Примеры решения задач на определение гранулометрического состава грунта

Задача1. При определении гранулометрического состава грунта ситовым методом для анализа взята навеска грунта в 500 г. При просеивании на ситах получено:

Согласно классификации СНиПа данный грунт является песком средней крупности, поскольку первым удовлетворяется признак того, что суммарное содержание фракций, больших 0.25 мм > 25% :

1%+3%+4%+9%+10%+17%=44%

Задача 2.

Грунт в природном залегании имеет следующий гранулометрический состав:

Указанный грунт разрабатывается в карьере с целью использования его в качестве песчаного фильтра при устройстве дренажа. Однако, для устройства песчаного фильтра частицы крупнее 10 мм отсеивались и удалялись из грунта.

Определить гранулометрический состав нового грунта после отсева частиц крупнее 10 мм.

Р е ш е н и е. В одном килограмме сухого грунта вес каждой фракции следующий:

Фракция > 10 мм 1000г * 0,12 = 120 г

10 - 4 мм 1000г * 0,04 = 40 г

и так для каждой последующей фракции.

Вес грунта после отсева составит 1000-120=880 г.

Процент содержания фракций без учета частиц крупнее 10 мм

Фракция 10 - 4 мм 880 --- 100 %

40 ---- Х % (40 *100) / 880 = 4.5%

4 - 2 мм (60 *100) / 880 = 6.8 %

и так для каждой следующей фракции.

Результат заносим в таблицу:

Построить суммарную кривую гранулометрического состава полученных грунтов

Таблица для построения графиков в Excel:

Суммарные кривые гранулометрического состава грунтов

Диаграмма-треугольник гранулометрического состава грунтов.

Диаграмма - треугольник позволяет изобразить в виде одной точки содержание трех групп фракций. Способ основан на том, что в равностороннем треугольнике сумма трех перпендикуляров, опущенных из любой точки внутри треугольника на его стороны, равна высоте. Длина высоты принимается за 100%, а длины перпендикуляров соответствуют процентному содержанию 3 фракций. Точка пересечения перпендикуляров является интегральной характеристикой гранулометрического состава. Для определения точки пересечения каждую из высот треугольника (или его стороны) делят на 100 частей и от каждой из вершин по той стороне, которой соответствует каждая из трех фракций, откладывают процентное содержание глинистой, пылеватой и песчаной фракции.

Разбив треугольник на части в соответствии с той или иной классификацией, по положению точки определяют наименование породы по этой классификации. Наиболее распространены классификации Охотина В.В(1930г.) и Горьковой И.М. (1970г).

Этот способ позволяет изображать содержание не отдельных фракций, а трех основных групп – песчаной, пылеватой и глинистой.

Размеры частиц фракций:

Глинистая < 0/002 мм

Пылеватая 0.002-0.05 мм

Песчаная > 0.05 мм

Разбив треугольник на части в соответствии с выбранной классификацией, можно по положению точки внутри треугольника определить наименование породы по этой классификации.

Рис 4.2 Классификация грунтов по Охотину.

Рис 4.3 Классификация грунтов по Горьковой.

Задача 3.

На рис. 4.4 изображены результаты анализа пяти образцов грунта со следующим содержанием основных фракций:

Рис. 4.4 Диаграмма-треугольник гранулометрического состава.

Самостоятельно:

По диаграмме-треугольнику определить принадлежность породы по данным следующих анализов:

5. Водные свойства пород

Грунтоведение изучает влияние воды на горные породы в отношении устойчивости, сохранения структуры и прочности, а также способность пород поглощать воду и пропускать ее через себя - т.е. - водные свойства горных пород.

1. Набухание

Под набуханием понимают увеличение объема породы под воздействием воды, что особенно характерно для глинистых пород. При набухании происходит увеличение пористости породы и ее влажности в связи с увеличением толщины гидратных оболочек на поверхности глинистых частиц. Максимальное набухание происходит в дистиллированной воде; по мере увеличения в воде концентрации солей набухание уменьшается.

Для характеристики набухания изучают:

1. давление набухания - давление, которое развивается в породе при ее насыщении водой или раствором;

2. влажность набухания - влажность насыщенной породы;

3. величину набухания - отношение приращения объема набухшей породы к ее первоначальному объему.

V_D = (V _наб - V₀/V₀) * 100%

2. Усадка.

Усадкой называется уменьшение объема породы при высыхании - процесс, противоположный набуханию. Усадка сопровождается образованием в породе трещин, что снижает прочность породы и уменьшает устойчивость пород на естественных склонах, откосах, бортов карьеров и т.д.

Характеристики усадки.

1. Объемная или линейная - уменьшение объема или блины образца породы относительно его первоначального объема или длины:

При этом DV и Dl прямо пропорционально зависят от начальной влажности.

3.Размокание и размягчаемость пород - процесс распада породы в воде вследствие полной потери связей между частицами.

У некоторых пород размокание вызывает резкое снижение прочности без признаков распада - происходит размягчение образца. Для каждой глинистой породы характерна некоторая критическая влажность. Образцы с влажностью ниже критической размокают, выше - нет. Исследования размокаемости ведут при изучении переработки берегов и изысканиях по трассам каналов.

4.Водопроницаемость.

Под водопроницаемостью пород понимают способность пород фильтровать воду по имеющимся в них трещинам, порам и другим пустотам. Фильтрация - течение воды в порах - происходит под влиянием следующих факторов:

1. силы тяжести (гравитационное движение воды);

2. разности напоров;

3. сжатия породы под влиянием внешнего давления и ряда других факторов.

В механике грунтов движение воды изучается, главным образом, при действии напоров, вызываемых в поровой воде внешней нагрузкой, которая выражается высотой столба воды, вызываемого давлением от внешней нагрузки:

, где Р- внешнее давление.

Введем понятие градиента напора (уклона потока) :

Гидравлический градиент равен отношению потери напора Н₂ – Н₁ к длине пути фильтрации L.

Рис. 5.1 Схема фильтрации воды в грунтах

Движение (фильтрацию) воды в грунте можно рассматривать, как параллельно-струйное ламинарное (очень медленное) течение в среде с переменной пористостью, которое обуславливает переменную водопроницаемость данной пористой среды.

Ламинарное движение воды происходит с тем большей скоростью, чем больше гидравлический градиент

Явление водопроницаемости характеризуется коэффициентом фильтрации, понятие которого ввел Дарси в 1885 году.

По экспериментальным данным (Жуковский, Пуазель, Дарси, Павловский), объем воды, протекающий через водопроницаемое тело, пропорционален площади поперечного сечения, времени и разности напоров (гидравлическому уклону).

Q = k ^. S ^. I ^. t

Объем, протекающий в единицу времени через единицу поперечного сечения, называется скоростью фильтрации.

, (*)

причем, истинная скорость фильтрации

n_эф. » 0,1 n (эффективную пористость определяют специальными методами).

Таким образом, можно определить, что k_ф - коэффициент фильтрации - численно равен скорости фильтрации при единичном градиенте напора потока.