеристикам, указанным в 4.3, должны быть определены следующие характеристики: тип криогенной текстуры, влажность за счет ледяных включений и льдистость.

Образец грунта в рабочем кольце помещают в направляющий цилиндр одометра и производят следующие операции:

-- на образец грунта ставят штамп и центрируют его;

-- закрепляют устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта симметрично относительно оси штампа;

-- одометр устанавливают на станину под пресс и центрируют;

-- выдерживают образец при температуре испытания;

-- записывают начальные показания приборов;

-- фиксируют температуру и время начала испытания.

Проведение испытания

К образцу плавно, не допуская ударов, прикладывают нагрузку первой ступени нагружения, создавая давление, отвечающее требованиям 6.4.1.3.

После стабилизации деформации (в соответствии с 6.4.4.3) увеличивают нагрузку на образец ступенями Каждую ступень нагружения следует прикладывать после условной стабилизации вертикальной деформации образца грунта на предшествующей ступени, принимаемой по 6.1.4.4.

При испытаниях для определения Аth и т после условной стабилизации деформации на первой ступени нагружения производят оттаивание образца грунта, повышая температуру воздуха в помещении для испытаний и фиксируют при этом деформации образца грунта также до достижения условной стабилизации деформации. Далее продолжают испытание грунта в оттаявшем состоянии. Приращение давления при этом на последующих ступенях принимают 0,05 МПа для глинистых грунтов и 0,075 МПа --На каждой ступени нагружения записывают показания приборов (устройств) для измерения вертикальной деформации образца грунта через интервалы времени, принимаемые по 6.1.4.3.

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

Обработка результатов

По результатам испытания для каждой ступени нагружения вычисляют:

-- абсолютную стабилизированную вертикальную деформацию образца грунта hi, мм, как среднее арифметическое показание приборов (устройств для измерения вертикальной деформации образца грунта);

-- относительную стабилизированную вертикальную деформацию образца грунта f и th по формулам:

-- при испытании для определения тf -- по формуле (5.10), в которую вместо значения подставляют значение f;

-- при испытании для определения Аth и m

(6.19)

где hi -- абсолютная стабилизированная деформация образца грунта после оттаивания, мм;

hg -- абсолютная стабилизированная деформация образца грунта на первой ступени нагружения (при давлении, равном напряжению от собственного веса грунта на глубине отбора образца, и до его оттаивания), мм;

h -- высота образца грунта после обжатия (до его оттаивания), мм.

По вычисленным значениям строят графики зависимости f = f(p) или th = f(p) (приложение Щ), где р -- давление в образце на каждой ступени нагружения, МПа.

Коэффициенты сжимаемости пластично-мерзлого грунта mf,i, МПа-1, определяют как величины, численно равные тангенсам углов наклона аi прямых, проведенных из начала координат через точки рi и f,i с точностью 0,001 МПа-1 по формуле

(6.20)

Примечание -- По значениям коэффициента сжимаемости mf,i, может быть вычислен модуль деформации Еi = /mf,i, где -- коэффициент, равный 0,8.

Коэффициенты оттаивания Аth и сжимаемости при оттаивании т мерзлого фунта определяют по прямой наилучшего приближения к экспериментальным точкам (приложение Щ), построенной графически или методом наименьших квадратов, как отрезок, отсекаемый этой прямой на оси th, и тангенс угла ее наклона к оси р.

Определение прочности пород на сжатие

Прочность пород при одноосном сжатии определяется как частное от деления значения максимальной разрушающей силы Rmax на начальную площадь поперечного сечения образца. Пластичность - способность грунта под воздействием внешних условий изменять форму без нарушения или разрыва сплошности и сохранять приданную ему форму после устранения действия внешней силы.

Пластичность грунта наблюдают в определенном интервале значений влажности, влажность, ограничивающий интервал проявления пластических свойств грунта. Называют пределами пластичности.

Под верхним пределом пластичности понимают влажность, при увеличении которой грунт теряет свои пластические свойства и переходит в текучее состояние (граница текучести). Нижний предел пластичности - граница раскатывания, характеризует минимальную влажность, при которой грунт теряет пластичность и деформируется с появлением в нем разрывов.

Пределы пластичности характеризуют влагоемкость при различных характерных состояниях, соответствующих переходу пород из пластичного состояния в твердое или текучее.

Разность между величинами влажности грунта при верхнем и нижнем пределах пластичности называется числом пластичности.

- предел прочности на одноосное сжатие RС, МПа.

Данные испытания проводятся, как правило, для образцов скальных грунтов. В опытах используются цилиндрицеские образцы диаметром или стороной сечения 40-45 мм. Нагружение ведется до полного разрушение образца. Получаемая при этом величина Rс=Fпр/А, где Fпр- предельная разрушающее усилие, А- площадь поперечного сечения образца, называется прочностью образца грунта на одноосное сжатие . Для различных скальных грунтов она изменяется в широких пределах.

Определение сжимаемости и сопротивления сдвигу песчано-глинистых пород

Сжимаемостью породы называют способность к уменьшению объема под воздействием нагрузки.

При сжатии образца породы вертикальной нагрузкой в условиях свободного бокового расширения при так называемом одноосном сжатии относительной деформацией л называют отношение величины абсолютного уменьшения высоты нагруженного образца Дh к его начальной высоте h.

Зависимость между напряжением у и величиной относительной деформации л при нагрузках, меньших предела пропорциональности, определяется выражением:

у= лЕ.

При сжатии образца вертикальной нагрузкой происходит увеличение его поперечного сечения d на абсолютную величину Дd. Отношение Дd/ d=l есть относительная деформация в поперечном направлении.

Отношение l/ л=м для данного материала является величиной постоянной и называется коэффициентом поперечной деформации - коэффициентом Пуассона.

Для определения угла внутреннего трения и сцепления используется АСП - Автоматический Сдвиговый Прибор.

Сдвигом называется процесс деформации и разрушения грунта вследствие скольжения одной его части относительно другой. Сдвиг по данной площадке вызывается касательными напряжениями к ней.

Сопротивлением сдвигу называется минимальная величина касательных напряжений, вызывающая сдвиг одной части грунта относительно другой. Сопротивление сдвигу зависит от величины вертикальной нагрузки у кГ/см2, приложенной к образцу. Для данного состояния грунта каждому значению этой вертикальной нагрузки соответствует свое значение сдвигающего усилия ф кГ/см2, отнесенного к единице поперечного сечения образца.

Сопротивление сдвигу можно рассматривать как состоящее из двух частей - независимой от давления, называемой сцеплением (Со), и зависящей от давления, называемой сопротивлением внутреннего трения (ц- угол внутреннего трения).

В лабораторных условиях сопротивление сдвигу при испытании грунтов определяется тремя основными методами: методом среза, методам трехосного сжатия и методом одноосного сжатия.

Гранулометрический состав

Ситовый анализ

Этот метод заключается в том, что 200 - 1000 грамм воздушно-сухого образца грунта растирают так, чтобы его частицы были разъединены, но не разрушены. Для этого грунт растирают в ступке пестиком с резиновым наконечником. Растертый грунт взвешивают и засыпают в верхнее сито набора, состоящего из сит с отверстиями 10; 5; 2,5; 1; 0,5 и 0,25 мм.

После более или менее продолжительного встряхивания набора частицы. Диаметр, которых меньше отверстий соответствующих сит, отсеиваются. Затем набор разбирается и фракции, оставшиеся на ситах, взвешиваются. Взвешивается также и та часть грунта, которая прошла в поддон через все сита. Сумма весов всех фракций должна равняться весу анализируемого образца, отклонение не должно превышать 1% веса образца. Вес оставшихся фракций на каждом сите в процентах вписывается в специальную таблицу:

Диаметр частиц	Больше10	От 10 до 5	От 5 до 2	От 2 до 1	От 1 до 0,5	Мельче 0,5
Количество в %

Удельный вес

Обычно удельный вес грунта определяют в лаборатории при помощи пикнометра. До опыта отдельно устанавливают вес пикнометра - высушенного и наполненного до мерной черты дистиллированной водой.

Высушенный при температуре 105?C грунт просеивают через сито 1мм и в количестве 5 - 10 г засыпают в сухой пикнометр. Пикнометр с грунтом взвешивают, затем доливают примерно до половины объема дистиллированной водой и ставят на 30 - 40 минут в водяную баню. В результате кипячения воздух из грунта удаляется. В остывший пикнометр доливают дистиллированную воду до мерной черты и еще раз взвешивают его.

Удельный вес рассчитывается по формуле:

г = ( В - А ) / ( В - А - Г + Б ),

где А - вес сухого пикнометра

Б - вес пикнометра с водой, налитой до мерной черты

В - вес пикнометра с грунтом

Г - вес пикнометра с грунтом и водой, долитой до мерной черты.

Если результаты двух определений расходятся больше, чем на 2 процента, анализ повторяют.

Ареометрический метод определения гранулометрического состава грунта основан на том, что с постепенным осаждением на дно более крупных частиц взмученного грунта изменяется удельный вес суспензии.

Употребляемый при этом методе прибор - ареометр представляет собой стеклянный сосуд обтекаемой формы; длина стержня ареометра 14 - 16 см, диаметр 0,6 см, длина луковицы 15 - 17, диаметр 3 см. На стержне ареометра с точностью до 0,001 нанесены деления, указывающие величину удельных весов; отсчеты же можно брать на глаз с точностью до 0,0001. Действие ареометра основано на законе Архимеда.

С момента взбалтывания до момента полного осаждения всех частиц всякая суспензия меняет удельный вес с максимального до минимального (удельный вес воды), поэтому опущенный в суспензию ареометр будет погружаться в нее постепенно, до момента осаждения на дно сосуда всех частиц.

Ареометр определяется содержание частиц диаметром менее 0,1 мм. Более крупные фракции определяются отдельно обычным методом. Фракции же менее 0,1 мм переносятся в цилиндр емкостью 1 л, диаметром 6 см, который до объема 100 см3 дополняется дистиллированной водой; полученную суспензию, тщательно взболтанную, оставляют на 20 сек в покое. После этого в суспензию опускают ареометр так, чтобы он не касался стенок цилиндра. Через 10 сек после опускания ареометра по нему берут первый отсчет, через 30 сек - второй и еще через 60 сек - третий. Отсчеты следует брать, не вынимая ареометра из воды.