Методика определения угла естественного откоса песка

Определение угла естественного откоса песчаного грунта

1. Дисковый прибор для определения углов естественного откоса.

2.Прибор Д.И.Знаменского УВТ-3М

3. Штангенциркуль или масштабная линейка

Таблица записи результатов опыта:

№ п/п	Наименование Определений	Грунт в воздушно- сухом состоянии
Повторность определений
1.	Высота откоса – h
2.	Заложение откоса l
3.	tgα = h / l
4.	Угол естественного откоса α в градусах.
5.	Среднее значение угла естественного откоса α

Порядок выполнения работы:

Формала и расчет:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ПО ДИСЦИПЛИНЕ « ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ».

ОТБОР, УПАКОВКА И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ОБРАЗЦОВ ПОРОД

ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. ГОСТ 12071-84.

Достоверность результатов лабораторного изучения физико-механических свойств горных пород зависит от правильности отбора образцов, сохранения в процессе отбора, транспортирования и хранения, а также от естественного сложения, структуры породы, ее естественной влажности и гранулометрического состава.

Все операции по отбору, консервации, транспортированию и хранению образцов

горных пород для лабораторных исследований должны выполняться по ГОСТ 12071-84.

Согласно этому ГОСТ образцы пород отбирают ненарушенного или нарушенного

сложения, но с сохранением природного зернового состава. Образцы с ненарушенным

сложением- монолиты должны иметь ориентацию ( низ –верх монолита).

Монолит многолетнемерзлых пород отбирают при отрицательной температуре

окружающего воздуха. Отбор монолитов мерзлых пород допускается производить в

теплое время года при условии немедленной их теплоизоляции или доставки в

хранилище с отрицательной температурой воздуха.

1. Отбор образцов пород нарушенного сложения.

Отбор образцов породы следует производить из горных выработок с помощью ножа, лопаты и пр., а также из скважин с помощью буровых наконечников или грунтоносов.

Для отбора образцов немерзлой водонасыщенной породы, не требующей сохранения природной влажности, бурение скважин допускается с применением глинистого раствора плотностью не менее 1200 кг/м 3 (1,2 г/см 3 ).

Для отбора образцов породы, требующей сохранения природной влажности , бурение скважин необходимо производить без применения промывочной жидкости и без подлива в них воды, с пониженным числом оборотов бурового наконечника или грунтоноса, а для отбора образцов мерзлой породы, кроме того , с ускоренной длиной рейса (до 0,3 м).

Для отбора образцов мерзлой породы бурение скважины допускается с продувкой

воздухом, охлажденным до отрицательной температуры близкой к температуре породы.

3. Отбор монолитов из горных выработок.

1. Монолит, сохраняющий форму без жесткой тары, необходимо отбирать в виде куска породы, из которого затем следует вырезать образцы необходимого размера. При отборе монолита не допускается нарушение сложения грунта.

2. Монолит, не сохраняющий форму без жесткой тары, следует отбирать методом

режущего кольца по ГОСТ 5180-84.

1. Для отбора монолитов мерзлой породы горные выработки необходимо проходить без предварительного протаивания и при условии предохранения места отбора монолита от протаивания и при условии предохранения места отбора монолита от протаивания и потока поверхностных и надмерзлотных вод.
2. Отбор монолитов из буровых скважин.

1.Диаметр монолитов скальной породы должен быть не менее 50 мм, крупнообломочных

— не менее 200 мм, песчаного и глинистого грунтов- не менее 90 мм. при высоте не менее одного и не более трех метров.

2. Отбор монолитов скальных пород, не разрушающихся о воздействия промывочной

Жидкости и от механического воздействия бурового инструмента, следует производить с применением одинарных колонковых труб, оборудованных алмазными, твердосплавными и дробовыми колонками, а монолитов остальных видов скальных пород- двойными колонковыми трубами с внутренней невращающейся трубой в процессе отбора монолита.

В качестве промывочной жидкости при отбора монолитов одинарными колонковыми трубами допускается использование воды или глинистого раствора, а при отборе монолитов двойными колонковыми трубами- только глиностого раствора

Отбор монолитов с помощью двойных колонковых труб необходимо производить при следующем режиме бурения:

Осевая нагрузка — 600 – 1000 кгс.

Скрость вращения – менее 10 об/мин.

3. Монолиты немерзлых песчаных и глинистых пород следует отбирать в процесс бурения скважин без применения промывочной жидкости и без подлива в них воды, с перекрытием водонасыщенных слоев грунта.

4. Монолиты немерзлых плотных и средней плотности песчаных пород, глинистых пород

твердой и полутвердой консистенции, плотных заторфованных грунтов с корнями растений следует отбирать с помощью обуривающих грунтоносов.

5.Монолиты немерзлых глинистых пород полутвердой и тугопластичной консистенции следует отбирать с помощью тонкостенных цилиндрических грунтоносов с заостренными снаружи нижним краем, погружаемых способом вдавливания со скоростью не более2 м/мин.

6.Монолиты немерзлых рыхлых песчаных пород, глинистых пород мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции разложившихся торфов необходимо отбирать с помощью не более 0,5 м/мин.

7.Монолиты немерзлых глин с коэффициентом пористости е

5. Упаковка образцов.

1. Образцы породы нарушенного сложения, для которых не требуется сохранение природной влажности, следует укладывать в тару, обеспечивающую сохранность мелких частиц грунта (обычно мешочки из плотной материи, плотной водостойкой бумаги или синтетических пленок).

2. Образцы породы нарушенного сложения, для которых требуется сохранение природной влажности, необходимо укладывать в металлические коррозионностойкие или пластмассовые банки с герметически закрывающимися крышками.

3. Вместе с образцами нарушенного сложения внутрь тары, не имеющей выгравированного номера, следует вкладывать этикетку, завернутую в кальку и покрытую слоем парафина; второй экземпляр этикетки необходимо наклеивать на тару. Содержание этикетки допускается надписывать на таре. Если тара имеет выгравированный номер, то все записи

следует делать в журнале со ссылкой на номер тары.

4.Монолиты, отобранные из горных выработок и буровых скважин, необходимо немедленно изолировать от наружного воздуха следующими способами:

А) Монолит, не помещаемый в жесткую тару, следует запарафинировать. Для этого его туго обматывают слоем марли, предварительно пропитанной расплавленным парафином, смешанным с гудроном. Затем весь монолит в марле покрывают слоем парафина, обматывают вторым слоем марли(также пропитанной парафином) и еще раз покрывают

слоем парафина толщиной не менее 1мм.

Монолиты мерзлой породы допускается упаковывать способом намораживания на них

корки льда толщиной не менее 1см. Для этого завернутый в пленку или кальку монолит многократно следует погрузить в пресную охлажденную воду или облить ею. После каждого погружения вода на поверхности монолита должна быть заморожена.

Б) Монолиты, отобранные в жесткую тару необходимо упаковывать в этой же таре.

Открытые торцы тары следует закрывать жесткими крышками с резиновыми прокладками. Если резиновые прокладки отсутствуют, места соединения крышки старой надлежит покрыть двойным слоем изоляционной ленты или залить расплавленным парафином. При отсутствии жестких крышек торцы следует парафинировать.

5.Упаковку монолитов мерзлой пробы следует осуществлять при отрицательной температуре окружающего воздуха.

6. На этикетке образца должны быть указаны:

а) наименование организации, производящей изыскания;

б) наименование или номер изыскательской партии(экспедиции);

в) наименование объекта (участка);

г) номер образца;

д) название выработки и ее номер;

е) глубина отбора образца;

ж) название породы по визуальному определению;

з) температура мерзлой породы;

и) должность и фамилия лица, производившего отбор образца, и его подпись;

к) дата отбора образца.

Этикетки следует заполнять четко, простым графитовым карандашом, чтобы исключить возможность обесцвечивания или расплывания записей.

7.Образцы породы, предназначены для транспортирования в лаборатории. Необходимо укладывать в ящики.

6. Транспортирование и хранение образцов.

1. Транспортирование образцов (без упаковки в ящики)в лаборатории, расположенные в непосредственной близости от пункта отбора, следует производить обязательно в сопровождении лица, ответственного за сохранность доставляемых образцов.

2. Монолиты при транспортировании не должны подвергаться резким динамическим и температурным воздействиям.

3. Монолиты немерзлой породы упакованные в ящики, необходимо транспортировать при положительной температуре окружающего воздуха, а монолиты мерзлых- при отрицательной температуре воздуха или транспортом, оборудованным холодильными камерами, в которых поддерживается отрицательная температура.

4. Образцы немерзлой породы , для которых требуется сохранение природной влажности, следует хранить в помещениях или камерах с относительной влажностью воздуха 50-60%

При температуре не ниже +2 0 и не выше +20 0 С.

5.Монолиты мерзлой породы, доставляемые в лабораторию необходимо хранить в

помещениях или камерах с относительной влажностью воздуха 80-90 % при отрицательной

6. Срок хранения упакованных образцов нарушенного сложения для которых требуется сохранение природной влажности, не должен превышать двух суток, считая с момента

Отбора образцов до их лабораторных исследований.

7. Сроки хранения упакованных монолитов (с момента отбора до начала лабораторных

исследований) в помещениях или камерах, соответствующих требованию п.4, не должны

превышать: немерзлых скальных, маловлажных песчаных, а также глинистых пород твердой и полутвердой консистенции- трех месяцев; других видов немерзлых пород- полутора месяца.

8. Срок хранения упакованных монолитов ( с момента отбора до начала лабораторных исследований) при отсутствии помещений или камер, соответствующих требованию п.4, не должен превышать 15 суток.

9. Монолиты, имеющие повреждения гидроизоляционного слоя и дефекты упаковки или хранения, следует принимать к лабораторным испытаниям только как образцы породы нарушенного сложения.

Страница 3: РСН 51-84. Инженерные изыскания для строительства. производство лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов (31248)

1.2. Размокаемость характеризуется временем и характером размокания грунтов.

1.3. Для определения размокаемости грунтов применяют подземную воду, взятую на месте отбора образца. Допускается применение водопроводной воды.

Пресс для вырезки образцов.

3. Подготовка к испытанию

3.1. Из монолита грунта вырезают образец кольцом — пробоотборником прибора ПРГ-2 по ГОСТ 5182-78.

3.2. Отбирают пробу на влажность по ГОСТ 5180-78.

4. Проведение испытания

4.1. Вырезанный образец грунта ставят на сетку прибора и опускают в ванну прибора, наполненную водой.

4.2. Наблюдают за образцом и делают записи в журнале в следующие промежутки времени: 1; 30 мин, 1; 6; 24; 48 ч.

4.3. Если образец не размокнет через 48 ч, дают его описание и опыт прекращают.

5. Обработка результатов испытания

5.1. По времени размокания образца различают типы размокаемости:

мгновенная — полностью за 1 мин;

очень быстрая — более 80-90 % объема зa 30 мин;

быстрая — более 50 % объема за 1 ч,

медленная — менее 50 % объема за 6 ч;

очень медленная — менее 25 % объема за 24 ч;

неразмокающий грунт — менее 10 % объема за 48ч.

5.2. По характеру размокания образца различают форму, размеры (крупные, мелкие комочки, чешуйки, пыль), последовательность распада.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕНЕТРАЦИИ

Настоящая методика распространяется на пылевато-глинистые грунты и устанавливает метод лабораторного определения удельного сопротивления пенетрации.

Методика не распространяется на пылевато-глинистые грунты, содержащие круппообломочные включения размером более 2 мм в количестве более 10 % по массе.

1. Общие положения

1.1. Пенетрацией называется внедрение в грунт конического наконечника на глубину, не превышающую высоту конуса.

1.2. Удельное сопротивление пенетрации глинистых грунтов определяется как отношение вертикального усилия, передаваемого на конус в килограммах, к квадрату глубины погружения конуса в сантиметрах.

1.3. Глубину погружения конуса определяют с точностью 0,1 мм.

1.4. Удельное сопротивление пенетрации определяют с точностью 0,01 кг/см2.

1.5. Пенетрацию проводят с четырехкратной повторностью (по две пенетрации на каждой стороне образца).

Пенетрометр, состоящий из станины со столиком и подвижной части, имеющей полированный конус и грузовую площадку. Перемещение конуса фиксирует индикатор часового типа. Конус имеет угол раскрытия 30. высоту 30-40 мм. Масса подвижной части 150-300 г.

Кольцо-пробоотборник диаметром 80 мм, высотой 60 мм по ГОСТ 5182-78.

3. Подготовка к испытанию

3.1. Из монолита грунта вырезают образец кольцом-пробоотборником по ГОСТ 5182-78.

3.2. Отбирают пробу на влажность по ГОСТ 5180-78.

Конус пенетрометра смазывают тонким слоем вазелина.

4. Проведение испытания

4.1. Кольцо с образцом помещают на столик пенетрометра, подводят острие конуса к поверхности грунта, закрепляют подвижную часть пенетрометра, индикатор устанавливают на нулевую отметку.

4.2. Убрав зашелку пенетрометра, позволяют конусу свободно внедряться в образец в течение 30-60 с, отмечая его погружение по индикатору.

4.3. Дальнейшее вдавливание конуса происходит путем приложения возрастающей ступенями нагрузки. Ступени нагрузки на конус выбирают в зависимости от консистенции испытываемого грунта:

текучая — 0,05 кг;

текучепластичная — 0,15 кг;

мягкопластичная — 0,3 кг;

тугопластичная — 0.5 кг;

полутвердая -0,75 кг;

4.4. Каждую ступень нагрузки выдерживают до условной стабилизации реформации, составляющей не более 0,1 мм за 30 с.

4.5. При каждом испытании осуществляют 6-9 ступеней нагрузки. Общая глубина погружения конуса должна достигать 15-20 мм.

4.6. Результаты опытов записывают в журнал.

5. Обработка результатов испытаний

5.1. По данным каждого опыта строят график зависимости квадрата глубины погружения конуса h* от вертикального усилия, передаваемого на конус Р, на котором точки должны располагаться на прямой, выхо-дяшеЯ 113 начала координат (см. рисунок).

В этом случае для определения Рп с графика снимают любое значение Р и соответствующее ему значение h2 .

5.2. В случав отклонения точек от одной прямой Рп определяют как среднее из полученных его значений на каждой ступени нагрузки.

5.3. В случае, когда график зависимости h2 от Р, пересекает ось Р , от значения Р вычитают поправку Рх.

5.4. За нормативное значение Рп принимают среднее значение опытов по верхней и нижней поверхностям образца.

5.5. Наименование пылевато-глинистых грунтов по удельному сопротивлению пенетрации приведены в табл. 1.

1 — Рп определяется по любой точке; 2 — Рп определяется по среднему арифметическому из частных значений; 3 — из значений Р вычитается Рх

Наименование пылевато-глинистых грунтов по удельному сопротивлению пенетрации

Удельное сопротивление пенетрации Рп, кг/см2

Журнал испытания пылевато-глинистых грунтов на

удельное сопротивление пенетрации

Глубина отбора пробы, м

Нагрузка на конус Р, кг

Глубина погружения конуса h, см

Удельное сопротивление пенетрации Рп, кг/см2

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА

Настоящая методика распространяется на песчаные грунты и устанавливает метод лабораторного определения угла естественного откоса.

Методика не распространяется на песчаные грунты, содержащие более 3 % органических веществ.

1. Общие положения

Углом естественного откоса называется предельный угол наклона откоса, при котором грунт находится в устойчивом состоянии.

Угол естественного откоса песчаных грунтов определяют на воздухе и под водой.

Каждое определение выполняют с двукратной повторностью.

Точность определения угла естественного откоса — 1.

Сито с сеткой № 2 по ГОСТ 3584-73.

Чашка фарфоровая по ГОСТ 9147-73.

Воронка конусообразная с длинным стеблем № 7.

3. Подготовка к испытанию

3.1. Песчаный грунт высушивают на воздухе и просеивают через сито с сеткой № 2.

Отбирают среднюю пробу грунта.

При проведении испытания на воздухе сухой прибор УВТ-3 устанавливают на противень (без ванны), при проведении испытания под водой — в ванну прибора УВТ-3.

4. Проведение испытания

Обойму заполняют песком через воронку до полного заполнения.

При проведении испытания под водой ванну заполняют водой до шейки обоймы. Насыщение песка водой продолжают до потемнения поверхности песка в обойме.

Осторожным движением вверх снимают обойму.

5. Обработка результатов

Отсчет в градусах берут по вершине стабилизировавшегося конуса, соприкасающийся с градуированной стойкой столика прибора УВТ-3.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЖИМАЕМОСТИ

Настоящая методика распространяется на элювиальные пылевато-глинистые грунты твердой и полутвердой консистенции, а также песчаные грунты и устанавливает способ лабораторного определения их сжимаемости в компрессионных приборах.

Методика не распространяется на грунты, содержащие крупнообломочные включения более 20 %, а также обломки более 10 мм.

1. Общие положения

Соответствует ГОСТ 23908-79.

Для выяснения анизотропии сжимаемости, для образцов элювиальных грунтов компрессионные исследования проводят в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Соответствует ГОСТ 23908-79.

Площадь одометров принимают в зависимости от размеров и содержания по массе обломочного материала:

при содержании обломков менее 5 мм — не менее 40 см2

при содержании обломков 5 — 10 мм — не менее 100 см2

3. Подготовка к испытаниям

Соответствует ГОСТ 23908-79.

4. Проведение испытания

Структурную прочность (Рстр) элювиальных грунтов определяют путем нагружения образцов ступенями давления по 0,0025 МПа до начала сжатия, характеризуемого относительной деформацией 0,005

Начальную ступень давления принимают 0,05 МПа.

Дальнейшие ступени давления принимают 0,1 МПа.

После приложения каждой ступени давления регистрируют показания индикаторов через интервалы времени 0,25; 1; 10; 30; 60 мин, 2 ч до достижения условной стабилизации деформаций.

Условная стабилизация деформации не более 0,01 мм;

для пылевато-глинистых грунтов — за 12 ч;

для песчаных грунтов — за 6 ч.

Далее проведение испытаний соответствует ГОСТ 23908-79.

5. Обработка результатов испытаний

Соответствует ГОСТ 23908-79.

Значения поправки ?? за отсутствие поперечного расширения грунта в копрессионном приборе для:

песков пылеватых и мелких 0,75

песков средней крупности, крупных 0,85

суглинков гвердых и полутвердых0,6

глин твердых и полутвердых0,8

МЕТОД ОПРЕЛЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВЫВЕТРЕЛОСТИ

Настоящая методика распространяется на крупнообломочные элювиальные грунты и устанавливает метод лабораторного определения коэффициента выветрелости.

1. Общие положения

1.1. Коэффициент выветрелости К следует определять по формуле

где К1 — отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм после испытания на истирание,

Ко — то жо до испытания на истирание.

1.2. Квк — определяют для для крупнообломочного элювия магматических и метаморфических грунтов, содержащих не менее 10 % по массе заполнителя частиц размером менее 2 мм.

Для крупнообломочного элювия осадочных грунтов содержание заполнителя не регламентируется.

1.3. Разделение образца грунта на фракции и определение массы частиц размером менее и более 2 мм проводят по ГОСТ 12536-79.

Взвешивания производят с точностью ?? 1 г.

Результаты вычисления Квк должны иметь погрешность не более 0,01.

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 испытаниям

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 т1 и обломков т2.

4. Проведение испытаний

Образец загружают в полочный барабан.

Испытания проводят циклами вращения барабана по 2 мин, устанавливая каждый раз просеиванием массу мелкозема т11 и обломков т21 .

4.3. Испытания проводят до тех пор пока выход мелкозема после очередного цикла по массе станет равным 1 % или менее от начальной массы пробы. Усталооленные для этого момента значения т11 и т21 используют для определения максимальной степени разрушения обломков и расчета К1.

1.1. К случае увеличения выхода мелкозема за первые 2 цикла менее 10 % от т1 обломки следует относить к прочным, грунт оценивать как невыветрелый и испытание прекратить.

1.5. В случае увеличения выхода мелкозема в пределах 10 — 25 % от т1 за природную степень разрушения принимают отношение т1 к т2 после четырехминутного испытания в барабане.

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

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

5. Обработка результатов

5.1. К вычисляют по формуле (1).

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

Угол естественного откоса

Углом естественного откоса , или критический угол естественного откоса , [1] из гранулированного материала является крутым углом спуска или погружения относительно горизонтальной плоскости, до которой можно укладывать материал без проседания. Под этим углом материал на грани откоса находится на грани скольжения. Угол естественного откоса может составлять от 0 ° до 90 °. Морфология материала влияет на угол естественного откоса; гладкие округлые песчинки не могут быть сложены так круто, как грубые, взаимосвязанные пески. На угол естественного откоса также могут повлиять добавки растворителей. Если небольшое количество воды может заполнить промежутки между частицами, электростатическое притяжение воды к минеральным поверхностям увеличит угол естественного откоса и связанные с этим величины, такие как прочность почвы .

Когда сыпучие сыпучие материалы насыпают на горизонтальную поверхность, образуется коническая куча. Внутренний угол между поверхностью сваи и горизонтальной поверхностью известен как угол естественного откоса и связан с плотностью , площадью поверхности и формой частиц, а также коэффициентом трения материала. Материал с низким углом естественного откоса образует более плоские груды, чем материал с большим углом естественного откоса.

Этот термин также используется в механике , где он относится к максимальному углу, под которым объект может опираться на наклонную плоскость без скольжения вниз. Этот угол равен арктангенс от коэффициента статического трения μ _s между поверхностями.

СОДЕРЖАНИЕ

• 1 Приложения теории
• 2 Измерение
  • 2.1 Методы определения угла естественного откоса
    • 2.1.1 Метод наклонной коробки
    • 2.1.2 Метод фиксированной воронки
    • 2.1.3 Метод вращающегося цилиндра
• 3 Из различных материалов
• 4 С разными опорами
• 5 Эксплуатация личинок муравьиных львов и червоточин (Vermileonidae)
• 6 См. Также
• 7 ссылки

Применение теории [ править ]

Угол естественного откоса иногда используется при проектировании оборудования для обработки твердых частиц. Например, его можно использовать для проектирования подходящего бункера или силоса для хранения материала или для определения размера конвейерной ленты для транспортировки материала. Его также можно использовать для определения вероятности обрушения откоса (например, отвала или насыпи неуплотненного гравия); осыпи склона происходит от угла естественного откоса и представляет собой крутой склон куча сыпучего материала будет принимать. Этот угол естественного откоса также имеет решающее значение для правильного расчета устойчивости сосудов.

Он также часто используется альпинистами как фактор при анализе лавинной опасности в горных районах. [ необходима цитата ]

Измерение [ править ]

Существует множество методов измерения угла естественного откоса, каждый из которых дает несколько разные результаты. Результаты также чувствительны к точной методологии экспериментатора. В результате данные из разных лабораторий не всегда сопоставимы. Один метод — это испытание на трехосный сдвиг , другой — испытание на прямой сдвиг .

Если коэффициент статического трения материала известен, то хорошее приближение угла естественного откоса можно получить с помощью следующей функции. Эта функция в некоторой степени точна для стопок, в которых отдельные объекты в стопке крохотные и сложены в случайном порядке. [2]

где μ _s — коэффициент статического трения, θ — угол естественного откоса.

Методы определения угла естественного откоса

Измеренный угол естественного откоса может варьироваться в зависимости от используемого метода.

Метод наклона бокса

Этот метод подходит для мелкозернистых несвязных материалов с индивидуальным размером частиц менее 10 мм. Материал помещают в коробку с прозрачной стороной для наблюдения за гранулированным исследуемым материалом. Изначально он должен быть ровным и параллельным основанию коробки. Ящик медленно наклоняют до тех пор, пока материал не начнет сдвигаться в большом количестве, и измеряют угол наклона.

Метод фиксированной воронки

Материал переливается через воронку, образуя конус. Кончик воронки следует держать близко к растущему конусу и медленно поднимать по мере роста ворса, чтобы свести к минимуму воздействие падающих частиц. Прекратите заливку материала, когда ворс достигнет заданной высоты, а основание — заданной ширины. Вместо того, чтобы пытаться измерить угол полученного конуса напрямую, разделите высоту на половину ширины основания конуса. Обратный тангенс этого отношения — угол естественного откоса.

Метод вращающегося цилиндра

Материал помещается в цилиндр, по крайней мере, с одним прозрачным концом. Цилиндр вращается с фиксированной скоростью, и наблюдатель наблюдает за движением материала внутри вращающегося цилиндра. Эффект похож на наблюдение за тем, как одежда перекатывается в медленно вращающейся сушилке для белья. Гранулированный материал будет принимать определенный угол при движении во вращающемся цилиндре. Этот метод рекомендуется для получения динамического угла естественного откоса и может отличаться от статического угла естественного откоса, измеренного другими методами.

Из различных материалов [ править ]

Вот список различных материалов и их угол естественного откоса. [3] Все измерения являются приблизительными.

Материал (состояние)	Угол естественного откоса (градусы)
Пепел	40 °
Асфальт (дробленый)	30–45 °
Кора (древесные отходы)	45 °
Отруби	30–45 °
Мел	45 °
Глина (сухой ком)	25–40 °
Глина (мокрая выемка)	15 °
Семена клевера	28 °
Кокосовый орех (тертый)	45 °
Кофе в зернах (свежий)	35–45 °
земной шар	30–45 °
Мука (кукуруза)	30–40 °
Мука (пшеничная)	45 °
Гранит	35–40 °
Гравий ( щебень )	45 °
Гравий (натуральный с песком)	25–30 °
Солод	30–45 °
Песок (сухой)	34 °
Песок (заполненный водой)	15–30 °
Песок (мокрый)	45 °
Снег	38 ° [4]
Мочевина (гранулированная)	27 ° [5]
Пшеница	27 °

С разными опорами [ править ]

Различные опоры изменят форму сваи (на рисунках ниже кучи песка), хотя углы естественного откоса остаются прежними. [6] [7]

Определение физических свойств грунта

Краткое содержание статьи

Визуально-тактильный метод исследования физических свойств грунта

Степень цементации породы, выветрелость обломков, крепость породы могут быть оценены по сопротивлению ударам молотка, разламыванию руками, характеру излома. Запах породы помогает выявить ее сульфатность, наличие разлагающихся органических включений. Так, глины текучей консистенции часто отличаются от илов по затхлому запаху последних. В полевых условиях могут быть получены и такие приближенные оценки свойств пород, как размокаемость, растворяемость, липкость и другие.

Супесь — почти, но еще не песок. Суглинок — почти, но еще не глина.

Визуально-тактильно определяемые признаки состояния глинистых грунтов по консистенции

Кон­си­стен­ция	При­знак
Су­песь твер­дая	Об­ра­зец грун­та при уда­ре раз­би­ва­ет­ся на кус­ки, при сжа­тии в ла­до­ни рас­сы­па­ет­ся, при рас­ти­ра­нии пы­лит. Вы­ре­зан­ный ку­сок ло­ма­ет­ся без за­мет­но­го из­ги­ба.
Су­песь пла­стич­ная	Об­ра­зец грун­та лег­ко раз­ми­на­ет­ся ру­кой, хо­ро­шо фор­ми­ру­ет­ся и со­хра­ня­ет при­род­ную фор­му, при сжа­тии в ла­до­ни ощу­ща­ет­ся влаж­ность. Ино­гда об­ла­да­ет лип­ко­стью.
Су­песь те­ку­чая	Об­ра­зец грун­та лег­ко де­фор­ми­ру­ет­ся от не­зна­чи­тель­но­го на­жи­ма и рас­те­ка­ет­ся.
Су­глин­ки и гли­ны твер­дые	Об­ра­зец грун­та при уда­ре раз­би­ва­ет­ся на кус­ки, ино­гда при сжа­тии в ла­до­ни рас­сы­па­ет­ся, при рас­ти­ра­нии пы­лит, но­готь боль­шо­го паль­ца вдав­ли­ва­ет­ся в об­ра­зец грун­та с тру­дом.
Су­глин­ки и гли­ны по­лутвер­дые	Вы­ре­зан­ный бру­сок грун­та без за­мет­но­го из­ги­ба ло­ма­ет­ся с об­ра­зо­ва­ни­ем ше­ро­хо­ва­той по­верх­но­сти из­ло­ма, при раз­ми­на­нии кро­шит­ся. Но­готь боль­шо­го паль­ца вдав­ли­ва­ет­ся в об­ра­зец грун­та без осо­бых уси­лий.
Су­глин­ки и гли­ны ту­го­пла­стич­ные	Вы­ре­зан­ный бру­сок грун­та за­мет­но из­ги­ба­ет­ся еще до из­ло­ма. Ку­сок грун­та с тру­дом раз­ми­на­ет­ся ру­ка­ми; па­лец лег­ко остав­ля­ет не­глу­бо­кий от­пе­ча­ток, но вдав­ли­ва­ет­ся лишь при силь­ном на­жи­ме.
Су­глин­ки и гли­ны мяг­ко­пла­стич­ные	Об­ра­зец грун­та на ощупь влаж­ный или очень влаж­ный. Ку­сок грун­та лег­ко раз­ми­на­ет­ся, но при фор­ми­ро­ва­нии со­хра­ня­ет при­дан­ную ему фор­му. Ино­гда при­дан­ная фор­ма со­хра­ня­ет­ся на про­дол­жи­тель­ное вре­мя. Па­лец вдав­ли­ва­ет­ся в об­ра­зец грун­та при уме­рен­ном на­жи­ме на не­сколь­ко сан­ти­мет­ров.
Су­глин­ки и гли­ны те­ку­че­пла­стич­ные	Об­ра­зец грун­та на ощупь влаж­ный. Ку­сок грун­та раз­ми­на­ет­ся при лег­ком на­жи­ме паль­цем, но не со­хра­ня­ет фор­му, лип­кий и без про­су­ши­ва­ния не мо­жет быть рас­ка­тан в жгут тол­щи­ной 3 мм.
Су­глин­ки и гли­ны те­ку­чие	Об­ра­зец грун­та на ощупь очень влаж­ный. При фор­ми­ро­ва­нии не со­хра­ня­ет при­дан­ную фор­му, а по­ме­щен­ный на на­клон­ную плос­кость те­чет тол­стым сло­ем (язы­ком).

Визуально-тактильно определяемые признаки степени влажности песчаных грунтов

Сте­пень влаж­но­сти грун­та	При­знак
Ма­лой сте­пе­ни во­до­на­сы­ще­ния (ма­ло­влаж­ный) Sr 0.8	Встря­хи­ва­е­мый на ла­до­ни об­ра­зец рас­по­ла­га­ет­ся, об­ра­зуя ле­пеш­ку, или рас­те­ка­ет­ся

Определение плотности грунта методом режущего кольца

Плотность грунта ρ — отношение массы (веса) грунта к его объему, г/см³ (т/м³).

Полевой метод режущего кольца применяется для песчаных и глинистых немерзлых грунтов, легко поддающихся вырезке, а также для грунтов, форма которых без кольца не сохраняется.

Применяют кольца из некорродирующего материала, внутренним диаметром не менее 50–70 мм, высотой не более диаметра и не менее половины диаметра, со стенками толщиной не менее 1,5 мм. Для однородных глинистых грунтов допускается применять кольца внутренним диаметром 40 мм. Одна сторона кольца должно иметь заостренный режущий край, с углом заточки не более 30°.

Для определения плотности грунта, пустое кольцо с пластинами-крышками взвешивается, измеряются его размеры (внутренний диаметр и высота) и вычисляется его внутренний объем с точностью до 0,1 см³. Затем в него набирается грунт и кольцо с грунтом опять взвешивается (рис. 9). Вес грунта разделенный на внутренний объем кольца покажет объемный вес грунта (плотность).

рис. 10. Определение плотности грунта методом режущего кольца

1. Кольцо, смазанное изнутри тонким слоем вазелина, заостренной поверхностью установить на предварительно выравненную поверхность грунта и вдавить его на 1–2 мм в грунт. Перекос и забивание кольца не допускаются.

2. Если нужно, то узким шпателем или ножом прорыть вокруг кольца канавку формируя грунтовый столбик. Аккуратно и постепенно насадить кольцо на столбик. Снова прорывать канавку и снова вдавить кольцо, пока оно полностью не заполнится исследуемым грунтом и грунт окажется выше кольца на 1-2 мм.

3. Если грунт плотный подрыть его под кольцом на конус и вынуть кольцо с грунтом. Если грунт рыхлый срезать кольцо ниже его на 10–15 мм плоской лопаткой или пластиной. Одновременно отобрать пробу грунта для анализа влажности.

3. Срезать грунт сверху кольца выравнивая его по верхней кромке и накрыть стеклянной металлической или пластмассовой предварительно взвешенной пластиной. Перевернуть кольцо и сровнять грунт с кромкой кольца. Иными словами, нужно сделать так, чтобы в кольце сохранился грунт естественного сложения, заполняющий весь объем кольца.

4. Протереть кольцо и взвесить его с крышкой-пластинкой и грунтом на весах с точностью до 0,01 г. Требуется проводить не менее двух параллельных испытаний. Результат находится, как среднеарифметическое.

5. Объемный вес грунта естественной влажности ρ вычислить по формуле:

где m — вес образца грунта с кольцом и пластинками r; m₁ — вес кольца, г; m₂ — вес стекол или пластинок, г; V — объем грунта, находящегося в полости кольца (внутренний объем кольца), см³.

Определение влажности грунта методом высушивания до постоянной массы

Влажность грунта W — количество свободной и поверхностно связанной воды, содержащейся в порах грунта в естественных условиях.

Для определения влажности грунт нужно взвесить, потом высушить до постоянной массы и опять взвесить. Разность масс покажет сколько в грунте было воды. Метод применяется для всех грунтов.

1. Для исследования естественной влажности W отбирают 15–50 г, грунта и помещают в пронумерованный алюминиевый или стеклянный стаканчик (бюкс) с плотной крышкой. Делается одновременно два анализа, то есть исследуются две пробы.

2. Взвешивают пробу в закрытом стаканчике с известным весом.

3. Открытый стаканчик помещают вместе с крышкой в сушильный шкаф нагретый до 105 ± 2°С (для загипсованных грунтов 80 ± 2°С). Песчаные грунты сушат 3 часа, глинистые — 5 часов, а загипсованные — 8 часов.

4. Стаканчик вынимают из сушильного шкафа, закрывают крышкой и охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием, поглощающем водяные пары, до температуры помещения. Грунт взвешивают вместе со стаканчиком и крышкой.

5. Открытую бюксу вместе с крышкой опять ставят в сушильный шкаф. Песчаные грунты сушат 1 час, остальные — 2 часа.

6. Стаканчик с грунтом вынимают, закрывают крышкой, охлаждают, взвешивают и, если необходимо, опять сушат один или два часа в зависимости от типа грунта. Операцию повторяют до тех пор, пока при двух последовательных взвешиваниях разница масс будет не более 0,02 г. Если при повторном взвешивании наблюдается увеличение массы, то к расчету принимают наименьший результат.

7. Влажность грунта W , %, вычисляют по формуле:

где m — масса пустого стаканчика с крышкой, г; m₁ — масса влажного грунта со стаканчиком и крышкой, г; m_o — масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.

Результат исследования двух проб находится, как среднеарифметическое. Допускается выражать влажность грунта в долях единицы. При расхождении результатов двух параллельных анализов более чем на 2%, исследование нужно повторить изменив количество проб до трех и более.

Для песчаных грунтов этот метод исследования применяется как основной, для глинистых, как заключительная часть исследования на пластичность и текучесть.

Определение характерных влажностей и консистенции глинистого грунта

Изменение влажности глинистого грунта изменяет его состояние (консистенцию). В зависимости от количества воды находящейся в глинистом грунте он может находиться в твердом, пластичном или текучем состояниях. Пограничное состояние содержания влаги, при котором грунт переходит из твердого состояния в пластичное называется границей раскатывания, а из пластичного состояния в текучее — границей текучести.

Разность между численными значениями текучести и раскатывания называется числом пластичности I _p, которое определяет классификационное наименование грунта.

рис. 10. Исследование грунта на пластичность

Определение границы раскатывания

Граница раскатывания грунта характеризуется влажностью W_p (в процентах), при которой тесто, изготовленное из грунта и воды и раскатываемое в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на отдельные кусочки длиной 3–10 мм.

1. Наиболее достоверные результаты получают при работе с образцами глинистого грунта, доставленного в лабораторию с сохранением естественной влажности (в закрытой банке), так как высушивание может способствовать образованию агрегатов, искажающих оценку гидрофильности.

Илистые грунты содержащие избыточное количество влаги, подсушить обжатием грунтовой массы, помещенной в хлопчатобумажную ткань, между листами фильтровальной бумаги под давлением (пресс, груз).

Для проведения анализа исследуемый грунт размять (нарезать) и растереть в фарфоровой чашке обрезиненном пестиком не допуская дробления частиц. Пинцетом выбрать из протертого грунта растительные остатки крупнее 1 мм. Выделить из грунта минеральные частицы крупнее 1 мм протиранием сквозь сито.

2. Методом квартования отобрать пробу массой около 300 г. Выдержать пробу в закрытом стеклянном сосуде не менее 2 часов. Для грунтов, содержащих органические вещества, лабораторное исследование делать сразу, без двухчасовой выдержки.

3. В грунт добавить дистиллированной воды и размять его до состояния пластилина. Одновременно провести два анализа используя две пробы по 40–50 г.

4. На стекле, пластмассе или листе бумаги раскатать ладонью шарик грунта в жгут диаметром 3 мм. Длина жгута не должна превышать ширины ладони. При толщине жгута 3 мм он должен развалиться на кусочки от 3 до 10 мм. Если этого не произошло, смять жгут в шарик и раскатать опять. Повторять пока не получится. Смятие и раскатывание удаляет из него воду. Грунт добавлять в пробу нельзя. Если жгут развалился при большем диаметре — добавить в пробу воды. Цель раскатывания пробы в жгут — оставить в грунте, то количество воды, которое будет соответствовать переходу из пластического состояния в твердое. Для контролирования толщины жгута положите рядом гвоздь семидесятку (без шляпки) или обрезок проволоки диаметром 3 мм. Жгут должен быть примерно таким же.

Если из приготовленного грунтового теста невозможно раскатать жгут диаметром 3 мм (грунт рассыпается), то считают, что данный грунт не имеет границы раскатывания.

5. Кусочки распадающегося грунта собрать в бюксы и когда масса грунта в них составит 10–15 грамм провести исследование на влажность, описанное выше. То есть грунт нужно взвесить, довести до абсолютно сухого состояния и опять взвесить.

6. Вычислить влажность грунта на границе пластичности W_p.

Определение границы текучести

Граница текучести грунта характеризуется влажностью W_z (в процентах), при которой лабораторный конус погружается в приготовленную грунтовую массу на 10 мм за 5 секунд.

1. Грунт подготовить также, как и для определения влажности границы раскатывания (см. выше пункты 1–2).

2. Растертую грунтовую массу разбавить дистиллированной водой до состояния пасты. Плотно уложить ее шпателем в цилиндрическую чашу небольшими порциями так, чтобы не было воздушных полостей. Для их удаления, чашу постукивать ладонью или об резиновый коврик. Поверхность пасты загладить шпателем вровень с краями чаши.

3. Смазанный тонким слоем вазелина балансировочный конус осторожно опустить на грунтовую пасту, позволяя ему погрузиться в нее под действием собственного веса.

4. Через пять секунд конус должен погрузиться в исследуемый грунт на 10 мм (риска на конусе). Это говорит о том, что влажность грунта соответствует границе текучести.

5. Если конус не погрузился в пасту на требуемую глубину в образец долить дистиллированную воду и тщательно перемешать. Если конус погрузился ниже риски — грунт подсушить перемешиванием и небольшим ожиданием.

6. По достижении грунтом влажности соответствующей границе текучести (погружение конуса на 10 мм за 5 секунд), отобрать из него пробу 15–20 мм и провести анализ на влажность, описанный выше. То есть грунт взвесить, высушить до абсолютно сухого состояния и опять взвесить. Произвести два параллельных анализа, результат вычислить, как среднеарифметическое.

7. Вычислить влажность грунта на границе текучести W_z.

Число пластичности I _p измеряется в долях единцы и рассчитывается по формуле:

где W_z — влажность на границе текучести; W_p — влажность на границе пластичности, в долях единицы.

По числу пластичности и содержанию в грунте песчаных частиц определяется наименование грунта (таблица 3).