Лабораторная работа - Мерзлые грунты
Подождите немного. Документ загружается.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.2
МЕРЗЛЫЕ ГРУНТЫ
1 Определение криогенной текстуры
Основные положения:
Криогенная текстура - особенности расположения в мерзлом грунте
ледяных включений (прослоек), их форма и размеры.
Виды текстуры:
массивная - включения отсутствуют, грунт содержит только поровый лед-цемент
(рис.1,а);
слоистая - включения льда расположены параллельно друг другу (рис.1,б);
сетчатая - включения льда расположены хаотически (рис.1,в).
Рис.1. Виды криогенной текстуры: а - массивная, б - слоистая, в - сетчатая;
1 - минеральная часть грунта с поровым льдом, 2 - ледяные включения.
Таблица.1. - Разновидности текстур по расстоянию между ледяными включениями
Расстояние между
ледяными
включениями
∆
, мм
∆
< 10 мм
∆
= 10...100 мм
∆
> 100 мм
Разновидности
текстур
тонкослоистая или
мелкосетчатая
среднеслоистая или
среднесетчатая
редкослоистая или
крупносетчатая
Таблица.2. - Разновидности ледяных включений по толщине
δ
Толщина
δ
, мм
δ
< 10 мм
δ
= 10...100 мм
δ
> 100 мм
Разновидности
ледяных включений
тонкие средние толстые
Материалы и оборудование:
Контейнер с образцом мерзлого грунта, холодильная камера,
штангенциркуль или линейка.
Последовательность определения:
1. Извлекаем контейнер с образцом из холодильной камеры, делаем
зарисовку текстуры мерзлого грунта. Измеряем наиболее характерные расстояния
между ледяными включениями и их толщину.
а б в
2. Даем заключение о виде криогенной текстуры:
а – структура грунта массивная, включения отсутствуют, грунт содержит
только поровый лед-цемент;
б – включения льда расположены параллельно друг другу, расстояния между
ледяными включениями
∆ <10 мм→
структура грунта тонкослоистая, толщина
ледяных включений
δ <10 мм→
ледяные включения тонкие.
в - включения льда расположены хаотически, расстояния между ледяными
включениями
∆ <10 мм→
структура грунта мелкосетчатая, толщина ледяных
включений
δ <10 мм→
ледяные включения тонкие.
2 Определение фазового состава влаги
Основные положения:
Фазовый состав влаги - содержание незамерзшей воды и льда в мерзлом
грунте при данной отрицательной температуре. Наличие незамерзшей воды
обусловлено тем, что пленки влаги, адсорбированной на поверхности пылеватых и
глинистых частиц, имеют особую структуру и полностью замерзают только при
температуре ниже -50 °С.
В настоящей работе для определения содержания незамерзшей влаги
применяется упрощенный контактный метод, в основе которого лежит принцип
динамического равновесия между льдом и незамерзшей водой. При контакте
мерзлого льдонасыщенного грунта с аналогичным предварительно высушенным
образцом происходит влагообмен и увлажнение сухой породы. Содержание влаги в
предварительно высушенном образце становится равным количеству незамерзшей
воды.
Материалы и оборудование:
Два контейнера с образцами мерзлого грунта, холодильная камера,
термометр, сушильный шкаф, весы.
Последовательность определения:
1. Контейнер с образцом мерзлого грунта извлекаем из холодильной камеры
и взвешиваем. Открываем крышку контейнера, измеряем размеры образца.
Оставляем контейнер при комнатной температуре на 2-3 суток, где образец
оттаивает и подсушивается, а затем выдерживают 1-2 суток в сушильном шкафу
при температуре 105 °С.
2. Контейнер с сухим образцом закрываем крышкой, взвешиваем и
помещаем в холодильную камеру на 1 - 2 суток.
3. Образец сухого охлажденного грунта переносим во второй контейнер и
плотно прижимаем к образцу мерзлого грунта, обеспечивая надежный контакт
между ними. Фиксируем температуру в холодильной камере.
4. Взвешиваем пустой контейнер.
5. Через сутки, когда произошло увлажнение сухого образца за счет
миграции незамерзшей влаги, этот образец возвращаем в свой контейнер и
взвешиваем.
6. Результаты заносим в журнал (табл.3). Вычисляем плотность
ρ
f
,
суммарную влажность мерзлого грунта
W
tot
, содержание незамерзшей влаги
W
w
,
содержание льда
W
i
и суммарную льдистость i .
Таблица.3. - Результаты определения фазового состава влаги
Номе
р п/п
Показатель Значение
1
Масса контейнера с образцом мерзлого грунта
m
1
, г
625 г
2 Объем образца V , см
3
250 см³
3
Масса контейнера с высушенным образцом
m
2
,
г
473 г
4 Масса пустого контейнера
m
0
, г 86 г
5
Масса контейнера с образцом, увлажненным за
счет миграции незамерзшей влаги
m
3
, г
496 г
6 Температура в холодильной камере, °С
−5 ℃
7
ρ
f
=
m
1
−m
0
V
, г/см
3
ρ
f
=
625−86
250
=2,16
8
W
tot
=
m
1
−m
2
m
2
−m
0
,
W
tot
=
625−473
476−86
=0 ,39
9
W
w
=
m
3
−m
2
m
2
−m
0
,
W
w
=
496−473
473−86
=0 , 06
10
W
i
=W
tot
−W
w
,
W
i
=0 ,39−0 ,06=0 , 33
11
i=
ρ
f
W
i
ρ
i
(1+W
tot
)
,
ρ
i
=0 , 92
г/см
3
– плотность льда
i=
2 ,16 ∙0 , 33
0 , 92∙(1+0,39)
=0 ,56
3 Морозное пучение грунта
Основные положения
Пучение - увеличение объема грунта при промерзании. Доминирующее
влияние на этот процесс оказывает миграция пленочной влаги к фронту
промерзания из нижележащих слоев. Степень пучинистости оценивают по
значению относительной деформации морозного пучения:
f =
h
f
d
f
,
h
f
- вертикальная деформация (подъем поверхности) грунта;
d
f
- глубина промерзания.
Классификация грунтов по этому показателю приведена в учебном пособии
[11, рис.3.1].
Испытания проводят на специальной установке, обеспечивающей
промораживание образца в заданном температурном и влажностном режимах со
скоростью, соответствующей скорости сезонного промерзания грунта.
Состав установки (рис.2):
обойма для образца диаметром 100 мм, высотой 150 мм, составленная из
отдельных пластмассовых колец;
устройство для подачи воды к нижнему торцу образца, включающее поддон
с мелким песком и штуцер с резиновой трубкой;
устройство для измерения морозного пучения, состоящее из поршня и
индикатора перемещений, закрепленного в опорном диске;
емкость с теплоизоляционным кожухом, внутри которой с помощью
нагревательного элемента поддерживается положительная температура (обычно 5
°С);
зажимы, закрепленные на стойках и служащие для фиксации образца на
заданной высоте внутри емкости;
датчики температуры, используемые для контроля за ходом промерзания; их
устанавливают в образце на высоте 50 и 100 мм от нижнего торца.
Вся установка размещается в холодильной камере.
Рис.2. Установка для определения морозного пучения:
1 - поддон; 2 - песок; 3 - пластмассовая обойма; 4 - образец грунта;
5 - стойка; 6 - зажим; 7 - опорный диск; 8 - индикатор перемещений;
9 - гайка, 10 – поршень; 11 - емкость; 12 - теплоизоляционный кожух;
13 - штуцер; 14 - датчик температуры; 15 - нагревательный элемент
Порядок выполнения работы:
1. С помощью лаборанта собираем установку, предварительно смазав
внутреннюю поверхность обоймы вазелином и покрыв боковую поверхность
образца полиэтиленовой пленкой.
2. Установку помещаем в холодильную камеру и выдерживаем при
температуре 5 °С не менее суток.
3. В холодильной камере создаем заданную отрицательную температуру
(обычно -5 °С) и ежесуточно в один-два приема поднимаем образец относительно
емкости на заданную высоту (0,5...2 см).
4. Показания индикатора и температуру записываем в журнал (табл. 4). Опыт
прекращаем при промораживании образца на 10...12 см, т.е. при z = 3...5 см (рис.2).
Таблица - Результаты определения морозного пучения
Время от
начала
опыта, ч
Температура,
℃
Подъем
поршня, мм
в
холодильно
й камере
в емкости
в образце на высоте, см
5 10
0 -5 5 5 5 0
12 -5 5 5 5 1,5
24 -5 5 5 5 2
36 -5 5 5 5 4
48 -5 5 5 5 5,5
60 -5 5 5 5 7
72 -5 5 5 5 7,5
0 12 24 36 48 60 72
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
1.5
2
4
5.5
7
7.5
зависимость подъема поршня от времени
время, ч
подъем поршня, мм
5. Образец извлекаем из обоймы, разрезаем вдоль вертикальной оси,
измеряем фактическую толщину промерзшего слоя и описываем криогенную
текстуру. Вычисляем относительную деформацию морозного пучения,
классифицируем грунт.
Фактическая толщина промерзшего слоя -
d
f
=50 мм
,
Вертикальная деформация (подъем поверхности) грунта -
h
f
=7 ,5 мм
,
Относительная деформация морозного пучения
f =
h
f
d
f
=
7 ,5
50
=0 ,15
.
Вывод:
f =0 , 15≥ 0 ,10 →
данный грунт является чрезмернопучинистым.