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.

РЕСПУБЛИКАНСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА.
ПРОИЗВОДСТВО ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ

РСН 51-84

Госстрой РСФСР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ
СТРОИТЕЛЬСТВА

Разработаны трестами инженерно-строительных изысканий МосЦТИСИЗ, УралТИСИЗ, ТулаТИСИЗ Производственного объединения по инженерно-строительным изысканиям («Стройизыскания») Госстроя РСФСР.

Исполнители: И.Н. Шишелов, канд. тех. наук Ю.В. Сырокомский, И.Б. Когос, Т.Д. Белоглазова, Р.А. Меньшикова, Л.И. Подкорытова, А.С. Романова.

Внесены и подготовлены к утверждению Производственным объединением по инженерно-строительным изысканиям («Стройизыскания») Госстроя РСФСР.

Вводятся впервые.

Настоящие Республиканские строительные нормы распространяются на организации, выполняющие исследования грунтов при инженерных изысканиях для строительства объектов промышленного, жилищно-гражданского и сельскохозяйственного назначения и устанавливают основные требования к производству лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Лабораторные исследования грунтов следует выполнять в соответствии с требованиями государственных стандартов, строительных норм и правил, а также настоящих Республиканских строительных норм.

1.2. Состав лабораторных исследований грунтов должен устанавливаться в соответствии с требованиями действующих нормативных документов и программ на производство изыскательских работ.

1.3. Лабораторные исследования грунтов должны выполняться с применением прогрессивных методов, современных приборов и оборудования, обеспечивающих высокое качество испытаний грунтов, наибольшую производительность труда и сокращение продолжительности лабораторных работ.

1.4. При производстве лабораторных исследований грунтов следует осуществлять мероприятия по экономии материалов и электроэнергии, а также обеспечивать бережное отношение к оборудованию, приборам, инструменту и инвентарю.

1.5. Стоимость лабораторных работ определяется согласно Сборнику цен на изыскательские работы для капитального строительства.

1.6. При производстве лабораторных работ необходимо выполнять требования, предусмотренные правилами и инструкциями по охране труда и технике безопасности.

2. ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

2.1. Лабораторные работы следует проводить в соответствии с планом-графиком и заданиями на их выполнение.

План-график составляется начальником лаборатории и согласовывается с начальником инженерно-геологических производственных подразделений - заказчиками лабораторных исследований грунтов.

Задани е на лабораторные исследования грунтов составл яется подразделением-заказчиком эти х работ. Задани е должно быть подпи сано на чальни ком подраз деления и главным геол огом производственного подразд еления-заказчика.

2.2. Контроль качества лабораторных исследовани й грунтов - вход но й, операционный, приемочный - следует осуще ствлять в соответстви и со станда ртом предприятия комплексной си стемы управ лени я качеством инжене рных из ысканий в строительстве (К СУКИИС) на всех стади ях работ.

Входному конт ролю следует подвергать образцы грунта, поступающие на исследования, з адани я з аказчика, вновь поступающи е оборудование, при боры, и нструменты. Входной контроль должен быть сплошным и осуществляться н ачальн иком лаборатори и или специа льн о уполномоченным работником.

Операци он ный контроль следует проводи ть в п роцессе произ водства лабораторных иссл едований грунтов и ведения пе рви чной документаци и. Особому контролю подлежат сле дующие рабочи е процессы: отбор средней пробы, вырезка образ цов грунта, поддержание темпе ратуры при определенной влажности, периодическая тари ровка аре ометра при определении гранулометрического состава, подсче т нагрузок при определении сопротив ления срез у.

Опе раци онный контроль при боров следует п роводить в соответствии с требованиями . Исп ол ни тели раб от должн ы проводить сплошной операционный контрол ь (самокон троль), на ча льник лаборатории ил и специа льно уполномоченный работник - выборочн ый.

Прие мочн ому контролю следуе т подве ргать результа ты лабораторных иссле дований грунтов, подготовленны е к передаче з аказчи ку. Прие мочный кон троль должен быть сплош ным и осуществля ться начальником лаборатории.

2.3. Рез уль таты лабораторных и сследовани й грунтов выдаются з аказ чика м в виде машинно-ориентированных ведомостей при обра ботке данных на ЭВМ или в виде ведомостей паспортов рез ультатов исследований грунтов.

2.4. Информа цию об отклонениях от стандартов при проведен ии лабораторных исследований грунтов начальник лабора тории н ем едленно передает з аказчику лабораторных работ.

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ, ПОМЕЩЕНИЯ

3. 1. Лаборатори и иссл ед овани я грунтов должны быть обеспечены оборудов анием, приборами, инструментом и ин вентарем в соотве тстви и с Табел ями осна щени я из ыскательских и проектно-изыскательских организаций при борами, оборудование м, транспортными средствами, лагерным снаряже нием и средствами связ и.

3.2. Д ля метрологи ческого обеспечен и я производства ла бора торных исследований физ ико-меха нических свойств грунтов оборудование и п риборы грунтовой лаборатории должны подвергаться прове рке в установле нные сроки в соответствии с тре бованиями ГОСТ 8.002 -71 и стандартов предприятия КСУКИИС.

3.3. Д ля обе спече ни я постоянной эксплуатац ионной готовности оборудования и приборов сле дует применять си стему планово - предупредительных ремонтов, предусматривающую проведение компле кса предупредительных ме ро при ятий, направленных на устранени е прогрессирующих изн осов.

3. 4. Техническое обслужи вание, предусматривающее над зор, уход, пров ерку состоя ния оборудования и приборов, за исключением электрооборудования, должно проводиться co гласно год овому плану-графику пе рсоналом г py нтовой лаборатории - препараторами, лаборантами, техниками, инженерами.

3 .5. Текущий рем онт оборуд овани я и приборов, предусматривающи й замену или в осстанов ление дета лей и узлов, операции, устраняющ ие неисправности, и те хни ческое обслужи вание электрооборудования должны пров одиться ремонтно-механической службой из ыскател ьской организаци и.

3.6. В помещени ях лаборатории исслед ования грунтов оборудование след ует группировать исходя из необход имости его совместной работы, а также по принци пу одинакового во здействия на окружающую среду (выделение пыли, тепла, паров; шум и т.п.) и воздействия окружающей с реды (вибрация, температура, влажность).

3.7. Состав помещени й лаборатори и иссле дован ия грунтов устанавлив ают в зависимости от состава, свойств, состояния грунтов; состава и коли чества оборудования. Ми нимальный и максимальный составы помещений приведены в .

3.6. Последовательность распол ожения помещени й устанавливают согласно марш рутам движения грунтов по анализам.

3.9. Площадь помеще ний устанавливают в зависимости от состава и количества оборуд ования, размеров проход ов между оборудованием, количества сотрудни ков.

3.10. Особые требования к пла ниров ке ла бораторий ис следовани й грунтов при вед ен ы в .

3.11. Особые требования к водоснабжению, кана ли заци и, вентиляции, электроснабжению ла бора тории исследования грунтов при ведены в .

4. ХРАНЕНИЕ, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗАМ ОБРАЗЦОВ ГРУНТОВ

4.1. Приемку и х ра нен ие образцов грунтов в л або ратори и исследования грунтов следует производить в соответствии с требова ни ями ГОСТ 12071 -72.

Подразделению-заказчику сле дует доставлять и раскладывать н а полки храни ли ща лаборатории образцы в том порядке, в котором он и вне сены в задание.

Нач ал ьни ку ла боратории и ли спе циально уполномоченному работнику в при сутствии геолога , ве дущего объек т, следует п роверять сохранн ость образц ов , отсутствие механических повреждений упак овки , достаточность и пригодн ость образ цов для производства, предусмотренного заданием состава определений.

4.2. Горизонтальное транспортирование грун та в помещении лаборатории следует осущ ествл ять с помощ ью ручн ых тран спортн ых тележ ек, верти кальн ое - груз овыми лиф та ми или специальными подъемниками.

4.3. Исследование физико-механических свойств грунтов при вскрытии образцов следует на чи нать с визуального изучения и описания образ цов. Описание должно содержать сведения о соста ве, литологических особе нн остя х и состоянии образцов.

4.4. Вырезку обра зцов и подг отовку грунтов к анализам следует производить, как правило, с помощью механизмов.

5. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ

5.1. Классификацию грунтов следует проводить в соответствии с требованиями ГОСТ 25100-82.

5.2. Гранулометрический и микроагрегатный состав следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 12536-79. Просеивание грунтов следует производить с п омощью механических с и т, взбалтывание - с помощью механического взбалтывателя.

5.3 . П лот нос ть следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 5180 - 75.

5.4. Плотность грунта следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 5182-78. Плотность грунта в рыхлом и плотном состоянии следует определять в соответствии с требованиями .

5.5. Плотность частиц грунта следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 5181-78.

5.6. Плотность частиц скального грунта следует определять в соответствии с требованиями .

5.7. Границы текучести и раскатывания следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 5183-77.

5.8. При определении границы текучести следует применять механизированные способы опускания конуса (без дополнительного усилия) и автоматизированные способы отсчетов промежутков времени опыта.

5.9. Максимальную молекулярную влагоемкость, следует определять в соответствии с требованиями .

5.10. Характеристики набухания и усадки следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 24143-80.

5.11. Размокаемость следует определять в соответствии с требованиями .

5.12. Характеристики просадочности, следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 23161-78.

5.13. Удельное сопротивление пенетрации, следует определять в соответствии с требованиями .

5.14. Максимальную плотность следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 22733-77. Следует применять механизированный способ поднятия груза и автоматизированный способ отключения прибора после проведения цикла ударов.

Угол естественного откоса следует определять в соответствии с требованиями .

Коэффициент фильтрации следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 25584 -83. Следует применять автоматизированные способы отсчета времени понижения жидкости на заданную величину.

5.17. Суффозионную сжимаемость следует определять по ГОСТ 25585-83.

5.18. Сжимаемость следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 23908-79.

5.19. Сжимаемость элювиальных грунтов, следует определять в соответствии с требованиями .

5.20. Сопротивление срезу следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 12248-78. В приборах с постоянной скоростью среза следует применять механизированные устройства перемещения каретки и автоматизированные средства фиксации максимального усилия динамометра на участке деформации образца 0-5 мм и отключения прибора при достижении деформации 5 мм.

5.21. Предел прочности скальных грунтов от пониженной до весьма низкой прочности при одноосном сжатии образцов правильной формы следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 17245-79.

5.22. Предел прочности скальных грунтов от очень прочных до мало прочных при одноосном сжатии образцов правильной фирмы следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 21153.0-75 * и ГОСТ 21153.2 -75.

5.23. Предел прочности скальных грунтов образцов произвольной формы следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 21941-81.

5.24. Коэффициент выветрелости следует определять в соответствии с требованиями .

5.25. Коррозионную активность следуют определять в соответствии с требованиями ГОСТ 9.015-74 .

5 .26. Относительное содержание растительных остатков и степени разложения заторфованных грунтов следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 23740-79 .

6. ЛАБОРАТОРНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

6.1. Рабочие журнал ы, выход ные ведомости, паспорта и другие лабора торные документы следует оформлять в соответствии с требованиями государственных стандартов и « Пособия по составлени ю и оформлени ю документац ии инженерных из ысканий д ля строительства».

6.2. Терм ины и опред еления, п ри меняемые в ла бораторной д окуме нтации , должны соотве тствовать п риведенным в государственном стандарте.

6.3. Еди ницы фи зи ческих величин, наи меновани е и обозн ачен ие этих единиц, применяющиеся в лабораторной докуме нта ции, должны соответствовать ед иницам, при вед енным в ГОСТ 8.417 -81 и в СН 528-80 .

ОПЕРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ПРИБОРОВ

Настоящая методика контроля распространяется на: балансирный конус, сита, весы, компрессионные и срезные приборы, приборы предварительного уплотнения. Общим требованием контроля является внешний осмотр. Устанавливают отсутствие на деталях приборов изгибов, вмятин, зазубрин, частиц грунта. Контроль разделяется на ежесменный и ежеквартальный. Для каждого прибора в первом подпункте настоящей методики приведены требования ежесменного контроля, во втором - ежеквартального. Приборы, не удовлетворяющие требованиям методики, к применению не допускаются.

1. Балансирный конус

Острие конуса не должно быть затуплено.

Измерьте глубиномером (штангенциркулем) расстояние от вершины до основания конуса (25 мм) с точностью 0,1 мм. Сверьте показания с полученными при введении конуса в работу. Расхождение показаний не должно превышать 0,2 мм. Конус должен быть прочно соединен с дугой, дуга - с грузами.

2. Сита для просеивания грунтов

Просмотрите сетки сит на свет. Сетки не должны иметь нарушений плетения, смещения и обрыва проволок, разрывов в местах крепления к корпусу.

Просмотрите под микроскопом с сорокакратным увеличением сита № 0,1; 0,25; 0,5 в пяти местах по радиусу сита. Отверстия по форме должны представлять квадрат . Определите размеры отверстий по шкалеокуляpa Гюйгена. Результаты не должны отличаться от номинальных более чем на 20 %.

Определите размеры 5-ти отверстий в ситах № 1 и 2 по радиусу каждого сита. Измерьте штангенциркулем пять отверстий по радиусу каждого сита № 5 и 10. Размеры отверстий сеток не должны отличаться от номинальных более чем на 10 %.

Нажмите рукой последовательно на обруч, диск сверленых сит, диск днища. Детали при нажиме на них не должны качаться.

3. Весы лабораторные квадрантные

3.1. Проверьте положение воздушного пузырька уровня весов. Переведите пузырек в центр контрольной окружности, вращая ножки весов.

Совместите нулевую отметку шкалы с нулевой отметкой на экране. Поместите на чашку весов образцовую гирю, масса которой соответствует диапазону измерения массы по шкале. Операции повторяйте до достижения необходимого предела взвешивания. Разность показаний не должна превышать допустимой погрешности взвешивания.

3.2. Проверьте четкость изображения шкалы на экране, добейтесь четкости перемещением лампы освещения шкалы весов.

4. Компрессионный прибор

4.1. При подготовке прибора к опыту просмотрите на свет днище и штамп. Все отверстия должны пропускать свет.

Канаты механизма сжатия должны лежать в проточенных канавках.

3.5. Допускается использовать воздушно-сухие грунты с поправкой на гигроскопическую влажность по ГОСТ 5181-78.

3 .6. Дистиллированную воду кипятят в течение 1 ч и хранят в закупоренной бутыли.

3.7. Составляют таблицу масс пикнометров с дистиллированной водой при различных температурах. Массы пикнометров с дистиллированной водой при различных температурах вычисляют по ГОСТ 5181-78.

4. Проведение испытания

Соответствует ГОСТ 5181-78.

5. Обработка результатов

Соответствует ГОСТ 5181-78.

МЕ ТОД ОПРЕДЕЛ ЕНИ Я МАКСИМАЛЬНОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ВЛАГОЕМКОСТИ

Настоящ ая методик а распространяется на пылевато-глинистые и пе счаные грунты и устанавлив ает метод лабораторного определе ния максимальной молекуля рной влагоемк ости.

1. Общие положения

1.1. Молекулярная влагоемкость грунта - способность частиц грунта удерживать молекулярным притяжением на своей поверхности т о или иное количество волы.

1.2. Максимальную молекулярную влагоемкость, следует определять как влажность грунтовой пасты после, прессования ее до завершения водоотдачи грунта.

1.3. Максимальную молекулярную влагоемкость пылевато-глинистых грунтов определяют на образцах с естественной влажностью.

1.4. Определение максимальной молекулярной влагоемкости проводят с двух кратной повторностью.

2. Аппаратура

1.4. Взвешивания производят с точностью ± 1 г

1.5. Результаты вычисления К вк должны иметь погрешность не более 0,01.

2. Аппаратура

Полочный барабан со скоростью вращения 50-70 об/мин.

Сито с сеткой № 2 по ГОСТ 3584-73 с поддоном.

Весы лабораторные с пределом взвешивания 5 кг по ГОСТ 19491-74.

3. Подготовка к испытания м

3.1. Отбирают среднюю пробу массой 2-2,5 кг, избегая «круглых» значений 2 или 2,5 кг.

3.2. Проводят просеиванием грунта через сито № 2 разделение на мелкозем и обломки.

3.3. Устанавливают массу мелкозема т 1 и обломков т 2 .

4. Проведение испытаний

4.1. Образец загружают в полочный барабан.

4.2. Испытания проводят циклами вращения барабана по 2 мин, устанавливая каждый раз просеиванием массу мелкозема за природную степень разрушения принимают отношение т 1 к т 2 после четырехминутного испытания в барабане.

4.6. В случае увеличения выхода мелкозема более 25 % за К принимают значение, установленное до начала испытания.

4.7. Полученные значения масс мелкозема и обломков, соответствующие различным циклам, заносят в журнал.

5. Обработка результатов

5.1. К вычисляют по формуле ( ).

5.2. Наименование крупнообломочных грунтов по степени выветрелости в зависимости от К вк приведено в табл. 1.

Таблица 1

Наименование крупнообломочных грунтов по степени выветрелости

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.

Углом естественного откоса φ, град., называется угол, при котором неукрепленный откос песчаного грунта сохраняет равновесие или угол наклона поверхности свободно насыпанного грунта к горизонтальной плоскости.

Определение угла естественного откоса имеет важное значение при проектировании грунтовых сооружений: насыпных и намывных плотин, дорожных насыпей, дамб обвалования, хвостохранилищ, а также для оценки устойчивости естественных откосов и для проведения мероприятий но их укреплению.

В тех случаях, когда сопротивление сдвигу" частиц определяется лишь силами трения. угол естественного откоса совпадает с углом внутреннего трения {φ = φо ). Однако в реальных грунтах сопротивление сдвигу" зависит не только от сил трения, но также от зацепления частиц и других факторов, влияющих на φ, т. е.

где φ р, - составляющая за счет трения; φ Л - то же, за счет зацепления; φ с - то же, за счет среза частиц.

Составляющая φ Т зависит от минерального состава частиц, наличия поверхностных пленок и др., φ Л - от шероховатости поверхности и плотности упаковки частиц, а φ с - от окатанности и формы частиц грунта. Поэтому значения φ и φ о обычно различаются, особенно для плотных и неоднородных по структуре песков. Однако угол естественного от

коса φ о является легко определяемой и удобной характеристикой прочности несвязных грунтов. Способ применяется только для приближенного определения величины внутреннего трения сыпучих грунтов - чистых песков. В чистых песках приближенно величина угла внутреннего трения соответствует углу естественного откоса, т. с. углу, при котором неукрепленный откос песчаного грунта является устойчивым .

Угол естественного откоса определяют на приборе УВТ (рис. 8.44), который состоит из металлического столика-поддона, обоймы и резервуара. Поддон установлен на тpex опорах и перфорирован отверстиями диаметром 0,8...1,0 мм для водонасыщения песка. Шкала, укрепленная в центре столика-поддона, имеет деления от 5° до 45°, по которым определяется угол откоса.

Рис. 8.44. Прибор для определения угла естественного откоса песчаных грунтов: а схема прибора: 1 резервуар: 2 крышка резервуара: 3 обойма: 4 столик: 5 перфорированное дно: 6 - шкала: 7 - опора: б - общий вид приборов

Определение угла естественного откоса в воздушно-сухом состоянии . На столик устанавливают обойму, в которую через воронку насыпают песок до ее заполнения, слегка постукивая по обойме. Осторожно, стараясь не рассыпать песок, вертикально поднимают обойму и но вершине образовавшегося песчаною конуса берут отсчет по шкале.

Опыт повторяют 3 раза и рассчитывают среднее арифметическое показание. Расхождение между повторными определениями не должно превышать 1 градус.

Определение угла естественного откоса песка под водой . После заполнения обоймы песком резервуар наполняют водой и после полного насыщения пробы определяют угол естественного откоса.

Для предварительного назначения откосов котлованов и карьеров рекомендуется руководствоваться значениями углов, близкими к углам естественного откоса грунта (табл. 8.61).

Таблица 8.61

Угол естественного откоса насыпных грунтов

На величину угла естественного откоса (#>") несвязных грунтов влияет однородность их гранулометрического состава: монодисперсные грунты обладают большим значением φо, чем полидисперсные грунты такого же минерального состава. Это объясняется тем, что в смеси мелкие частицы заполняют промежутки между крупными, что облегчает их смешение по поверхности откоса.

Большое влияние на трение между частицами несвязного грунта оказывает наличие в грунте жидкостей, присутствие которых снижает φ. В несвязных песчаных грунтах влажность существенно влияет на угол внутреннего трения. С ростом влажности песка до максимальной молекулярной влагоемкости величина φо закономерно снижается за счет постепенного уменьшения трения и достигает минимума при максимальной молекулярной влагоемкости. Дальнейшее увеличение влажности песка приводит к образованию капиллярной связности между частицами; за счет этого угол внутреннего трения начинает увеличиваться и достигает максимума при влажности капиллярной влагоемкости, когда силы капиллярного притяжения между частицами наибольшие. Последующее увеличение влажности песка снижает капиллярную связность, трение на контактах частиц снижается, и угол внутреннего трения постепенно уменьшается, достигая минимального значения в состоянии полного водонасыщения песка .

Гранулометрический состав. Практически характер и качество разрушения породы четко определяется ее гранулометрическим составом. Он характеризует разрыхленную горную породу по процентному содержанию в ней частиц различной крупности и может быть изображен кривой (рис. 2.1), если по оси абсцисс отложить диаметр частиц, мм, а по оси ординат - суммарное содержание частиц диаметром, меньшим данного, в процентах.
Для характеристики неоднородности рыхлых пород используется отношение d60/d10=Kн называемое коэффициентом неоднородности (d60, d10 - максимальные диаметры кусков, составляющих 60 и 10% общего объема рыхлой породы соответственно).
Особенно важное значение гранулометрический состав породы имеет при процессах гидромеханизации. От него зависят удельный расход воды на разработку и транспортирование, наименьший допустимый уклон подошвы забоя и лотков, критическая скорость воды.
Угол естественного откоса φ - максимальный угол, образуемый свободной поверхностью рыхлой раздробленной породы с горизонтальной плоскостью. Частицы породы, находящиеся на этой поверхности, испытывают состояние предельного равновесия. Если вес частицы Р (рис. 2.2), то в состоянии предельного равновесия на свободной поверхности на частицу действуют силы: Рп - сила нормального давления, прижимающая частицу к свободной поверхности; Рτ - сила, стремящаяся сдвинуть частицу вниз; Fт - сила трения, зависящая от Рn и коэффициента трения fтр, R - реакция опоры. Поскольку частица находится в равновесии, имеем

т. е.

Таким образом, угол естественного откоса зависит от коэффициента трения между кусками породы и поверхностью, по которой возможно ее скольжение. Для рыхлой (сыпучей) среды, например песка, он может быть определен с помощью цилиндрической емкости без дна. Емкость устанавливают на горизонтальной площадке и заполняют породой. Затем емкость поднимают и порода формирует свободную поверхность, соответствующую углу естественного откоса.
В общем случае угол естественного откоса зависит от шероховатости зерен, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от плотности материала. С увеличением влажности до некоторого предела у таких горных пород, как уголь или песок, угол естественного откоса возрастает. С увеличением крупности и угловатости частиц он также увеличивается. В целом у рыхлых пород он находится в пределах 0-40°.
По углам естественного откоса определяют максимальные допустимые углы откосов уступов и бортов карьеров, насыпей, отвалов и штабелей.