Что такое плотность грунтов

Исходные положения

Плотность однородных песчаных и глинистых грунтов (глин, суглинков, супесей, песков) с содержанием крупнообломочного материала до 1055 определяется согласно ГОСТ 5182-78 (методы режущих колец и парафинирования).

Плотность грунтов с содержанием крупнообломочного материала более 10 % и размером обломков до 20 см, сильнотрещиноватых, неоднородных по составу грунтов следует определять палевым методом на достаточно больших объемах грунта (порядка 20000 см3).

Оборудование.

Для определения плотности грунтов в полевых условиях применяется следующее оборудование: прибор-плотномер конструкции института фундаментпроект ПФ-2 (рис. 1), весы рычажные передвижные марки РП-100 Ш13 грузоподъемностью до 100 кг; контейнеры для транспортировки грунта к месту высушивания и грохочения (кюветы или любая тара); специальная лопатка (ложка) для отрытия лунки при определении плотности; зубило (рыхлитель); молоток; кисточка (щетка) щетинная.

Прибор для определения плотности (рис. 1) состоит из цилиндра, механизма, приводящего в движение поршень; воздухосборника, устройства для измерения объема жидкости, требуемой для замещения грунта; механизма крепления резиновой оболочки; шаблона; свайки (штыри).

Цилиндр I, вмещающий рабочую жидкость (в качестве которой летом используется вода, зимой - антифриз), имеет диаметр 309 мм (площадь поперечного сечения 750 см2), высоту 350 мм. В нижней торцовой части цилиндра имеется наружная выточка, куда закрепляется резиновая оболочка II, верхняя торцевая часть цилиндра закрывается крышкой.

Механизм, приводящий в движение поршень, состоит из ведущей гайки 5, помещенной между подшипниками в специальной втулке, жестко связанной с крышкой прибора, и винтового полого штока 3, жестко связанного с поршнем 2 стопорной гайкой. Один оборот ведущей гайки обеспечивает поступательное движение поршня (через винтовой шток) на 1 см. Вращение гайки осуществляется штурвалом 4, жестко связанным с ведущей гайкой.

Воздухосборник 6 резьбовым соединением через переходник связан с полым штоком и служит для сбора воздуха из внутренней полости цилиндра и выпуска его посредством отвинчивания на 2-3 оборота пробки 7 воздухосборника (воздух в цилиндр попадает в процессе заправки прибора жидкостью).

Устройство для измерения объема жидкости, замещающей грунт, взятый для опыта, состоит из нижнего лимба 8, по окружности которого нанесены 27 делений (цена каждого деления составляет 750 см3), и верхнего лимба-нониуса 9 с ценой деления 7,5 см3. Нониус жестко связан с ведущей гайкой 5, поворот которой на один оборот (зубчатым сектором через зубчатый венец и промежуточную шестеренку) обеспечивает поворот нижнего лимба на одно деление. Положение лимба после каждого оборота фиксируется специальным шариковым фиксатором.

Механизм крепления резиновой оболочки состоит из прижимного кольца 10, шпилек с гайками и бобышек, приваренных к крышке прибора. Надетая на цилиндр (в его нижней торцевой части) резиновая оболочка II вплотную прижимается к торцу цилиндра прижимным кольцом.

Рис. 1. Схема прибора ПФ-2 для определения плотности грунтов в полевых условиях,

а - положение прибора при взятии нулевого отсчета; б - выкапывание лунки; в - положение прибора при взятии конечного отсчета

Шаблон 12 служит для ограничения в плане размера лунки (зумпфа) при отборе грунта для опыта, а также является основанием прибора при определении объема грунта, взятого для опыта.

Свайки-штыри 13 предназначены для крепления шаблона к грунту с целью предотвращения смещения шаблона в процессе отрытия зумпфа и проведения испытания.

Проведение испытаний

На забое выработки (расчистки, шахты) выравнивается площадка размером 50 × 50 см, на которой устанавливается и крепится к грунту штырями шаблон 12. Шаблон должен плотно прилегать к грунту, особенно в пределах его внутренней окружности. В тех случаях, когда забивка штырей становится невозможной, крепление прибора следует осуществлять с помощью специального распорного устройства.

Прибор, подготовленный к проведению испытания (залитый жидкостью и заправленный резиновой оболочкой), устанавливается на шаблон и крепится к последнему стопорными винтами (см. рис. 1, а). При установке прибора на шаблон необходимо следить, чтобы резиновая оболочка была заправлена во внутрь цилиндра и исключалась возможность защемления ее между шаблоном и прижимным кольцом.

Вращением штурвала поршень в цилиндре перемещается вниз до тех пор,, пока на манометре 14 не будет зафиксировано давление 0,1 - 0,2 кг/см2.

На шкалах мерного лимба 8 и нониуса 9 берется отсчет vc. При этом резиновая оболочка под действием давления в жидкости плотно облегает все неровности поверхности грунта, ограниченного окружностью шаблона.

В воздухосборнике 6 при взятии отсчета на лимбе не должно быть воздуха; при наличии последнего он удаляется открытием пробки воздухосборника.

Поршень поднимается вверх, при этом жидкость в цилиндре поднимается в верхнюю его часть, увлекая за собой резиновую оболочку.

Прибор снимается с шаблона и устанавливается на подставку.

Грунт, ограниченный окружностью шаблона, выбирается лопаткой на глубину 25 - 30 см (см. рис. 1, б). Сцементированные крупнообломочные отдельности или мерзлые разности грунтов предварительно взрыхляют зубилом или отбойным молотком. При извлечении грунта из лунки следует соблюдать предосторожности с тем, чтобы не разрыхлить стенок лунки, избежать образования в них глубоких ниш и острых выступов обломков скальных пород. Острые углы и грани обломков в стенках лунки притупляют (сглаживают) легкими ударами молотка.

Весь грунт, извлеченный из лунки, собирается в кювет (тару) с крышкой и взвешивается. Вес грунта Ргр записывается в рабочий журнал (прил. 1, а).

. На шаблон вторично устанавливается прибор, создается давление и берется отсчет vкон, как описано в пп. 2.3.2 - 2.3.4. (см. рис. 1, в).

Поршень прибора поднимается вверх. Прибор снимается с шаблона и устанавливается на подставку. На этом определение плотности считается завершенным.

Обработка результатов

По полученным результатам полевых определений (vо, vкон и Ргр) вычисляется плотность грунта, кг/м3, по формуле:

где Ргр - вес грунта, извлеченного из лунки, кг; vо - "нулевой объем", соответствующий объему жидкости, заполняющей все неровности Поверхности грунта в пределах внутренней окружности шаблона, см3; vкон - объем внутренней полости лунки, соответствующий объему грунта, взятого для опыта.