 |
Лабораторная работа «Вычисление классификационных показателей горных пород»
|
|
|
|
2.2.1 Теоретическая часть
Гранулометрический состав грунтов. Под гранулометрическим составом понимают процентное содержание частиц различного размера, слагающих рыхлую породу. Группы частиц более или менее одинакового размера называются фракциями.
Результаты гранулометрического анализа для наглядности изображаются в виде суммарных кривых в полулогарифмическом масштабе. Кривая гранулометрического состава позволяет определить степень неоднородности по соотношению
cu=d60/d10,
где d60, d10 - эффективные диаметры частиц, меньше которых содержится в грунте (по массе) соответственно 60 или 10% частиц.
Коэффициент (степень) размягчаемости в воде (κsaf) - отношение временных сопротивлений одноосному сжатию в водонасыщенном(Rc) и в воздушно-сухом состояниях (Rs), определяется по формуле:
κsaf = Rc / Rs
Степень выветрелости скального грунта (κs) - отношение плотностей выветрелого и невыветрелого образцов одного и того же грунта κs = ρm / ρ
Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов - отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм до испытания на истираемость, κo; κ1 - то же, после испытания на истираемость.
ks = (k1 - ko) / k1
Пластичность грунтов – способность глинистых пород изменять свою форму (деформироваться) под действием внешних сил без разрыва сплошности и сохранять полученную при деформации новую форму после прекращения действия внешних сил. В инженерно-геологической практике пластичность глинистых пород характеризуется пределами пластичности.
Граница текучести (ωl) - влажность, при которой связный грунт переходит из пластичного состояния в текучее и наоборот.
Граница пластичности (раскатывания) (ωp) - влажность, при которой связный грунт переходит из твердого состояния в пластичное и наоборот.
|
|
|
Число пластичности - разность влажностей на границах текучести и пластичности Ip= ωl-ωp.
Консистенция грунтов. Из характеристики пределов пластичности следует, что состояние глинистых пород меняется в зависимости от степени увлаженения. Такое изменение состояния глин при увлажнении называется изменением их консистенции.
Под консистенцией понимается степень подвижности частиц грунта или сопротивляемость его внешним механическим воздействиям при различной влажности. Количественно консистенция характеризуется показателем консистенции Il, который определяется по формуле:
Il = (ωo - ωp) / Ip
Липкость – способность грунтов при определенном содержании воды прилипать к рабочим органам землеройных механизмов. Проявляется липкость при влажности выше нижнего предела пластичности.
Набухание и усадка. Глинистые породы при увлажнении увеличиваются в объеме – набухают, а при уменьшении влажности происходит уменьшение их объема – усадка. Количественно величина набухания выражается давлением набухания, влажностью набухания или увеличением объема образца породы. Усадка характеризуется уменьшением объема или длины высыхающего образца, влажностью на пределе усадки.
Размокание глинистых пород. Под размоканием понимается предельная степень набухания, когда порода распадается в воде на составные элементы, превращаясь в бесформенную массу, чаще всего в густую суспензию.
2.2.2 Задания для лабораторных работ
Задание 12
По приведенным в таблице 13 показателям физико-механических свойств вычислите классификационные характеристики грунта и дайте его наименование по СНиП II-15–74.
Таблица 13 - Исходные данные к заданию 12
| № варианта | Петрографический тип | Плотность невыветрелого грунта, г/см3 | Плотность выветрелого грунта, г/см3 | Временное сопротивление одноосному сжатию невыветрелого грунта | |
| в воздушно-сухом состоянии, МПа | в водонасыще нном состоянии, МПа | ||||
| Брекчия | 2,24 | 1,93 | 34,1 | 16,4 | |
| Гнейс | 2,73 | 2,51 | 111,6 | 90,4 | |
| Доломит | 2,36 | 1,75 | 20,1 | 7,2 | |
| Диабаз | 2,91 | 2,91 | 146,0 | 134,3 | |
| Конгломерат | 1,94 | 1,76 | 28,9 | 18,4 | |
| Гранит | 2,69 | 2,52 | 120,5 | 117,3 | |
| Песчаник | 2,40 | 1,84 | 18,7 | 6,8 | |
| Мрамор | 2,75 | 2,72 | 104,6 | 96,2 | |
| Алевролит | 1,62 | 1,36 | 21,4 | 11,7 | |
| Андезит | 2,40 | 2,12 | 42,8 | 34,1 | |
| Сиенит | 2,74 | 2,65 | 100,3 | 87,2 | |
| Аргиллит | 1,67 | 1,29 | 18,6 | 10,1 | |
| Габбро | 2,80 | 2,76 | 135,1 | 146,8 | |
| Кварцит | 2,81 | 2,78 | 160,7 | 158,7 | |
| Липарит | 2,35 | 1,74 | 41,8 | 25,6 | |
| Диатомит | 1,27 | 0,95 | 18,4 | 5,2 | |
| Известняк | 2,52 | 1,81 | 22,6 | 8,3 | |
| Пемза | 0,82 | 0,45 | 12,8 | 4,4 | |
| Филлит | 2,68 | 2,59 | 95,1 | 89,7 | |
| Перидотит | 2,88 | 2,79 | 142,5 | 128,6 | |
| Трахит | 2,44 | 1,82 | 60,7 | 46,5 |
|
|
|
Пример решения задачи для варианта № 0
Дано:
ρ = 2,24 г/см3;
ρm = 1,93 г/см3;
Rs = 34,1 МПа;
Rc = 16,4 МПа;
брекчия
Найти: κsaf, κs
Решение:
По происхождению брекчия – осадочная сцементированная горная порода. Анализируя показатели физико-механических свойств, отмечают, что прочность брекчии при сжатии в водонасыщенном состоянии равна 16,4 МПа, следовательно, по СНиП II-15–74 (приложение Д) грунт относится к скальным породам средней прочности.
Вычисляют коэффициент размягчаемости
κsaf = Rc / Rs = 164 / 341 = 0,48
и степень выветрелости
κs = ρm / ρ = 1,93/2,24 = 0,86
Используя все классификационные показатели, дают грунту наименование, используя приложение Д.
Вывод: грунт скальный, средней прочности, размягчаемый, осадочного происхождения.
Задание 13
По приведенным в таблице 14 результатам ситового анализа несвязного грунта до и после испытания на истираемость, постройте интегральную кривую зернового состава, определите степень неоднородности, коэффициент выветрелости и дайте наименование грунта по этим показателям.
Таблица 14 – Исходные данные к заданию 13
| № варианта | Зерновой состав частиц, % по массе | окатан-ность (остаток) | ||||||||
| более 200 мм | 200…100 | 100…60 | 60… 40 | 40… 20 | 20… 10 | 10…5 | 5…2 | менее 2 мм | ||
| ок (68) | ||||||||||
| н (76) | ||||||||||
| н (54) | ||||||||||
| ок (82) | ||||||||||
| н (88) | ||||||||||
| н (93) | ||||||||||
| ок (76) | ||||||||||
| н (51) | ||||||||||
| ок (64) | ||||||||||
| ок (82) | ||||||||||
| н (73) | ||||||||||
| н (66) | ||||||||||
| н (59) | ||||||||||
| ок (78) | ||||||||||
| н (82) | ||||||||||
| н (91) | ||||||||||
| ок (73) | ||||||||||
| н (49) | ||||||||||
| ок (67) | ||||||||||
| ок (84) | ||||||||||
| н (77) |
Пример решения задачи для варианта № 0
|
|
|
Для установления грунта по зерновому (гранулометрическому) составу последовательно определяют суммарное содержание частиц (%), начиная от наиболее крупных фракций, и сравнивают его с табличными значениями: крупнее 200 мм – 4%, или менее 50%, значит, грунт не валунный; крупнее 10 мм – (4+5+9+28)=46%, или менее 50%, значит грунт не галечниковый; крупнее 2 мм – (46+33+15)=94%, или более 50%, следовательно, грунт гравийный (с учетом преобладания окатанных частиц).
Для построения интегральной кривой зернового состава вычисляют суммарное содержание частиц (%), начиная от самых мелких фракций, и результаты сводят в таблицу 15.
Таблица 15 – Содержание частиц в грунте
| Диаметры частиц, d мм | <2 | <5 | <10 | <20 | <40 | <60 | <100 | <200 |
| Суммарное содержание частиц, А % |
По этим данным строят кривую (рисунок 11), откладывая по оси абсцисс диаметры частиц, а по оси ординат суммарное содержание частиц (%) менее данного диаметра. С целью сокращения горизонтального размера графика, особенно при наличии в грунте частиц, отличающихся по размеру на несколько порядков, по оси абцисс откладывают диаметры d10 и d60 находят графически, проводя горизонтальные прямые через точки на оси ординат, соответствующие 10 и 60% суммарного содержания частиц, до пересечения на ось абцисс.
|
|
|
Рисунок 11 – Интегральная кривая зернового состава
а – в обычном масштабе; б – в полулогарифмическом масштабе
По графику определяют:
d10» 3,3 мм;
d60 » 11,5 мм
Вычисляют степень неоднородности:
сu = d10 / d60 = 11,5 / 3,3 = 3,5
Коэффициент выветрелости определяют из выражения:
ks = (k1 - k0) / k1
где,
k0 – отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм до испытания на истираемость равно отношению процентного содержания этих частиц, то есть k0 = 6/94 = 0,06.
По условию задачи, после испытания на истираемость на сите 2 мм осталось 68% частиц, следовательно, менее 2 мм оказалось 32%. Таким образом, k1 = 32/68 = 0,47 и
ks = (0,47- 0,06) / 0,47 = 0,87
Используя все вычисленные выше классификационные показатели, дают грунту наименование по приложению Д.
Вывод: грунт крупнообломочный гравийный, неоднородный, сильновыветрелый.
Задание 14
Используя результаты лабораторных определений зернового состава и пределов пластичности связного грунта (таблица), дайте его наименование по СНИП II-15-74 и по зерновому составу. Какая разница в этих наименованиях?
Таблица 16 - Исходные данные к заданию 15
| № варианта | Зерновой состав частиц, % по массе | Влажность на границе текучести | Влажность на границе пластичности | ||
| 2…0,05 мм | 0,05…0,005 мм | менее 0,005 мм | |||
| 0,24 | 0,15 | ||||
| 0,19 | 0,13 | ||||
| 0,40 | 0,21 | ||||
| 0,13 | 0,08 | ||||
| 0,58 | 0,26 | ||||
| 0,37 | 0,22 | ||||
| 0,12 | 0,07 | ||||
| 0,42 | 0,19 | ||||
| 0,34 | 0,20 | ||||
| 0,25 | 0,19 | ||||
| 0,37 | 0,18 | ||||
| 0,31 | 0,11 | ||||
| 0,21 | 0,13 | ||||
| 0,48 | 0,27 | ||||
| 0,10 | 0,06 | ||||
| 0,47 | 0,34 | ||||
| 0,17 | 0,04 | ||||
| 0,11 | 0,09 | ||||
| 0,52 | 0,29 | ||||
| 0,44 | 0,28 | ||||
| 0,29 | 0,24 |
Пример решения задачи для варианта № 0
В лабораторных условиях определено содержание глинистых – 12%, пылеватых – 51% и песчаных частиц – 37%. По этим данным грунт называют суглинком легким пылеватым (приложение Д). Далее определяют число пластичности:
Ip= ωl-ωp = 0,24 – 0,15 = 0,09
По этому показателю грунт является суглинком (приложение Д). Наименование по зерновому составу не противоречит, а дополняет наименование по СНиПу.
Вывод: суглинок легкий пылеватый
|
|
|
Контрольные вопросы к разделу «Основы инженерной геологии»:
- Назовите три вида горных пород, изучаемых в практике инженерно-геологических исследований.
- Какие породы относятся к скальным, полускальным, рыхлым:
- Как определяется степень неоднородности грунта?
- Что такое фракция?
- Как определяется размягчаемость и выветрелость грунта?
- Что такое число пластичности?
- Что такое консистенция?
- Что такое просадочность? Какие горные породы относят к просадочным?
3 ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА. ПОСТРОЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ. ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ТЕРРИТОРИИ
|
|
|
