Определение угла естественного откоса песчаного грунта. Определение угла естественного откоса песчаного грунта в сухом и влажном состоянии Значения углов естественного откоса
Общие положения
Углом естественного откос а называют угол, при котором неукрепленныйтоткос песчаного грунта сохраняет равновесие, или угол, под которым располагаются свободно насыпаемый песок и другие сыпучие материалы.
Угол естественного откос а определяют в воздушно-сухом состоянии и под водой с помощью диска, имеющего вертикальный тарировочный стержень
1. Для определения угла естественного откоса в воздушно-сухом состоянии диск устанавливают в стеклянную банку, на диск ставится кожух.
2. В кожух засыпается песок в естественно-сухом состоянии.
3. Кожух плавно снимается с диска, и излишек песка осыпается, а на диске остается конус из песка, вершина которого в месте соприкосновения со стержнем показывает значение угла откоса.
4. Для определения угла естественного откоса под водой диск устанавливают в стеклянную банку, а на диск ставится кожух.
5. В кожух засыпается песок в естественно-сухом состоянии.
6. Банка заполняется водой до верха кожуха.
7. Песок, осевший в кожухе, засыпается доверху.
Угол естественного откоса - это наибольший угол, который может быть образован откосом свободно насыпанного грунта в состоянии равновесия с горизонтальной плоскостью.
Угол естественного откоса зависит от гранулометрического состава и формы
частиц. С уменьшением размера зерен угол естественного откоса становится
положе.
В воздушно-сухом состоянии угол естественного откоса песчаного грунта
равен 30-40°, под водой - 24-33°. Для грунтов, не обладающих сцеплением
(сыпучих), угол естественного откоса не превышает угла внутреннего трения
Для определения угла естественного откоса песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии используют прибор УВТ (рис. 9.11, 9.12 ), под водой - ВИА (рис. 9.13 ).
Согласно рис. 9.12 при наклоне ящика песок осыпается и, разрыхляясь, образует откос с углом, который можно определить транспортиром или по формуле
Понятие об угле естественного откоса относится только к сухим сыпучим грунтам, а для связных глинистых оно теряет всякий смысл, так как у последних он зависит от влажности, высоты откоса и величины пригрузки на откос и может изменяться от 0 до 90°.
Рис. 9.11. Прибор УВТ-2: 1 - шкала; 2 - резервуар; 3 - мерительный столик; 4 - обойма; 5 - опора; 6 - образец песка
Рис. 9.12. Определение угла естественного откоса вращением емкости (а) и медленным снятием пластинки (б): А - ось вращения емкости
Рис. 9.13. Прибор ВИА: 1 - ящик ВИА; 2 - образец песка; 3 - емкость с водой; 4 - транспортир; 5 - ось вращения; 6- пьезометр; 7- штатив
При разработке и усадке разрыхленного грунта выемки и насыпи образуют естественные откосы различной крутизны. Наибольшую крутизну плоских откосов земляных сооружений, траншей и котлованов, устраиваемых без креплений, следует принимать согласно табл. 9.2. При обеспечении естественной крутизны откосов обеспечивается устойчивость земляных насыпей и выемок.
Таблица 9.2. Наибольшая крутизна откосов траншей и котлованов, град.
| Грунты | Крутизна откосов при глубине выемки, м (отношение высоты к заложению) | ||
| 1,5 | 3,0 | 5,0 | |
| Насыпные неуплотненные | 56(1:0,67) | 45(1:1) | 38(1:1,25) |
| Песчаные и гравийные влажные | 63(1:0,5) | 45(1:1) | 45(1:1) |
| Глинистые: | |||
| супесь | 76(1:0,25) | 56(1:0,67) | 50(1:0,85) |
| суглинок | 90(1:0) | 63(1:0,5) | 53 (1:0,75) |
| глина | 90(1:0) | 76(1:0,25) | 63(1:0,5) |
| Лессы и лессовидные сухие | 90(1:0) | 63(1:0,5) | 63(1:0,6) |
| Моренные: | |||
| песчаные, супесчаные | 76(1:0,25) | 60(1:0,57) | 53 (1:0,75) |
| суглинистые | 78(1:0,2) | 63(1:0,5) | 57(1:0,65) |
Откосы насыпей постоянных сооружений выполняют более пологими, чем откосы выемок.
Цель работы :
Определить угол естественного откоса испытуемого грунта в лабораторных условиях в сухом состоянии и под водой.
Сущность метода:
Угол естественного откоса песков - это предельный угол свободного отсыпания песка, при котором грунтовая масса находится в устойчивом состоянии. Этот показатель определяется как в сухом состоянии, так и под водой.
Угол естественного откоса испытуемого грунта определяется в лабораторных условиях прибором для определения угла естественного откоса, входящим в состав полевой лаборатории Литвинова ПЛЛ-9.
Угол естественного откоса песка в сухом состоянии равен углу внутреннего трения этого песка
Оборудование:
Прибор для определения угла естественного откоса;
Воронка;
Нож с прямым лезвием;
Мерный сосуд.
Рис.5. Прибор для определения угла естественного откоса песков
1- выдвижная створка;
2- малое отделение.
Определение угла естественного откоса песков в сухом состоянии
Порядок работы:
3. Песок разровнять ножом.
4. После этого постепенно поднимают выдвижную створку, следя, чтобы не было толчков; при этом прибор придерживают рукой.
5. Песок частично пересыпается в другое отделение, пока не наступает положение устойчивого равновесия; угол между плоскостью свободного откоса и горизонтальной плоскостью и есть угол естественного откоса.
6. По делениям на днище и боковой стенке отсчитывают высоту и заложение откоса и вычисляют тангенс угла естественного откоса. Отсчеты ведут с точностью 1 мм.
7. Испытания проводят два раза.
8. Числовое значение тангенса угла естественного откоса определяется как среднее арифметическое из результатов двух замеров.
9. Результаты определений заносят в таблицу 5.
Определение угла естественного откоса песков в подводном состоянии
Порядок работы:
1. Прибор ставят на стол или иную горизонтальную поверхность. Выдвижная створка при этом опущена до дна.
2. В малое отделение прибора насыпают песок небольшими порциями через воронку вровень с краями.
3. Песок разровнять ножом.
4. После того, как в малое отделение прибора насыпан испытываемый грунт, в большое отделение наливают доверху воду.
5. После этого выдвижную створку поднимают на несколько миллиметров, чтобы вода могла проникнуть в малое отделение.
6. Когда грунт пропитается водой, постепенно поднимают выдвижную створку, следя, чтобы не было толчков; при этом прибор придерживают рукой.
7. Песок частично пересыпается в другое отделение, пока не наступает положение устойчивого равновесия; угол между плоскостью свободного откоса и горизонтальной плоскостью и есть угол естественного откоса.
8. По делениям на днище и боковой стенке отсчитывают высоту и заложение откоса и вычисляют тангенс угла естественного откоса. Отсчеты ведут с точностью 1 мм.
9. Испытания проводят два раза.
10. Числовое значение тангенса угла естественного откоса определяется как среднее арифметическое из результатов двух замеров.
11. Результаты определений заносят в таблицу 5.
Таблица 5 Результаты определений угла естественного откоса.
Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта
Цель работы:
Определить коэффициент фильтрации испытуемого песчаного грунта в лабораторных условиях.
Сущность метода:
Коэффициент фильтрации К ф - это численная характеристика водопроницаемости (способности грунта фильтровать воду). Он представляет собой скорость фильтрации и выражается обычно в см/с или в м/сут.
Коэффициент фильтрации определяется на грунтах нарушенного сложения при оптимальной влажности и максимальной стандартной плотности, значения которых предварительно определяются в лабораторной работе №4.
Коэффициент фильтрациииспользуется при подсчете запасов подземных вод, определении притока воды в строительные котлованы и горные выработки, при расчете утечек воды из водохранилищ, проектировании дренажных сооружений и фильтров, а так же в ряде других расчетов.
В настоящей лабораторной работе установлен порядок определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов и строительных песков, применяемых в строительстве.
Оборудование:
Прибор Союздорнии ПКФ-СД;
Весы с точностью 0.01 г.;
Чашки металлические емкостью не менее 5 л;
Цилиндры мерные с носиком емкостью 100 и 500 мл;
Лопаточка - мастерок;
Линейка металлическая длиной 30 см;
Секундомер;
Термометр;
Резиновая груша.
Рис 6. Общий вид прибора ПКФ-СДдля определения коэффициента фильтрации.
1- рабочий цилиндр; 2- пьезометр; 3- перфорированное дно;
10- наковальня; 11-ударник; 12-рукоятка.
Прибор состоит из следующих основных частей: фильтрационной трубки в сборе, загрузочной воронки, подставки, трамбующего устройства, стакана, и ванны.
Фильтрационная трубка в сборе включает рабочий цилиндр 1, на котором размещен пьезометр 2. Снизу к цилиндру навинчено перфорированное дно 3 с сеткой 4. После уплотнения грунта фильтрационная трубка устанавливается на подставку 6. Трамбующее устройство состоит из направляющего стержня 9, наковальни 10, ударника 11 массой 500 гр и рукоятки 12.
Для проведения опыта по определению коэффициента фильтрации К ф при гидравлическом градиенте i=1, фильтрационная трубка с подставкой помещается в стакан 7. При гидравлическом градиенте i=2 , фильтрационная трубка с подставкой помещается непосредственно в ванну 8.
Порядок работы:
Формирование образца
1. Засыпать в рабочий цилиндр первую навеску, вставить в него трамбовку (масса груза 0,5кг, высота падения груза 0,3м), провести 40 ударов по уплотняемому грунту.
2. Замерить с помощью линейки с точностью до 1мм в трех точках расстояние от поверхности уплотненного грунта до верха цилиндра. Результаты замеров записать в таблицу 6.2 и определить среднее значение.
3. Взрыхлить поверхность уплотненного слоя ножом на глубину 1-2мм. Засыпать в рабочий цилиндр вторую навеску, повторить уплотнение образца и замерить расстояние от поверхности уплотненного грунта до верха цилиндра. Результаты замеров записать в таблицу 6.2 и определить среднее значение.
4. Засыпать в рабочий цилиндр третью навеску, повторить операции по уплотнению, проведению замеров. Записать результаты в таблицу 6.2 и определить среднее значение.
5. После завершения операций уплотнения грунта рабочий цилиндр с грунтом взвесить с точностью до 1гр. Результаты взвешивания занести в таблицу 6.2.
6. На поверхность уплотненного грунта в рабочем цилиндре засыпать гравий с размером частиц 2-5мм таким образом, чтобы толщина слоя гравия составила 5-10мм.
Насыщение образца водой.
1. Фильтрационную трубку с уплотненным грунтом поместить во входящий в комплект прибора металлический стакан 7, высота которого соответствует верхнему уровню грунта в рабочем цилиндре. Заполнить этот стакан водой на 2/3 высоты и выдержать перед проведением следующей операции в течении 15 минут.
2. Перенести стакан с помещенной в него фильтрационной трубкой в резервуар с водой емкостью 8-10 литров и довести уровень воды в этом резервуаре до высоты на 10-15 мм выше верхней кромки стакана.
3. Выдержать стакан в резервуаре с водой до появления зеркала воды над слоем гравия и зафиксировать время насыщения грунта водой в таблицу 6.2.
Проведение испытаний.
1. Осторожно долить воду во внутреннюю полость фильтрационной трубки на 1/3 её высоты и перенести прибор вместе с металлическим стаканом в ванну для проведения замеров длительности фильтрации, расположив ее таким образом, чтобы нулевая отметка водомерной трубки располагалась на уровне глаз.
2. Долить во внутреннюю полость фильтрационной трубки воду до уровня, превышающего не менее, чем на 0,5см нулевую отметку водомерной трубки (каждое деление на водомерной трубке соответствует 0,5см).
3. Проверить уровень воды в металлическом стакане и, в случае необходимости, заполнить его водой до верху.
4. Установить в металлический стакан термометр для измерения температуры воды в процессе испытания.
5. Провести первый замер длительности фильтрации по секундомеру, включить последний в момент, когда уровень воды в водомерной трубке достигнет нулевого деления, и выключить, когда он установится на отметке 5см, и зарегистрировать при этом температуру воды. Уровень воды в фильтрационной трубке в процессе испытания не должен отпускаться ниже поверхности слоя гравия.
6. В случае, если длительность фильтрации превышает 2 минуты, второй замер провести при падении уровня воды до отметки 2см. В противном случае все последующие замеры проводить при падении уровня до отметки 5см, во всех случаях регистрируя потерю воды. Уровень воды в фильтрационной трубке в процессе испытания не должен отпускаться ниже поверхности слоя гравия.
7. В случае, если длительность фильтрации по предыдущему пункту превышает две минуты, все последующие замеры проводить при падении уровня воды до отметки 1см. В противном случае все последующие замеры проводить при падении уровня до отметки 2см, во всех случаях регистрируя температуру воды. Уровень воды в фильтрационной трубке в процессе испытаний не должен отпускаться ниже поверхности слоя гравия.
8. В случае, если длительность фильтрации по предыдущему пункту превышает 10 минут, градиент напора при проведении испытания необходимо принять равным 2. Для этого фильтрационную трубку вместе с подставкой необходимо извлечь из металлического стакана и установить ее в ванну без стакана.
9. Результаты каждого измерения и регистрируемую в его процессе температуру воды занести в таблицу 6.2.
Обработка результатов:
где K 10 - коэффициент фильтрации, м/сут;
I - высота фильтрующего слоя песка, определяемая, как разность между общей высотой фильтрационной трубки Н о и расстоянием от верхнего торца трубки до поверхности грунта h 3 , см.
t m – средняя продолжительность фильтрации, сек;
Т ср – температура воды, ˚С;
Значение функции падения уровня воды, определяемое по таблице 6.1;
S – падение уровня воды в водомерной трубке, см;
h o – высота первоначального напора воды в приборе от его дна до нулевого деления водомерной трубки, равная 10 для градиента напора 1 или 20 для градиента напора 2.
2. Занести полученные значения в таблицу 6.2 с округлением результатов до 0,1м/сут, если величина коэффициента фильтрации составляет менее 5м/сут, и округлением результатов до целых чисел, если коэффициент фильтрации более 5м/сут.
3. После проведения расчетов сравнить полученные результаты с усредненными значениями коэффициента фильтрации различных типов грунтов:
Галечник чистый ……………………………более 100 м/сут;
Галечник с песчаным заполнителем..………100-200 м/сут;
Пески чистые разной крупности ……………50-2 м/сут;
Пески глинистые, супеси…………….………2-0,1 м/сут;
Суглинки …………………………...…………менее 0,1 м/сут;
Глины ……………………………...…………..менее 0,01 м/сут.
Таблица 6.1. Зависимость величины падения уровня воды от первоначального напора.
| S/h 0 | φ(S/h 0) | S/h 0 | φ(S/h 0) | S/h 0 | φ(S/h 0) | S/h 0 | φ(S/h 0) |
| 0,01 | 0,010 | 0,26 | 0,301 | 0,51 | 0,713 | 0,76 | 1,427 |
| 0,02 | 0,020 | 0,27 | 0,315 | 0,52 | 0,734 | 0,77 | 1,470 |
| 0,03 | 0,030 | 0,28 | 0,329 | 0,53 | 0,755 | 0,78 | 1,514 |
| 0,04 | 0,040 | 0,29 | 0,346 | 0,54 | 0,777 | 0,79 | 1,561 |
| 0,05 | 0,051 | 0,3 | 0,357 | 0,55 | 0,799 | 0,8 | 1,609 |
| 0,06 | 0,062 | 0,31 | 0,371 | 0,56 | 0,821 | 0,81 | 1,661 |
| 0,07 | 0,073 | 0,32 | 0,385 | 0,57 | 0,844 | 0,82 | 1,715 |
| 0,08 | 0,083 | 0,33 | 0,400 | 0,58 | 0,863 | 0,83 | 1,771 |
| 0,09 | 0,094 | 0,34 | 0,416 | 0,59 | 0,892 | 0,84 | 1,838 |
| 0,1 | 0,105 | 0,35 | 0,431 | 0,6 | 0,916 | 0,85 | 1,897 |
| 0,11 | 0,117 | 0,36 | 0,446 | 0,61 | 0,941 | 0,86 | 1,966 |
| 0,12 | 0,128 | 0,37 | 0,462 | 0,62 | 0,957 | 0,87 | 2,040 |
| 0,13 | 0,139 | 0,38 | 0,478 | 0,63 | 0,994 | 0,88 | 2,120 |
| 0,14 | 0,151 | 0,39 | 0,494 | 0,64 | 1,022 | 0,89 | 2,207 |
| 0,15 | 0,163 | 0,4 | 0,510 | 0,65 | 1,050 | 0,9 | 2,303 |
| 0,16 | 0,174 | 0,41 | 0,527 | 0,66 | 1,079 | 0,91 | 2,408 |
| 0,17 | 0,186 | 0,42 | 0,545 | 0,67 | 1,109 | 0,92 | 2,526 |
| 0,18 | 0,196 | 0,43 | 0,562 | 0,68 | 1,139 | 0,93 | 2,659 |
| 0,19 | 0,210 | 0,44 | 0,580 | 0,69 | 1,172 | 0,94 | 2,813 |
| 0,2 | 0,223 | 0,45 | 0,593 | 0,7 | 1,204 | 0,95 | 2,996 |
| 0,21 | 0,236 | 0,46 | 0,616 | 0,71 | 1,238 | 0,96 | 3,219 |
| 0,22 | 0,248 | 0,47 | 0,635 | 0,72 | 1,273 | 0,97 | 3,507 |
| 0,23 | 0,261 | 0,48 | 0,654 | 0,73 | 1,309 | 0,98 | 3,912 |
| 0,24 | 0,274 | 0,49 | 0,673 | 0,74 | 1,347 | 0,99 | 4,605 |
| 0,25 | 0,288 | 0,5 | 0,693 | 0,75 | 1,386 | - | - |
Таблица 6.2. Результаты определения коэффициента фильтрации.
| оп. | Влажность грунта, W, % | Масса, гр. | Высота фильтрационной трубки, см. | Плотность грунта, г/см 3 | Время фильтрации, сек. | Падение уровня воды в трубке, см. | Температура воды, ˚С | Градиент напора | Коэффициент фильтрации, м/сут. | ||||||
| Цилиндра | цилиндра с грунтом | грунта | Начальная, h 0 . | Над уплотненным образцом грунта, h 3. | Влажного | Сухого | Отдельного замера | Среднее значение | Отдельного замера | Среднее значение | |||||
Измерение длительности фильтрации при выбранных уровнях падения воды и градиенте напора следует провести не менее 2 раз, рассчитав после этого среднее значение.
Лабораторная работа №7
Лабораторная работа №1
Определение гранулометрического состава песка и степени его однородности
Цель работы: определение свойств грунта (песка) по его гранулометрическому составу. Зная его состав и содержание в нем определения фракций, можно судить о его свойствах и применении в практике строительства (растворы, песчаные подушки, фундаменты и т.п.).
Задачи работы : получить навыки определения процентного содержания каждой фракции, квартования, определения однородности и неоднородности грунтов по графику.
Обеспечивающие средства: сита, электронные весы, навеска воздушно-сухого песка.
| Наименование определений | Размер фракции | Сумма весов фракций | Потеря | |||||
| > 2,0 | 1,0 | 0,5 | 0,25 | 0,1 | < 0,1 | |||
| Вес фракции, г (1 отвес) | ||||||||
| Вес фракции, г (2 отвес) | ||||||||
| Вес фракции, г (3 отвес) | ||||||||
| Вес фракции, г (среднее значение) | ||||||||
| % от общего количества | ||||||||
| Сумма % менее данного диаметра |
U = d60/d10 = 0,35/0,14 = 2,5 ≤ 3
Заключение (вывод): Так как U< 3 – песок по составу однородный. Согласно ГОСТ песок средней крупности, так как содержание фракций крупнее d 0,25 больше 50 %.
Исполнители:Сельков Д.М., Старченко В.П., Яковлева Н.В.
Лабораторная работа №2
Определение угла естественного откоса песчаного грунта в сухом и влажном состоянии
Цель работы: исследовать зависимость изменения величины угла естественного откоса песка от его влажности.
Задачи работы : получить навыки работы с прибором Литвинова, научиться правильному взятию отсчетов и определению угла естественного откоса в градусах.
Обеспечивающие средства: прибор системы Литвинова, совок, сосуд с водой, песчаный грунт.
Таблица определения угла естественного откоса
Заключение (вывод):
Угол естественного откоса, угол внутреннего трения (в механике грунтов)- угол, образованный свободной поверхностью рыхлой горной массы или иного сыпучего вещества с горизонтальной плоскостью. Иногда может быть использован термин «угол внешнего трения».
Частицы вещества, находящиеся на свободной поверхности насыпи, испытывают состояние предельного (критического) равновесия. Угол естественного откоса связан с коэффициентом трения и зависит от шероховатости зёрен, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от удельного веса материала.
Угол естественного откоса грунта является параметром прочности почв, и он используется для описания сопротивления трения при сдвиге почвы вместе с нормальным эффективным напряжением.
По углам естественного откоса определяются максимально допустимые углы откосов уступов и бортов карьеров, насыпей, отвалов и штабелей.
При разработке (резании) грунты разрыхляются, структура их нарушается, и они теряют связность. Также изменяются силы трения и сцепления, уменьшаясь с увеличением влажности. Поэтому устойчивость незакрепленных откосов также непостоянна и сохраняется временно до изменения физико-химических свойств грунта, связанного в основном с атмосферными осадками в летнее время и последующим увеличением влажности грунта. Так, угол естественного откоса φ для песка сухого 25...30°, песка влажного 20°, глины сухой 45° и глины влажной 15°. Установление безопасной высоты уступа и угла откоса является важной задачей. От правильного выбора угла откоса зависит безопасность разработки котлована, карьера.
Исполнители:Мелехин С.А., Морохин А.В.
Цель работы:
Ознакомление с методикой определения угла естественного откоса для песчаных грунтов.
Приобретение навыков в работе с прибором для определения угла естественного откоса сыпучих грунтов.
Определение угла естественного откоса песка в воздушно-сухом и подводном состоянии.
Необходимое оборудование и материалы
Методические указания к выполнению работы.
Журнал лабораторных работ.
Прибор для определения угла естественного откоса полевой лаборатории Литвинова.
Емкость с водой.
Отсутствие сцепления в песках позволяет определять угол внутреннего трения φ 0 по углу естественного откоса грунта в условиях предельного равновесия (рис. 2.3.).
Рис.2.3. Схема к определению угла естественного откоса песчаного гранта.
T 1 =
где φ – угол внутреннего трения; tg φ – коэффициент трения
Углом естественного откоса песчаного грунта называют максимальное значение угла, образуемого с горизонтальной плоскостью, поверхностью грунта, отсыпанного без толчков и динамических воздействий.
Угол естественного откоса определяют для песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии и под водой. Для испытания используем прибор Литвинова.
Порядок выполнения работы
Определение угла естественного откоса грунта в воздушно-сухом состоянии производят следующим образом. Прибор устанавливают на стол, выдвижная створка при этом опущена до дна. В малое отделение прибора до верха засыпают испытываемый песок (рис.2.4). После этого постепенно поднимают выдвижную створку без толчков; при этом прибор придерживают рукой. Грунт постепенно частично пересыпается в другое отделение до наступления положение равновесия.
Рис. 2.4. Общий вид прибора для определения угла естественного откоса песков (Ящик Кулона).
Угол между плоскостью свободного откоса и горизонтальной плоскостью и есть угол естественного откоса. По делениям на днище и боковой стенке отсчитывают высоту и заложение откоса и вычисляют тангенс угла естественного откоса; отсчеты ведут с точностью до 1мм.
Определение угла естественного откоса грунта в подводном состоянии отличается от предыдущего тем, что после того, как в малое отделение прибора насыпают испытываемый грунт, в большое отделения до верха наливают воду. Верхнюю створку подымают на несколько миллиметров, чтобы вода могла проникнуть в малое отделение. Когда весь грунт пропитается водой, поднимают створку выше и испытание продолжают так же, как и предыдущее. Результаты испытаний заносят в таблицу 2.4.
