6 определение угла естественного откоса песчаных грунтов. Земляные работы в строительстве. Технологии закрепления грунтов

Угол естественного откоса или угол покоя – это угол между плоскостью основания штабеля и образующей, который зависит от рода и кондиционного состояния груза.Угол естественного откоса – максимальный угол наклона откоса гранулированного материала, не обладающего сцеплением, т. е. свободно текучего материала. Рыхлые и пористые навалочные грузы имеют больший угол покоя, чем твердые кусковые грузы. С увеличением влажности угол покоя растет.При длительном хранении многих навалочных грузов угол покоя за счет уплотнения и слеживаемости возрастает. Различают угол естественного откоса в покое и в движении. В покое угол естественного откоса на 10 – 18° больше, чем в движении (например, на ленте транспортера).

Величина угла естественного откоса груза зависит от формы, размера, шероховатости и однородности грузовых

частиц, влажности массы груза, способа его отсыпки, исходного состояния и материала опорной поверхности.

Применяются различные методы определения величины угла естественного откоса; к числу наиболее распространенных относятся способы насыпки и обрушения.

Экспериментальное определение сопротивления сдвигу и основных параметров груза производится обычно методами прямого среза, одноосного и трехосного сжатия. Испытания свойств груза методами прямого среза применимы как к идеальным, так и к связным сыпучим телам. Метод испытания на одноосное (простое) сжатие – раздавливание применим только для оценки общего сопротивления сдвигу связных сыпучих тел при условном допущении, что во всех точках испытываемого образца сохраняется однородное напряженное состояние. Наиболее надежные результаты испытаний характеристик связного сыпучего тела дает метод трехосного сжатия, позволяющий исследовать прочность образца груза при всестороннем сжатии.

Определение угла естественного откоса мелкозернистых веществ (размеры частиц менее 10 мм) производится с помощью «наклонного ящика». Угол естественного откоса в этом случае – угол, образованный горизонтальной плоскостью и верхней кромкой испытательного ящика в тот момент, когда только начнется массовое осыпание вещества в ящике

Судовой метод определения угла естественного откоса вещества используют при отсутствии «наклоняемого ящи-

ка». В этом случае угол естественного откоса – это угол между образующей конуса груза и горизонтальной

плоскостью.

Угол естественного откоса. Способы определения в натурных условиях

Угол естественного откоса или угол покоя – э то угол между плоскостью основания штабеля и образующей, который зависит от рода и кондиционного состояния груза. Угол естественного откоса – максимальный угол наклона откоса гранулированного материала, не обладающего сцеплением, т. е. свободно текучего материала.

На практике данными о величине угла естественного откоса пользуются при определении площади штабелирования груза, количества груза в штабеле, объема внутритрюмных штивочных работ, при подсчете величин давления груза на ограждающие его стенки

Применяются различные методы определения величины угла естественного откоса; к числу наиболее распространенных относятся способы насыпки и обрушения .

Экспериментальное определение сопротивления сдвигу и основных параметров груза производится обычно методами прямого среза , одноосного и трехосного сжатия .

Определение угла естественного откоса мелкозернистых веществ (размеры частиц менее 10 мм) производится с помощью «наклонного ящика ». Угол естественного откоса в этом случае – угол, образованный горизонтальной плоскостью и верхней кромкой испытательного ящика в тот момент, когда только начнется массовое осыпание вещества в ящике.

Судовой метод определения угла естественного откоса вещества используют при отсутствии «наклоняемого ящика». В этом случае угол естественного откоса – это угол между образующей конуса груза и горизонтальной плоскостью.

Практика производства замеров углов естественного откоса в натурных условиях показывает, что их величина несколько изменяется в зависимости от метода отсыпки груза (струей или дождем), массы исследуемого груза, высоты , с которой производится экспериментальная отсыпка.

Для быстрых измерений удобен способ Мооса , при котором зерно насыпают в прямоугольный ящик со стеклянными стенками размерами 100х200х300 мм на 1/3 его высоты. Ящик осторожно поворачивают на 90° и измеряют, угол между поверхностью зерна и горизонтальной (после поворота) стенкой.

РЕСПУБЛИКАНСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

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

РСН 51-84

Госстрой РСФСР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ
СТРОИТЕЛЬСТВА

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

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

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

Вводятся впервые.

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

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

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

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

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

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

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

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

2. ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ, ПОМЕЩЕНИЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4. ХРАНЕНИЕ, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗАМ ОБРАЗЦОВ ГРУНТОВ

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

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

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

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

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

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

5. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

5.11. Размокаемость следует определять в соответствии с требованиями .

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

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

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

Угол естественного откоса следует определять в соответствии с требованиями .

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

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

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

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

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

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

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

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

5.24. Коэффициент выветрелости следует определять в соответствии с требованиями .

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

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

6. ЛАБОРАТОРНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

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

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

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

ОПЕРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ПРИБОРОВ

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

1. Балансирный конус

Острие конуса не должно быть затуплено.

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

2. Сита для просеивания грунтов

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

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

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

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

3. Весы лабораторные квадрантные

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

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

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

4. Компрессионный прибор

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

Канаты механизма сжатия должны лежать в проточенных канавках.

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

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

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

4. Проведение испытания

Соответствует ГОСТ 5181-78.

5. Обработка результатов

Соответствует ГОСТ 5181-78.

МЕ ТОД ОПРЕДЕЛ ЕНИ Я МАКСИМАЛЬНОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ВЛАГОЕМКОСТИ

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

1. Общие положения

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

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

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

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

2. Аппаратура

1.4. Взвешивания производят с точностью ± 1 г

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

2. Аппаратура

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

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

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

3. Подготовка к испытания м

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

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

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

4. Проведение испытаний

4.1. Образец загружают в полочный барабан.

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

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

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

5. Обработка результатов

5.1. К вычисляют по формуле ( ).

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

Таблица 1

Наименование крупнообломочных грунтов по степени выветрелости

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?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 8.61

Угол естественного откоса насыпных грунтов

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

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

Лабораторная работа №1

Определение гранулометрического состава песка и степени его однородности

Цель работы: определение свойств грунта (песка) по его гранулометрическому составу. Зная его состав и содержание в нем определения фракций, можно судить о его свойствах и применении в практике строительства (растворы, песчаные подушки, фундаменты и т.п.).

Задачи работы : получить навыки определения процентного содержания каждой фракции, квартования, определения однородности и неоднородности грунтов по графику.

Обеспечивающие средства: сита, электронные весы, навеска воздушно-сухого песка.

Наименование определений	Размер фракции	Сумма весов фракций	Потеря
> 2,0	1,0	0,5	0,25	0,1	< 0,1
Вес фракции, г (1 отвес)
Вес фракции, г (2 отвес)
Вес фракции, г (3 отвес)
Вес фракции, г (среднее значение)
% от общего количества
Сумма % менее данного диаметра

U = d60/d10 = 0,35/0,14 = 2,5 ≤ 3

Заключение (вывод): Так как U< 3 – песок по составу однородный. Согласно ГОСТ песок средней крупности, так как содержание фракций крупнее d 0,25 больше 50 %.

Исполнители:Сельков Д.М., Старченко В.П., Яковлева Н.В.

Лабораторная работа №2

Определение угла естественного откоса песчаного грунта в сухом и влажном состоянии

Цель работы: исследовать зависимость изменения величины угла естественного откоса песка от его влажности.

Задачи работы : получить навыки работы с прибором Литвинова, научиться правильному взятию отсчетов и определению угла естественного откоса в градусах.

Обеспечивающие средства: прибор системы Литвинова, совок, сосуд с водой, песчаный грунт.

Таблица определения угла естественного откоса

Заключение (вывод):

Угол естественного откоса, угол внутреннего трения (в механике грунтов)- угол, образованный свободной поверхностью рыхлой горной массы или иного сыпучего вещества с горизонтальной плоскостью. Иногда может быть использован термин «угол внешнего трения».

Частицы вещества, находящиеся на свободной поверхности насыпи, испытывают состояние предельного (критического) равновесия. Угол естественного откоса связан с коэффициентом трения и зависит от шероховатости зёрен, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от удельного веса материала.

Угол естественного откоса грунта является параметром прочности почв, и он используется для описания сопротивления трения при сдвиге почвы вместе с нормальным эффективным напряжением.

По углам естественного откоса определяются максимально допустимые углы откосов уступов и бортов карьеров, насыпей, отвалов и штабелей.

При разработке (резании) грунты разрыхляются, структура их нарушается, и они теряют связность. Также изменяются силы трения и сцепления, уменьшаясь с увеличением влажности. Поэтому устойчивость незакрепленных откосов также непостоянна и сохраняется временно до изменения физико-химических свойств грунта, связанного в основном с атмосферными осадками в летнее время и последующим увеличением влажности грунта. Так, угол естественного откоса φ для песка сухого 25...30°, песка влажного 20°, глины сухой 45° и глины влажной 15°. Установление безопасной высоты уступа и угла откоса является важной задачей. От правильного выбора угла откоса зависит безопасность разработки котлована, карьера.

Исполнители:Мелехин С.А., Морохин А.В.