Министерство образования и науки Хабаровского края

Краевое государственное бюджетное

Профессиональное образовательное учреждение

«ХАБАРОВСКИЙ АВТОДОРОЖНЫЙ ТЕХНИКУМ»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

К выполнению лабораторных работ по блоку

«Горные породы. Классификация по ГОСТ»

по дисциплине «Геология и грунтоведение»

специальности 08.02.05 «Строительство и эксплуатация автомобильных

дорог и аэродромов»

Выполнила:

Баранова Ю.В., преподаватель

КГБ ПОУ «Хабаровский

автодорожный техникум»

Хабаровск 2015

Оглавление

Введение…………………………………………………………………

3

1 Общие положения…………………….………………………………

4

2 Теоретические основы расчета………………………………………..

4

3 Определение гранулометрического состава и построение кривой

неоднородности…………………………………………………………

11

3.1 Определение гранулометрического состава, без промывки водой...

11

3.2 Определение коэффициента неоднородности гранулометрическо-

го состава грунтов…………………………………...................................

14

4 Требования к оформлению лабораторных работ……………………...

17

Заключение

18

Список использованной литературы……………………………….……

19

3

Введение

Актуальность настоящей методической разработки определяется воз-

растающей

в

последние

годы

необходимостью

производить

инженерно-

геологические изыскания при строительстве особо важных сооружений и

дальнейшем мониторинге состояния массива пород, на котором располагает-

ся сооружение. Весьма важным является изучение верхней части разреза для

поиска и добычи полезных ископаемых.

Цель: практическое владение базовыми систематизированными про-

фессиональными знаниями, умениями и навыками для активного применения

их в области «Геология и грунтоведение».

Задачи:

−

представить общие положения важности

гранулометрического со-

става грунтов;

−

провести теоретический анализ основ определения гранулометриче-

ского состава грунтов;

−

разобрать алгоритм

определения гранулометрического состава си-

товым методом, без промывки водой;

−

разобрать

алгоритм определения коэффициента неоднородности.

Теоретической основой разработки вступили выводы и рекоменда-

ции исследований проф. Ф.Р. Левинсона-Лессинга, А.П. Карпинского.

Материалы методической разработки используются студентами специ-

альности 08.02.05 «Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и

аэродромов» при выполнении заданий и расчетов лабораторных работ по

учебной дисциплине «Геология и грунтоведение».

4

Методическая разработка

1.

Общие положения

Актуальность. Гранулометрический состав грунтов является одним из

важнейших свойств, определяющих водно-воздушный, тепловой и питатель-

ный режимы.

2.

Теоретические основы расчета гранулометрического состава

грунтов:

Гранулометрическим

(зерновым)

составом

называется

весовое

со-

держание частиц различной крупности, выраженное в процентах по отноше-

нию к массе сухой пробы, взятой для анализа.

Выделяют шесть основных фракций (табл. 1).

Таблица 1

Фракции (частицы)

Размер частиц, мм

Валунные (глыбовые)

Галечниковые (щебенистые)

Гравийные (дресвяные)

Песчаные

Пылеватые

Глинистые

Более 200

10 – 200

2 – 10

От 2 до 0,05

0,05 до 0,005

Менее 0,005

Определение гранулометрического состава заключается в разделении

грунта на отдельные гранулометрические элементы. Методы определения

гранулометрического состава грунтов можно разделить на прямые и косвен-

ные.

К прямым относятся методы, основанные на непосредственном (мик-

рометрическом) измерении частиц в поле зрения оптических и электронных

микроскопов

или

с

помощью

других

электронных

и

электронно-

механических устройств. В практике прямые (микрометрические) методы не

получили широкого распространения.

5

К косвенным относятся методы, которые базируются на использовании

различных зависимостей между размерами частиц, скоростью осаждения их

в жидкой и воздушной средах и свойствами суспензии. Это группа методов,

основанных на использовании физических свойств суспензии (ареометриче-

ский, оптический и др.) или моделирующих природную седиментацию (пи-

петочный, отмучивания и др.).

В особую группу выделяют методы определения размеров частиц с по-

мощью ситовых наборов. Они занимают промежуточное положение между

прямыми и косвенными методами и широко используются в практике само-

стоятельно или в комбинации с другими методами.

Гранулометрический состав песчаных и глинистых грунтов при иссле-

дованиях для строительства в лабораториях следует определять методами,

предусмотренными табл. 2.

Ситовой метод – один из основных в практике исследований грунтов

для строительства. Метод используется для определения гранулометрическо-

го состава крупнообломочных и песчаных грунтов, а также крупнозернистой

части пылевато-глинистых грунтов.

Таблица 2

Грунты

Метод определения

Песчаные, при выделении зерен

песка крупностью:

от 10 до 0,5 мм

от 10 до 0,1 мм

Глинистые

Ситовой метод без промывки водой

Ситовой метод с промывкой водой

Ареометрический, пипеточный (приме-

няется только для специальных целей)

Сущность метода заключается в рассеве пробы грунта с помощью набора

сит. Для разделения грунта на фракции ситовым методом без промывки во-

дой применяют сита с отверстиями диаметром 10; 5; 2; 1; 0,5 мм; с промыв-

кой водой – сита с размером отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм. Ситовой

метод с промывкой водой обычно применяют для определения грануломет-

рического состава мелких и пылеватых песков.

6

Гранулометрический состав грунтов является определяющим фактором для

физико-механических свойств грунтов. От него зависят пластичность, пори-

стость, водопроницаемость, сжимаемость, сопротивление сдвигу грунтов и

др.

Гранулометрический состав служит для классификации грунтов.

Согласно действующему ГОСТу

25100-2011 по гранулометрическому соста-

ву классифицируются крупнообломочные и песчаные грунты (табл. 3).

Глинистые грунты подразделяются по числу пластичности (табл. 4). В строи-

тельной практике также используют упрощенную классификацию грунтов по

содержанию глинистых частиц (табл. 5).

Таблица 3

Грунты

Размер частиц

d, мм

Масса воздушно-сухого

грунта, %

Крупнообломочные

Валунный грунт (при преоб-

ладании неокатаных частиц –

глыбовый)

d > 200

> 50

Галечный грунт (при преоб-

ладании неокатаных частиц –

щебенистый)

d > 10

> 50

Гравийный грунт (при преоб-

ладании неокатаных частиц –

дресвяный)

d > 2

> 50

Песчаные

Песок гравелистый

d > 2

> 25

Песок крупный

d > 0,5

> 50

Песок средней крупности

d > 0,25

> 50

Песок мелкий

d > 0,1

≥ 75

7

Песок пылеватый

d > 0,1

< 75

Примечание. Для установления наименования грунта последовательно сум-

мируют проценты частиц исследуемого грунта: сначала крупнее 200 мм, за-

тем крупнее 10 мм, далее крупнее 2 мм и т.д. Наименование грунта принима-

ется по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения

наименования в таблице.

Таблица 4

Грунт

Число пластичности, J

p

Супесь

Суглинок

Глина

1 ≤ J

p

≤ 7

7 < J

p

≤ 17

J

p

> 17

Таблица 5

Грунт

Содержание глинистых частиц, %

Глина

Суглинок

Супесь

Песок

Более 30

30 – 10

10 – 3

Менее 3

Графическое изображение гранулометрического состава грунтов

Существует несколько способов для графического изображения грануломет-

рического состава, из которых чаще всего используется способ интегральной

кривой и диаграммы – треугольника.

Интегральная

кривая

–

это

график,

отражающий

суммарное

содержание

фракций мельче определенного диаметра (рис. 2). Для построения кривой по

оси абсцисс используют полулогарифмический масштаб, т.е. откладывают не

диаметры частиц, а их логарифмы. В начале координат ставят число 0,001, а

затем принимая lg10 = 1 равным 5 см, откладывают вправо четыре раза по 5

см, делая отметки, ставя против них последовательно числа 0,01; 0,1; 1; 10.

8

Расстояние между каждыми двумя метками делят на 9 частей пропорцио-

нально логарифмам чисел 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 (табл. 6).

Таблица 6

Число

Логарифм

Доля отрезка

(от 5 см)

2

3

4

5

6

7

8

9

0,301

0,477

0,602

0,699

0,778

0,845

0,903

0,988

1,5

2,4

3,0

3,5

3,9

4,2

4,5

4,9

По оси ординат отмечают суммарное содержание фракций в процентах в

нарастающем порядке от наименьшего диаметра к наибольшему.

Интегральная кривая гранулометрического состава дает возможность оце-

нить степень неоднородности гранулометрического состава C

u

где d

60

и d

10

– размер частиц, соответствующий ординатам 60 % и 10 % соот-

ветственно на интегральной кривой.

Согласно действующему ГОСТ

25100-2011 , если C

u

< 3 – грунт однородный,

если С

u

> 3 – неоднородный.

Диаграмма – треугольник Фере (рис. 3) позволяет изображать содержание

трех основных фракций — песчаной, пылеватой и глинистой. В треугольнике

Фере использовано свойство равностороннего треугольника – сумма перпен-

дикуляров, опущенных из какой-либо точки внутри треугольника на три сто-

роны, равна высоте треугольника.

9

Рис. 2. Интегральная кривая гранулометрического состава грунта

Если разделить стороны и высоту треугольника на 100 частей и откладывать

содержание в грунте глинистых, пылеватых и песчаных частиц (в процентах)

от разных сторон треугольника, то получим изображение гранулометриче-

ского состава грунта в виде точки. Этот способ позволяет наносить на один

чертеж очень большое число анализов.

На рис. 3 изображены результаты гранулометрического анализа трех

образцов грунта со следующим содержанием основных фракций в процентах.

Образец 1: содержание песка 20, пыли 40, глины 40; образец 2: содержание

песка 5, пыли 35, глины 60; образец 3: содержание песка 55, пыли 15, глины

30.

10

Рис. 3. Треугольник Фере

11

3.

Определение гранулометрического состава грунта и построение

кривой неоднородности

Цель: практически овладеть базовыми систематизированными профес-

сиональными знаниями, умениями и навыками при определении грануло-

метрического состава грунта и построение кривой неоднородности

Задачи:

1.

Определить гранулометрический состав грунта, без промывки водой;

2.

Определить коэффициент неоднородности гранулометрического состава

грунтов.

3.1.Определение гранулометрического состава грунта, без промыв-

ки водой

Оборудование. Набор стандартных сит 10; 5; 2; 1; 0,5 мм, весы с

разновесами, ступка, пестик с резиновым наконечником.

Подготовка

пробы.

Взвешивают

среднюю

пробу

воздушно-сухого

грунта, растирают в ступке пестиком с резиновым наконечником.

Ход работы. Приготовленный грунт просеивают ручным или механи-

ческим способом через набор сит. Полноту просеивания каждой фракции

проверяют просеиванием над листом бумаги. Определяют массу грунта в

граммах на каждом сите. Остатки на каждом сите взвешивают. Потерю грун-

та при просеивании разносят по фракциям пропорционально их массе ( част-

ные остатки ). Процентное содержание каждой фракции

определяют по формуле:

а

�

=

(

�

�

�

н

)

∗

100

где

m

i

- масса данной фракции, г

m

н

- масса первоначальной навески, г

Для определения наименования грунта по гранулометрическому соста-

ву подсчитывают полные остатки фракций в процентах, т.е. последовательно

суммируют процентное содержание (частные остатки) фракций грунта. По-

12

лученные результаты полных остатков (табл. 3) сравнивают с данными таб-

лицы 4. Определение наименования грунта производится по первому удовле-

творяющему показателю в порядке расположения фракций, т.е. сверху вниз.

Для построения суммарной кривой или кривой неоднородности под-

считывают количество частиц мельче данного размера( полные проходы) вы-

читанием из 100% полного остатка каждой фракции.

Таблица 3 Определение гранулометрического состава ситовым методом

Размер фракций, мм

Частные остатки

Полные остатки,

%

Полные проходы,

%

г

%

>10

10-5

5-2

2-1

1-0,5

0,5-0,25

0,25-0,1

<0,1

Всего

13

Таблица 4 Типы крупнообломочных и песчаных грунтов (ГОСТ 25100-2011)

Тип грунта

Содержание частиц, % от общей массы сухого

грунта

Крупнообломочные

Масса частиц крупнее 200 мм более 50 %

Валунный (при преобладании

неокатаных частиц - глыбовый)

Галечниковый (при преобладании

неокатаных частиц-щебенистых)

Масса частиц крупнее 10 мм более 50 %

Гравийный (при преобладании

неокатаных частиц-дресвяный)

Масса частиц крупнее 2 мм более 50 %

Песчаный

Масса частиц крупнее 2 мм более 25 %

Песок гравелистый

Песок крупный

Масса частиц крупнее 0,5 мм более 50 %

Песок средней крупности

Масса частиц крупнее 0,25 мм более 50 %

Песок мелкий

Масса частиц крупнее 0,1мм 75 % и более

Песок пылеватый

Масса частиц крупнее 0,1 мм менее 75 %

14

3.2.Определение коэффициента неоднородности гранулометрического

состава грунтов

Оборудование. Миллиметровая бумага, линейка, цветные карандаши.

Ход работы. Построить суммарную кривую, нанести на нее данные

определения гранулометрического состава из работы 3 (см. табл.3). По сум-

марной кривой определить d60 и d10, подсчитать коэффициент неоднородно-

сти K60/10 и заключением дополнить наименование грунта.

Таблица 5

Определение коэффициента неоднородности песка средней крупности

Показатели

Данные

Диаметр частиц, мельче которого в дан-

ном грунте содержится 60% (по массе)

d60, мм

Диаметр частиц, мельче которого в дан-

ном грунте содержится 10% (по массе)

d10, мм (действующий или эффектив-

ный диаметр)

Коэффициент неоднородности K60/10

16

17

4. Требования к оформлению лабораторной работы

Лабораторные работы выполняются согласно рабочей программы

Прежде чем приступать к выполнению работы, необходимо изучить тео-

ретический материал по теме «Горные породы. Классификация. ГОСТ 25100-

95».

Лабораторная работа должна отвечать следующим требованиям:

1) Объем в печатных страницах – 2-3 листа

2) Формат – А 4, печатается на одной стороне листа.

3) Шрифт – Times New Roman, кегль 14 (через полтора межстрочных ин-

тервала).

4) Нумерация страниц арабскими цифрами.

5) Поля: верхнее – 10 мм, нижнее – 10 мм, левое – 20 мм, правое – 10 мм

18

Заключение

В

методической

разработке

были

рассмотрены

теоретические и

практические аспекты определения гранулометрического состава грунта и по-

строения кривой неоднородности гранулометрического состава.

Данная разработка позволяет теоретические знания студентов перевести к

их практическому применению. Только применив свои знания в практической

деятельности, у студентов формируются общие и профессиональные компетен-

ции. В конечном результате мы получаем качественную характеристику умения

студента применять теоретические знания в практической работе.

Таким образом, методическая разработка помогает студентам освоить

методы определения гранулометрического состава, закрепить полученные зна-

ния и сформировать умения определять гранулометрический состав и строить

по полученным данным кривую неоднородности гранулометрического состава

грунтов.

19

Список использованной литературы и источников

1.

ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация.

2.

ГОСТ 30416-2012 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.

3.

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических

характеристик.

4.

ГОСТ 12536-2003 Грунты. Методы лабораторного определения грануло-

метрического (зернового) и микроагрегатного состава.

5.

Федеральный государственный образовательный стандарт среднего профес-

сионального образования по специальности 08.02.05 «Строительство и эксплуа-

тация автомобильных дорог и аэродромов»