Механика грунтов

 
Электростальский политехнический институт (филиал МИСиС) 
Кафедра промышленного и гражданского строительства 

В.Д. Кочергин, А.П. Кожевников 

 

МЕХАНИКА ГРУНТОВ

Лабораторный практикум 

для студентов специальностей 2903, 2915 

 

Рекомендован редакционно-издательским  

советом института

МОСКВА 2002

 

УДК 624.04 
 
К55 

К55 
Кочергин В.Д., Кожевников А.П. Механика грунтов: Лаб. 
практикум. – М.: МИСиС, 2002. – 74 с. 

Рассмотрены основные методы лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов. Приведены методы определения показателей состояния и свойств грунтов, сопровождающиеся экспериментальными данными, полученными с помощью приборов и аппаратуры. 
Лабораторный практикум предназначен для студентов строительных специальностей 2903 и 2915. 
 
 

 

 

 

 

 

 Московский государственный 

институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС), 2002 

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение .................................................................................................... 4 

Указания по технике безопасности ......................................................... 5 

Лабораторная работа 1 
Определение физико-механических 
характеристик глинистого грунта ........................................................... 6 

Лабораторная работа 2 
Определение физико-механических 
характеристик песчаного грунта ........................................................... 24 

Лабораторная работа 3 
Определение коэффициента фильтрации 
песчаного грунта ..................................................................................... 32 

Лабораторная работа 4 
Определение угла внутреннего трения песчаных грунтов 
по углу естественного откоса ................................................................ 41 

Лабораторная работа 5 
Определение сжимаемости грунтов 
способом компрессии ............................................................................. 45 

Лабораторная работа 6 
Определение сопротивления грунтов сдвигу ...................................... 60 

Литература .............................................................................................. 73 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Основной целью лабораторного практикума по курсу «Механика грунтов» является ознакомление студентов специальностей 2903 и 
2915 с основными методами лабораторного определения физикомеханических свойств грунтов в соответствии с требованиями действующих норм и правил проектирования оснований и фундаментов. 
Лабораторные работы тесно связаны с лекционным материалом и способствуют углублению и закреплению полученных знаний. 
Для успешного выполнения лабораторных работ студент обязан 
предварительно изучить соответствующий раздел курса по учебнику 
или конспекту лекций, а также ознакомиться с описанием лабораторных 
работ, приведенных в практикуме. К проведению каждого эксперимента 
следует подходить как к самостоятельной исследовательской работе. 
Особое внимание надо обращать на точность всех измерений. 
В ходе выполнения лабораторных работ студент должен вести самостоятельную запись результатов опытов в рабочем журнале. 
После обработки результатов опытов и оформления их в рабочем журнале студент сдает зачет преподавателю, ведущему занятия. При сдаче зачета студент должен продемонстрировать знание 
теоретических основ выполненных работ, лабораторных методов исследования и способов обработки полученных результатов. 
В целях лучшего усвоения материала в практикуме после каждой работы приведены контрольные вопросы для самопроверки. 
Каждая лабораторная работа сопровождается примером оформления 
результатов испытаний. 
По окончании работы студент обязан очистить лабораторную 
установку и привести свое рабочее место в порядок. 
Следует помнить о бережном отношении к оборудованию и 
измерительным приборам. 
Необходимо строго соблюдать правила техники безопасности 
при проведении испытаний. 

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ 
БЕЗОПАСНОСТИ 

При выполнении лабораторных работ следует строго соблюдать следующие правила техники безопасности. 
1. При вырезании грунтового столбика острым ножом необходимо проявлять осторожность. 
2. Нож должен находиться на середине лабораторного стола 
и пользоваться им имеет право тот студент, которому поручено вырезать грунтовый образец. 
3. Работающий с ножом не должен в этом случае делать резкие движения руками и передвигаться по аудитории. 
4. Особую осторожность следует проявлять при кипячении 
проб грунта на песчаной бане. 
5. Снимать пикнометры с прокипяченными грунтом и водой 
можно только специальными щипцами. 
6. Закрывать в сушильном шкафу нагретые бюксы с грунтом и 
переносить их в эксикатор можно только в том случае, если предварительно на руки надеты перчатки, предохраняющие руки от ожога. 
7. При загружении прибора для испытания грунтов следить за 
тем, чтобы руки или ноги студентов, проводящих испытания, не находились под грузовыми площадками. 

Лабораторная работа 1 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ 
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ 
ХАРАКТЕРИСТИК ГЛИНИСТОГО 
ГРУНТА 

(4 часа) 

1.1. Цель работы 

Определить экспериментальным путем, используя образцы глинистого грунта с естественной ненарушенной структурой, исходные 
физические показатели грунта в соответствии с рекомендациями ГОСТа 
25100 – 82 ([2]), на их основе вычислить производные физические показатели, и по ним, в соответствии с требованиями СНиПа 2.02.01 – 83 
([1]) или [3] определить полное наименование грунта и нормативные 
значения его прочностных и деформационных характеристик. 

1.2. Теоретическое введение 

Грунт, как и всякое физическое тело, обладает рядом физических и механических свойств, обусловленных минералогическим и 
химическим составом его элементов. 
В строительной практике чаще всего используются обломочные, песчаные и глинистые грунты, представляющие собой дисперсные, а, следовательно, пористые тела. Эти грунты, как правило, состоят из трех основных компонентов или фаз: твердых минеральных 
частиц, воды в различных агрегатных состояниях и газообразных 
включений. Качественные и количественные изменения соотношений между этими фазами ведут к изменению физических свойств 
грунта, а, следовательно и его наименования. 
Строителю и проектировщику важно знать стандартное название грунта в соответствии с существующей классификацией грунтов [2]. Эта классификация основана на физических свойствах грунтов или, иначе, их физических показателях. В механике грунтов различают исходные, или основные, и производные физические показатели, определяемые по формулам на основе исходных показателей. 

Исходные физические показатели определяются путем непосредственных испытаний в полевых условиях или в лабораторных условиях на образцах грунта с естественной ненарушенной структурой. 
К исходным физическим показателям глинистого грунта относятся [3]: 
− 
плотность грунта ρ – отношение массы грунта, включая 
воду в его порах, к занимаемому этим грунтом объему (г/см3; т/м3); 
− 
плотность частиц грунта ρs – отношение массы сухого 
грунта (исключая массу воды в его порах) к объему твердых частиц 
этого грунта (г/см3; т/м3); 
− 
природная или естественная влажность грунта W – отношение массы воды, содержащейся в порах грунта, к массе твердых 
частиц грунта в абсолютно сухом состоянии (масса твердых частиц, 
высушенная при температуре 105 °С до постоянной массы), выражаемое в долях единицы, а иногда в процентах. 

При расчетах оснований фундаментов, для величин, обозначающих отношение веса грунта к занимаемому им объему 
(Н/м3; кН/м3 ) следует использовать термины: удельный вес грунта γ 
и удельный вес частиц грунта γs. 
Удельный вес определяется путем умножения соответствующей плотности грунта на ускорение свободного падения 
q ≈ 9,81 м/с2 ≈ 10 м/с2. 
Для наиболее часто встречающихся грунтов средняя плотность их частиц ρs составляет (г/см3) ([3] табл. 9): для песков – 2,66; 
для супесей – 2,7; для суглинков – 2,71; для глин – 2,74. 

Естественной влажностью грунта называется количество 
свободной и поверхностно связанной воды, содержащейся в порах 
грунта в естественных условиях его залегания. 
Существует ряд методов определения влажности грунтов. Наибольшее распространение имеет весовой метод, рассматриваемый ниже. 

Весовой влажностью грунта называется отношение массы 
воды, содержащейся в грунте, к массе грунта, высушенного при температуре 100…105 °С до постоянной массы. 
В зависимости от влажности пылевато-глинистые грунты изменяют свои свойства и состояние, которое может быть твердым, 
пластичным и текучим. Поэтому влажности, соответствующие резким переходам грунта из одного состояния в другое, называют критическими или характерными. 

Пластичностью грунта называется его способность деформироваться под действием внешнего давления без разрыва сплошности массы грунта и сохранять полученную при деформации новую 
форму после снятия внешнего давления. 
Таким образом, наибольшее значение имеет определение 
влажностей, соответствующих переходу грунта из твердого в пластичное состояние и из пластичного в текучее. 
Для установления способности грунта переходить в пластичное 
состояние производится определение влажностей, характеризующих 
границы пластического состояния текучести и раскатывания грунта. 
Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее, называется границей текучести WL. 
Граница текучести грунта характеризуется влажностью теста, 
изготовленного из грунта и воды, при которой стандартный балансирный конус погружается под действием собственной массы за 5 с. 
на глубину 10 мм (рис. 1.1). 

 

Рис. 1.1. Определение влажности грунта 
с помощью балансирного конуса 

Влажность, при которой грунт находится на границе перехода из 
твердого состояния в пластичное, называется границей раскатывания Wp. 
Граница раскатывания грунта характеризуется влажностью, 
при которой тесто, изготовленное из грунта и воды, раскатываемое в 
жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на отдельные кусочки 
длиной 3…10 мм. 

Разница между значениями влажности, отвечающими границе текучести и границе раскатывания, называется числом пластичности и определяется по формуле 

 
Jp = WL – Wp. 
(1.1) 

Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. 
Согласно [3, табл. 1.1] пылевато-глинистые грунты в зависимости от 
числа пластичности подразделяются на следующие типы (табл. 1.1). 

Таблица 1.1 

Типы пылевато-глинистых грунтов 

Тип грунта
Число пластичности в долях единицы

Супесь

Суглинок 

Глина 

0,01≤ Јр ≤ 0,07; 

0,07 < Јр ≤ 0,17; 

Јр > 0,17. 

 
Числовая характеристика, показывающая, в каком состоянии 
(твердом, пластичном или текучем) находится грунт в условиях естественного залегания на строительной площадке, называется показателем текучести ЈL и определяется по формуле 

 
ЈL = 
.

p
L

p
W
W

W
W

−

−
 
(1.2) 

В зависимости от консистенции, характеризуемой показателем текучести (показателем консистенции) ЈL, глинистые грунты 
имеют разновидности, представленные в табл. 1.2 ([3, табл. 13]). 

Таблица 1.2 

Разновидности глинистых грунтов 

Разновидности 

грунтов

Показатель теку
чести ЈL

Разновидности 

грунтов

Показатель теку
чести ЈL

Супеси:

– твердые 

– пластичные 

– текучие 

ЈL < 0, 

0 ≤ ЈL ≤ 1, 

ЈL > 1. 

Суглинки и глины:

– твердые 

– полутвердые 

– тугопластичные 

– мягкопластичные 

– текучепластичные 

– текучие 

ЈL < 0 

0 ≤ ЈL ≤ 0,25, 

0,25 < ЈL ≤ 0,5, 

0,5 < ЈL ≤ 0,75, 

0,75 < ЈL ≤ 1, 

ЈL> 1.  

На основе исходных показателей расчетным путем определяются производные физические показатели: плотность сухого грунта ρd, пористость n и коэффициент пористости е грунта [3]. 

Плотностью сухого грунта (твердой части) ρd называется 
отношение массы твердых частиц сухого грунта к общему объему, 
занимаемому этим грунтом в состоянии природной влажности и ненарушенного сложения. 
Плотность сухого грунта вычисляется по формуле 

 
ρd = ρ / (1 + W). 
(1.3) 

Под пористостью грунтов понимается наличие в них мелких 
пустот. 

Пористостью грунта n называется отношение объема пор в 
грунте к общему объему, занимаемому грунтом, что соответствует 
объему пор в единице объема грунта. 
Пористость грунта выражается в долях единицы и вычисляется по формуле 

 
n = 1 – 
.

s

d
ρ
ρ
 
(1.4) 

Для одного и того же грунта пористость не является величиной постоянной. Она изменяется в зависимости от давления на грунт, 
условий формирования и залегания грунтов в природе или при возведении и эксплуатации сооружений. 

В инженерных расчетах вместо пористости чаще используют 
коэффициент пористости е, представляющий собой отношение объема пор в грунте к объему, занимаемому только грунтовыми частицами. 
Коэффициент пористости вычисляется по формуле 

 
е = (
)

d

d
s
ρ
ρ
−
ρ
, 
(1.5) 

или, с учетом формулы (1.3): 

 
е = 
(
)

1
1
−
ρ

+
ρ
W
s
. 
(1.6) 

Если грунты залегают ниже уровня грунтовых вод, то, согласно закону Архимеда, их удельный вес с учетом взвешивающего 
действия воды, вычисляется по формуле 

 
)
(
)
(
e

w
s
sb
+
γ
−
γ
=
γ
1
, 
(1.7) 

где γw ≈ 10 кН/м3 – удельный вес воды. 
На основании полученных физических показателей в соответствии с требованиями СНиПа 2.02.01 – 83 [1] (или [3]) определяются наименование грунта и нормативные значения его прочностных 
и деформационных характеристик. Действительные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов определяются на 
основании результатов непосредственных испытаний образцов грунтов в полевых или лабораторных условиях. 
Для предварительных расчетов оснований фундаментов зданий 
и сооружений I класса капитальности допускается определение прочностных и деформационных характеристик грунтов на основании их физических характеристик с использованием таблиц, приведенных в [1] 
или [3], которые составлены путем статистической обработки результатов большого числа испытаний грунтов. Для зданий и сооружений II и 
III классов эти характеристики могут использоваться и при окончательных расчетах оснований фундаментов зданий и сооружений. 
Нормативные значения прочностных и деформационных характеристик глинистых грунтов определяются по [1, приложение 1, 
табл. 1, 2, 3] и [1, приложение 3, табл. 1 – 6], или в соответствии с рекомендациями, приведенными в [3], для чего предварительно необходимо знать полное наименование грунта, коэффициент пористости е и показатель консистенции ЈL. 

1.3. Экспериментальное определение исходных 
физических показателей (по ГОСТ 5180 – 84) 

ЗАДАНИЕ 1.3.1. Определение плотности грунта 
методом режущего кольца 

Лабораторное оборудование 

Режущее кольцо из некорродирующего металла с внутренним 
диаметром не менее 50 мм, высотой не более диаметра и не менее 
половины диаметра, со стенками толщиной не менее 1,5 мм; нож с 
прямым лезвием.