Контрольная работа по «Грунтознавство та механіка грунтів»

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ ІНСТИТУТ

ДЕРЖАВНОГО  ВИЩОГО НАВЧАЛЬНОГО ЗАКЛАДУ

“ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ” 
 
 

     Кафедра Б та ЕАД 
 
 
 
 

     КОНТРОЛЬНЕ  ІНДИВІДУАЛЬНЕ ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ 

     з дисципліни «Грунтознавство та механіка грунтів» 
 
 
 
 
 
 
 

                              Виконав: студент гр. АД-08Б

                                                                    Кравцов Е. С.

                                                                                    Пепевірив: Дирда Н. П.

                                                                                    Залікова книжка 08-041 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                       м. Горлівка 2010

 Запитання: 

    1. Властивості суглинистих легких грунтів.

    2. Які грунти використовують в дорожньому і аеродромному будівництві.

    3. Які частинки грунту називають колоїдними?

    4. Що таке щільність грунту.

    5. Що таке показник консистенції грунту. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Суглинистые грунты занимают промежуточное положение между песчаными и глинистыми. Содержат такие грунты от 3 до 30% включений глины. При содержании глины от 10—30% грунт относят к суглинкам, а при более низком содержании грунт называют супесью. Супеси характеризуются относительно благоприятными свойствами при использовании их в качестве материала проезжей части грунтовых дорог и в основаниях дорожных покрытий. Они малопластичны и непластичны. В сухом состоянии обладают достаточной связностью, пылеобразование незначительно. Быстро просыхают, не набухают и не обладают липкостью. Эти грунты устойчивы в сухом и во влажном состоянии, так как сочетают положительные стороны песчаных (большое внутреннее трение и хорошую водопроницаемость) и глинистых (связность в сухом состоянии) частиц. Плотность суглинка при естественной влажности 14...19 % составляет от 1500 до 1600 кг/м3. Коэффициент разрыхления изменяется в пределах от 1,2 до 1,3. Суглинок с числом пластичности 7...12 называют легким, а с числом пластичности свыше 12 - тяжелым.

    Суглинки  легкие отличаются связностью и незначительной водопроницаемостью. Пластичность, липкость, набухание и капиллярные свойства проявляются в заметной степени, особенно с увеличением содержания глинистых частиц. Большая высота капиллярного поднятия воды и способность переходить в плывунное состояние при увлажнении (при небольшом содержании глинистых частиц) обуславливают весьма неудовлетворительные свойства этих грунтов при использовании в дорожных сооружениях. Легкий суглинок — связный грунт, часто образует пучины, в сухое время года обеспечивает проезд по дороге; можно применять как добавку к песчаным грунтам. При обработке вяжущими не всегда дает удовлетворительные результаты.

Плотность легкого  суглинка составляет 1600...1900 кг/м³. Высота каппилярного подъема влаги над уровнем водоносного слоя составляет 2-2,5м. 

    2. Под грунтами принято понимать любые горные породы или почвы, а также твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, представляющие собой многокомпонентную систему, изменяющуюся во времени, и используемые в качестве основания, материала или среды (при сооружении тоннелей) для возведения зданий и других инженерных сооружений, в том числе автомобильных и аэродромов.      

    Очень важной в практическом отношении  и неотделимой частью грунтоведения  является изучение и разработку как  способов улучшения отдельных свойств грунтов путем их осушения, уплотнения, так и методов коренного преобразования грунтов путем придания им новых, качественно иных и более высоких свойств. Изменение первоначальных свойств природных и техногенных (искусственных) дисперсных грунтов различного состава и генезиса и преобразование их в монолитный, прочный и морозоустойчивый конструктивный слой дорожной или аэродромной одежды принято называть укреплением грунтов. Такое превращение дисперсной системы в монолитную массу с заданными новыми физико-механическими свойствами достигается путем внесения оптимальных добавок вяжущих и других веществ и последовательного выполнения установленных технологических операций с обязательным использованием высокопроизводительных комплектов (отрядов) грунтосмесительных и других машин.

    Актуальность  использования укрепленных грунтов в настоящее время обусловлена увеличивающимися объемами строительства автомобильных дорог, в том числе и дефицитом (высокой стоимостью) каменных материалов. Значительные затраты на транспортирование материалов вызывают увеличение общей стоимости строительства автомобильных дорог. Поэтому на территориях для устройства дорожных одежд целесообразно применять местные материалы, укрепленные различными вяжущими.

    Для устройства дорожных и аэродромных оснований и покрытий из укрепленных грунтов, приготовленных в смесительных установках, применяют осадочные несцементированные крупнообломочные и песчаные грунты, супеси всех разновидностей, а при укреплении методом смешения на дороге - и глинистые грунты с числом пластичности не более 22. 
       При этом зерновой состав суглинков с числом пластичности свыше 12 и глин с числом пластичности до 22 необходимо предварительно улучшать добавками извести, золы уноса и песка из отсевов дробления карбонатных пород или природного крупнозернистого песка с доведением числа пластичности до 12. 
       Кроме естественных грунтов, соответствующих классификации ГОСТ, допускается использовать техногенные грунты (в том числе материалы дробления и фрезерования дорожных одежд) и промышленные отходы в соответствии с этим стандартом. Разрешается также применять песчано-гравийные, песчано-щебеночные, песчано-гравийно-щебеночные смеси и пески, отвечающие требованиям ГОСТ. Максимальный размер зерен крупнообломочных и техногенных грунтов должен быть не более 40 мм. 
       Содержание частиц размером более 5 мм в измельченном, подготовленном к обработке органическими вяжущими глинистом грунте не должно быть более 25% по массе, в том числе содержание частиц размером более 10 мм - не более 10% по массе. 

    Для укрепления естественных грунтов применяют следующие основные минеральные вяжущие материалы:  
        - портландцемент, шлакопортландцемент, известково-шлаковый цемент, а также другие виды цементов марок не ниже 300;  
        - известь молотую негашеную, известь гидратную, известь гидрофобизированную 1-го и 2-го сортов. 
     В качестве вяжущих или их компонентов используют следующие неорганические отходы и побочные продукты производства:  
       - гипсошлаковые и портландцементошламовые вяжущие;  
       - золы уноса сухого отбора; 
       - золошлаковые смеси гидроудаления;

    - пыль  уноса цементных заводов;  
       - нефелиновый шлам и бокситовый шлам;  
       - фосфополугидрат кальция;  
       - комплексные вяжущие марок по прочности в 90-суточном возрасте, не менее 100. 

    3. Коллоидами называются минеральные, органические и органо-минеральные частицы и молекулы размером от 0,1 до 0,001 ц (микрон — одна тысячная доля миллиметра). Коллоидные свойства начинают проявляться у частиц размером менее 1 ц, или 0,001 мм — предколлоидная фракция. С водой они образуют коллоидные растворы, обнаруживают броуновское движение, проходят через бумажные и не проходят через органические фильтры. Следует отметить, что водные растворы с частицами более 1 ц образуют водные суспензии, а с частицами менее 0,001 ц — истинные, или молекулярные, растворы. Вещества, раздробленные до коллоидных частиц, обладают большой удельной поверхностью. Коллоиды по механическому составу относятся к фракции ила (частицы менее 0,001 мм), а по двучленной классификации — к фракции физической глины (частицы менее 0,01 мм). 
       Состав и свойства почвенных коллоидов. Многие свойства почв зависят от состава и свойств коллоидных частиц. В природе коллоидные частицы образуются при измельчении минералов и горных пород под влиянием выветривания и почвообразования, разложении органических веществ, образовании гумуса, в котором принимают участие органические и минеральные соединения. Коллоидные частицы по происхождению делятся на минеральные, в состав которых входят вторичные глинистые минералы (гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, гетит, гидраты окиси железа), а также мелкие частицы первичных минералов (в основном кварц и слюды), органические, представленные главным образом гумусовыми кислотами и их солями, и органо-минеральные соединения гумусовых веществ с глинистыми (вторичными) минералами.

    Одной из наиболее важных особенностей глинистых  и коллоидных частиц является то, что они несут электрический заряд. Это играет большую роль при формировании грунтов и в значительной степени обусловливает как разнообразие их свойств, так и различное поведение при взаимодействии с вяжущими и другими веществами. 
        Каждая коллоидная частица состоит из однородного вещества кристаллического или аморфного строения. Атомы, находящиеся на границе коллоидной частицы с водой или воздухом, имеют свободные валентности. Одной из причин возникновения свободных валентностей является диссоциация молекул (лат. dissociatio — разделение, распадение молекул на составные части) в почвенных растворах. Например, молекулы ортокрем-ниевой кислоты H4Si04, образующиеся в процессе выветривания, при их частичной диссоциации на ионы (ЗН+, HSi043) и переходе положительно заряженных ионов водорода в раствор приобретают отрицательныйзаряд. У коллоидов, состоящих из вторичных глинистых минералов, отрицательный заряд образуется при частичной диссоциации молекул и переходе в раствор катионов Н+, Са2+, Mg2+, Fe3+, а также при замещении трехвалентных элементов на двухвалентные и разрыве кислородных связей, соединяющих атомы кремнезема. 
       В органических соединениях диссоциируют карбоксильные (—СООН), фенолгидроксильные (—ОН) и некоторые другие группы. Наиболее активны карбоксильные группы. При взаимодействии с почвенным раствором катион водорода отщепляется, а анион остается скрепленным с органической коллоидной частичкой, которая приобретает отрицательный заряд. Нередко в дочвах образуются коллоидные частицы, имеющие и положительный заряд, например у гидроокисей металлов при диссоциации гидроксильных ионов.

    Заряд частиц легко проверить. Если через V-образную трубку с почвенным коллоидным раствором пропускать постоянный электрический ток, то большая часть минеральных и органических коллоидов передвинется к положительно заряженному электроду, подтверждая правильность вывода об отрицательном заряде почвенных коллоидов. Это явление называют электрофорез. 
       Коллоидные частицы с водой образуют коллоидные растворы двух типов — золь и гель. Золь — коллоидный раствор, в котором частицы находятся во взвешенном состоянии, так как они почти не оседают. Например, коллоидные растворы солонцовых почв не оседают в течение 2—5 лет. В форме золя, особенно тонкие частички, способны проникать глубоко в почву. Частички золя не оседают, так как каждая из них имеет одинаковый заряд. Известно, что частички с одинаковым зарядом отталкиваются. Если сила отталкивания больше силы тяжести, то все они находятся во взвешенном состоянии. Для того чтобы частички осели, нужно ввести в раствор вещества, имеющие противоположный заряд. Эти вещества называются электролитами. К ним в первую очередь относятся простые минеральные соли. 
       Обычный почвенный раствор, как известно, содержит освобождающиеся при выветривании и почвообразовании простые минеральные соли. Молекулы солей или электролитов хорошо диссоциированы в воде. Положительно заряженные ионы металлов взаимодействуют с отрицательно заряженными коллоидными частицами и нейтрализуют их. Электронейтральные частички начинают медленно опускаться в воде под действием силы тяжести, одновременно склеиваясь друг с другом, обволакивая более крупные почвенные частицы, образуя пленки и корочки в тонких почвенных трещинах. Захватывая воду, они образуют новый вид коллоидного раствора — гель. В состоянии геля коллоидный раствор приобретает свойство клея (греч. colla — клей, eidos — видный, т. е. клеевидный). 

    4. Плотность грунтов характеризует их состояние. Это одно из наиболее важных физических свойств грунта. Плотность вычисляется как отношение массы грунта к его объему. Инженерная геология определяет плотность грунтов по нескольким составляющим: плотностью грунта ρ, плотностью твёрдых частиц грунта ρs и плотностью скелета ρd. Обычно плотность грунтов определяют в г/см³ или кг/м³.

    Плотность твердых частиц (ρs) подразумевает среднюю плотность минеральных, органических, а также минерально-органических веществ, входящих в состав. Численно это можно представить в виде отношения объема твердых частиц к массе грунта. Плотность грунтов зависит от минерального и органического состава грунта. Если увеличивается содержание тяжелых элементов в грунте, то, соответственно, увеличивается и показатель его плотности. А органические вещества, напротив, значительно снижают показатель плотности грунта. Если грунт не содержит растворимых солей, органических веществ и подобных примесей, то его плотность остается неизменной. В связи с этим чаще всего используются усредненные значения при операциях с расчетами. Например, для глины этот показатель составляет 2,74 г/см³, для суглинков – это 2,71 г/см³, для песчаного грунта - 2,66 г/см³, а для суглинков плотность грунта составляет 2,71 г/см³.

    Плотность грунтов (ρ) – это его объемная масса или плотность влажного материала. Она выражается в массе единичного объема при естественной влажности грунта и при ненарушенном природном положении. Плотность грунтов зависит от характера сложения, минеральных составляющих грунта, а также пористости и влажности грунта. При увеличении количества минеральных примесей плотность грунтов увеличивается, а при увеличении количества веществ органического происхождения плотность уменьшается. При отборе грунта для исследования необходимо учитывать, что грунт должен быть постоянно влажным. Это важное условие, которое поможет более точно и эффективно исследовать грунт. Плотность может широко варьироваться (от 1,30 до 2,20 г/см³). Непостоянным также будет удельное давление на грунт. Грунты, содержащие цементационные и кристаллизационные связи в частичках обладают значительно более высокой плотностью. Эта плотность приближена к плотности твердых частиц с малой степенью пористости.

    Плотность скелета грунтов (ρd) представляет собой  массу твердых элементов на единицу  объема грунта при естественной ненарушенной структуре. Удельное давление на грунт будет зависеть от пористости и минерального состава.