Лабораторная работа 1. Определение величины угла ссыпания и угла естественного откоса зернисто-кускового материала

Цель работы. Определить величины угла естественного откоса и угла ссыпания зернисто-кускового материала.

Теоретические положения . Зернисто-кусковой материал, лежащий на наклонной плос­кости (например, на наклонной плоскости бункера , на наклон­ном ленточном транспортере и т. д.), при определенном угле наклона этой плоскости к горизонту начинает ссыпаться по ней. Такой предельный угол наклона называется углом ссыпания.

В зависимости от формы кусочков можно наблюдать два ви­да движения кускового материала по плоскости ссыпания: сколь­жение и перекатывание. Скольжение наблюдается при кусках с развитыми плоскими гранями; передвижению кусков здесь препятствует трение скольжения между гранями кусков и плос­костью ссыпания. Качение наблюдается при форме кусков, близкой к шару. В этом случае передвижение куска происходит как скатывание его, с сопротивлением трения качения.

Предельное состояние покоя слоя кускового материала на наклонной плоскости имеет место тогда, когда сила трения F равна проекции М силы тяжести G на эту плоскость (рисунок 1). С другой стороны, эта же сила трения пропорциональна нор­мальному давлению кускового материала на наклонную плос­кость

F = M = fN ,

откуда f = М / N = tgα

где f – коэффициент трения, определяемый свойствами самого материала, равный tga ;

α – угол ссыпания зернисто-кускового материала.

Рисунок 1

Если рассматривать весь слой сыпучего материала , который перемещается по гладкой наклонной плоскости, то здесь, даже в случае кусков шарообразной формы, происходит скорее сколь­жение материала по плоскости, чем перекатывание, так как весь материал «течет» сплошной массой.

Угол ссыпания зависит от коэффициента трения материала о плоскость ссыпания, от формы и крупности кусков, от структу­ры поверхности, по которой происходит ссыпание (поверхность может быть гладкой, шероховатой, ребристой и т. д.), а также он влажности самого кускового материала.

Если насыпать зернисто-кусковой материал на горизонталь­ную плоскость, то он располагается на ней в виде конуса. Угол между образующей этого конуса и горизонтальной плоско­стью называется углом естественного откоса зернисто-кускового материала.

Угол естественного откоса всегда больше угла ссыпания (для одного и того же материала), так как наличие неровностей на поверхности материала препятствует скатыванию, а тем более скольжению кусков. Угол естественного откоса в большой степе­ни зависит от фракционного состава кускового материала, ибо последний определяет собой общую структуру поверхности ко­нуса. Эта разнородность размера кусков вызывает в то же вре­мя преимущественное скатывание крупных кусков материала на край насыпаемой кучи, вследствие того, что неровности поверх­ности оказывают меньшее сопротивление перекатыванию крупн ых кусков, чем мелких (рисунок 2). Неравномерное распределение кусков по крупности необходимо учитывать при загрузке насадочных абсорберов, шахтных печей и т. д., так как в местах рас­положения крупных кусков, т. е. на-периферии, получается боль­шее сечение каналов и газ пойдет преимущественно по этим ка­налам, имеющим меньшее гидравлическое сопротивление.

Тонко измельченные материалы имеют больший угол естест­венного откоса, т. е. меньшую сыпучесть, в связи с более разви­той поверхностью трения.

Рисунок 2

Угол естественного откоса значительно зависит от влажности материала, потому что вода, располагаясь на поверхности кус­ков, вызывает слипание их и тем самым затрудняет движение отдельных кусков. Чем меньше куски материала, тем больше проявляется влияние влажности; но чрезмерное увлажнение приводит к увеличению послойной текучести жидкости между кусочками материала, и угол естественного откоса вновь умень­шается (таблица 1).

Таблица 1

Порода	Угол естественного откоса, град, для породы
сухой	влажной	мокрой
Песок крупный	30 – 35	32 – 40	25 – 27
Песок средний	28 – 30
Песок мелкий		30 – 35	15 – 20
Гравий	35 – 40

Угол естественного откоса и угол ссыпания резко уменьшают­ся при движении материала и плоскости, на которой он лежит. При сотрясениях или вибрациях материал интенсивно рассыпа­ется, растекается, стремясь принять горизонтальное положение, так как при вибрациях в отдельные моменты уменьшается вза­имное трение по поверхности соприкосновения кусочков друг с другом и кусочков с плоскостью. На этом основано применение вибротранспортирующих устройств, вибраторов для облегчения разгрузки бункеров, самосвалов и дозирующих устройств.

Знание углов естественного откоса и ссыпания необходимо при проектировании складских помещений, транспортеров, шахт­ных печей, где имеют дело с сыпучими материалами. Невозмож­ность учета теоретически всех факторов, определяющих величи­ну этих углов, приводит к необходимости экспериментального их определения.

Описание установки. Для определения угла естественного откоса используется гладкая горизонтальная плоскость с нанесенными на ней делениями в сантиметрах и короткий металлический цилиндр; для определения угла ссыпания - прибор, состоящий из вала 1, на который навертывается шнур, кронштейна 2, через который шнур соединяется с подъемной доской 3, и угломера 4, установленного у оси вращения подъемной доски. Подъемная доска снабжена указателем, показывающим на угломере угол ее подъема (рисунок 3). Для сбора ссыпавшейся массы поставлен ящик. В рабо­те используется также линейка, весы и прямоугольная металли­ческая рамка.

Рисунок 3

Проведение опыта и запись наблюдений. При определении углов естественного откоса и ссыпания ис­пользуется сыпучий материал двух или трех сортов крупности.

А. Определение угла естественного откоса

1. Установить металлический цилиндр в центре горизонталь­ной плоскости,

2. Набрать совком сыпучий материал и высыпать его в цилиндр.

3. Медленно поднять цилиндр, предоставив материалу сво­бодно рассыпаться по плоскости.

Б. Определение угла ссыпания

1. Уложить на подъемной доске прямоугольную металличес­кую рамку и полностью засыпать ее сыпучим материалом.

2. Снять прямоугольную рамку и, медленно вращая вал, при­вести подъемную доску в наклонное положение.

3. Когда материал начнет ссыпаться, прекратить подъем до­ски и записать угол ее наклона. Перенести весь материал с подъемной доски и ее подставки на лист бумаги, взвесить мате­риал, добавить определенное количество воды (заданное препо­давателем), тщательно перемешать и произвести с влажным ма­териалом те же определения (этапы А, 1 - 4 и Б,

Результаты опытов внести в таблицу 2.

Таблица 2

Наименование исследуемого материала	Угол естественного откоса	Угол ссыпания
сухой материал	влажный материал	Сухой материал	Влажный материал
		tg α				tg α

Обработка результатов опыта. Пользуясь соотношением определить величину tg α и по таблицам найти соответству­ющее значение α.

font-size:14.0pt; font-family:" times new roman>где α – угол естественного откоса, град.;

Н – высота насыпанной кучи материала, см;

D – диаметр насыпанной кучи материала, см;

font-size:14.0pt; font-family:" times new roman>– радиус насыпанной кучи материала, см,

1) Краткое изложение теории и цель работы.

2) Схема установки.

3) Таблица 2.

4) Вывод по работе.

Задание на подготовку к лабораторной работе .

1) Измельчение твёрдых материалов и их классификация .

2) Измельчение, грохочение и дозирование твёрдых тел .

Контрольные вопросы .

1) Объясните понятие «угол ссыпания».

2) Виды движения кускового материала по плоскости ссыпания.

3) Назовите факторы, от которых зависит величина угла ссыпания зернисто-кускового материала.

4) Объясните понятие «угол естественного откоса зернисто-кускового материала».

5) Назовите факторы, от которых зависит величина угла естественного откоса.

6) Скажите какая величина больше - угол ссыпания или угол естественного откоса, объясните почему.

7) Как изменяется величина угла ссыпания и угла естественного откоса при движении материала и плоскости, на которой он лежит?

8) Как угол естественного откоса зависит от влажности?

9) тонко или крупно измельчённый материал имеет больший угол естественного откоса?

10) Для чего необходимо знание углов естественного откоса и ссыпания?

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.

Лабораторная работа № 6

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

Углом естественного откоса грунта называется наибольшее значение угла, который образует с горизонтальной плоскостью поверхность грунта, отсыпанного без толчков; сотрясений и колебаний.
Угол естественного откоса зависит от сопротивления грунта сдвигу. Для установления этой зависимости представим себе грунтовое тело, рассеченное плоскостью а - а, наклоненной к горизонту под углом а (рис. 22).

Часть грунта выше плоскости а - а, рассматриваемая как единый массив, может оставаться в покое или прийти в движение под действием силы P - собственного веса и воздействия возведенного на нем сооружения.
Разложим P на две силы: N = P cos а, направленную нормально к плоскости а - а и силу T = P sin а, параллельную плоскости а - а. Сила T стремится сдвинуть отсеченную часть, которая удерживается силами сцепления и трения в плоскости а - а.
В состоянии предельного равновесия, когда сдвигающая сила уравновешивается сопротивлением трения и сцепления, но когда сдвига еще нет, выполняется равенство 26, т. е. T = N tg ф + CF.
В глинистых грунтах сдвигу в основном противодействует сцепление.

В сухом песке сцепления почти нет и состояние предельного равновесия характеризуется соотношением T = N tg ф. Подставляя значения N и T, получим P sin а = P cos a tg ф или tg a = tg ф и а = ф, т. е. угол а соответствует углу внутреннего трения грунта ф в состоянии предельного равновесия массива несвязного грунта.
Определение угла естественного откоса песка показано на рис. 23. Угол естественного откоса песка определяют дважды - для состояния естественной влажности и под водой. Для этого в стеклянный прямоугольный сосуд насыпают песчаный грунт, как показано на рис. 23, а. Затем сосуд наклоняют под углом не менее 45° и осторожно возвращают в прежнее положение (рис. 23, б). Далее определяется угол а между образовавшимся откосом песчаного грунта и горизонталью; о величине угла а можно судить по отношению hl, равному tg а.

В последние годы для определения характеристик сопротивления грунтов сдвигу предложен ряд новых методов: по данным испытания грунтов в стабилометрах (см. рис. 11), по вдавливанию шарикового штампа в грунт (рис. 24), аналогично определению твердости по Бринеллю и др.
Испытание грунта методом шариковой пробы (рис. 24) заключается в измерении осадки шарика S при действии на него постоянной нагрузки р.
Значение эквивалентного сцепления грунта определяется по следующей формуле:

где P - полная нагрузка на
D - диаметр шарика, см;
S - осадка шарика, см.

Величина сцепления сш учитывает не только силы сцепления грунта, но и внутреннее трение.
Для определения удельного сцепления с значение сш умножается на коэффициент К, который зависит от угла внутреннего трения ф (град).

В последние годы метод шариковой пробы стали применять в полевых условиях. В этом случае применяются полусферические штампы размером до 1 м (рис. 25).
Характеристики сдвига ф и с называются прочностными и точность их определения имеет большое значение при расчете оснований сооружений по прочности и устойчивости.

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.

Общие положения

Назначение и виды земляных сооружений

Объем земляных работ очень большой, он имеется при строительстве любого здания и сооружения. Из общей трудоемкости в строительстве земляные работы составляют 10%.

Различаются следующие основные виды земляных сооружений :

Планировка площадки;

Котлованы и траншеи;

Земляные полотна дорог;

Плотины;

Каналы и др.

Земляные сооружения делятся на :

Постоянные;

Временные.

К постоянным относятся котлованы, траншеи, насыпи, выемки.

К постоянным земляным сооружениям предъявляются требования :

Должно быть прочным, т.е. сопротивляться временным и постоянным нагрузкам;

Устойчивым;

Хорошо сопротивляться атмосферным влияниям;

Хорошо сопротивляться размывающим действиям;

Должны обладать безосадочностью.

Основные строительные свойства и классификация грунтов

Грунтом называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. К ним относятся: растительный грунт, песок, супесь, гравий, глина, суглинок лессовидный, торф, различные скальные грунты и плывуны.

По крупности минеральных частиц и их взаимной связи различают следующие грунты :

Связные – глинистые;

Несвязные – песчаные и сыпучие (в сухом состоянии), крупнообломочные несцементированные грунты содержащие более 50% (по массе) обломков кристаллических пород размером более 2 мм;

Скальные – изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткой связью между зернами.

К основным свойствам грунтов, влияющим на технологию производства, трудоемкость и стоимость земляных работ относятся :

Объемная масса;

Влажность;

Размываемость

Сцепление;

Разрыхленность;

Угол естественного откоса;

Объемной массой называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии в плотном теле.

Объемная масса песчаных и глинистых грунтов 1,5 – 2 т/м3, скальных не разрыхленных до 3 т/м3.

Влажность – степень насыщения пор грунта водой

g b – g c – масса грунта до и после сушки.

При влажности до 5% - грунты называются сухие. При влажности от 5 до 15% - грунты называются маловлажными. При влажности от 15 до 30% - грунты называются влажные.
При влажности более 30% - грунты называются мокрые.

Сцепление – начальное сопротивление грунта сдвигу.

Сила сцепления грунтов : - песчаных грунтов 0,03 – 0,05 МП- глинистых грунтов 0,05 – 0,3 МП- полускальных грунтов 0,3 – 4 МПа- скальных более 4 МПа.

В мерзлых грунтах сила сцепления значительно больше.

Разрыхляемость – это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке, вследствие потери связи между частицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентом разрыхления К р. После уплотнения разрыхленного грунта называется остаточной разрыхленностью К ор.

Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта. Величина угла естественного откоса зависит от угла внутреннего трения, силы сцепления и давления вышележащих слоев. При отсутствии сил сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса. Крутизна откосов выемок и насыпей характеризуется отношением высоты к заложению m – коэффициент откоса.

Углы естественного откоса грунтов и отношение высоты откоса к заложению

Грунты	Значение углов естественного откоса и отношений высоты откоса к его заложению при различной влажности грунтов
Сухой	Влажный	Мокрый
Угол в град		Угол в град	Отношение высоты к заложению	Угол в град	Отношение высоты к заложению
Глина		1: 1		1: 1,5		1: 3,75
Суглинок средний		1: 0,75		1: 1,25		1: 1,75
Суглинок легкий		1: 1,25		1: 1,75		1: 2,75
Песок мелкозернистый		1: 2,25		1: 1,75		1: 2,75
Песок среднезернистый		1: 2		1: 1,5		1: 2,25
Песок крупнозернистый		1: 1,75		1: 1,6		1: 2
Растительный грунт		1: 1,25		1: 1,5		1: 2,25
Насыпной грунт		1: 1,5		1: 1		1: 2
Гравий		1: 1,25		1: 1,25		1: 1,5
Галька		1: 1,5		1: 1		1: 2,25

Размываемость грунта – унос частиц текучей водой. Для мелких песков наибольшая скорость воды не должна превышать 0,5-0,6 м/сек, для крупных песков 1-2 м/сек, для глинистых грунтов 1,5 м/сек.