Как найти коэффициент пористости грунта

Коэффициент пористости грунта

Коэффициент пористости грунта – это соотношение между объемами пустот и твердых частиц грунта. Его определяют экспериментальным путем или с помощью вычислений по плотности, массе и объему образцов. Показатель характеризует пористость грунта, которая влияет на многие другие свойства материала.

В этой статье мы подробно поговорим о такой величине как пористость грунта, опишем, какой она бывает и на что влияет. Мы подробно расскажем про коэффициент пористости и приведем формулу, по которой она высчитывается.

Что такое пористость грунта

Пористость – это объем пустого пространства, которое располагается между твердыми частицами грунта. Оно заполнено водой или воздухом. Вблизи месторождений полезных ископаемых в порах также могут находиться природный газ или нефть.

Пористость обозначается буквой n, измеряется в процентах и вычисляется по следующей формуле:

Пористость формируется в процессе выветривания. У скальных грунтов она очень низкая, но резко увеличивается при появлении трещин и разрушении породы. Если грунт образовался из вулканических (пепла, туфа) или органических (известняка, ракушечника) отложений, его пористость изначально высокая.

На объем пор влияет ряд факторов, таких как размер и форма частиц. Показатель низкий у мелкодисперсных грунтов с округлыми зернами. Если частицы ребристые, неокатанные, между ними может быть больше пустого пространства.

Пористость дисперсных грунтов всегда выше, чем скальных. Она уменьшается по мере удаления от поверхности земли. На глубине грунт плотнее, так как испытывает давление верхних слоев. Кроме того, степень выветривания грунта здесь всегда ниже.

Влияют на показатель и органические примеси. Так, плодородные почвы обладают высокой пористостью, они дополнительно разрыхляются организмами, живущими в верхних слоях земли. Один из самых высоких показателей у торфяников из-за особенностей сложения полуразложившихся остатков растений.

Пористость влияет на многие свойства грунта, поэтому определение ее коэффициента – это одно из важнейших геодезических исследований.

Ведь от показателя зависят такие характеристики как:

• Несущая способность
  Грунт с большим количеством пустот неустойчив, склонен к деформациям, не выдерживает больших статических и динамических нагрузок.
• Усадка и сжимаемость
  Под давлением объем пор уменьшается, грунт сжимается, и сооружения дают усадку.
• Сопротивление сдвигу
  Грунт с высокой пористостью легче смещается под влиянием динамических боковых нагрузок. Но на этот показатель также влияют форма частиц и особенности их поверхности. Шероховатые неокатанные зерна имеют лучшее сцепление, а значит и более высокое сопротивление сдвигу.
• Влагоемкость
  В пористом грунте может задерживаться больше жидкости. В первую очередь это касается глины, которая имеет способность связывать воду и набухать.
• Водопроницаемость
  Хорошей водопроницаемостью обладают грунты с открытыми порами, которые сообщаются между собой.
• Коррозийные свойства
  В пористых грунтах накапливается влага с растворенными солями. В них создаются оптимальные условия для роста бактерий, разлагающих сульфаты. Все это ведет к повышению коррозийных свойств грунта. Поэтому металлические конструкции в такой среде быстрее разрушаются.

Для грунтов, которые используются в строительных работах, высокая пористость является недостатком. Единственное исключение – установка дренажных систем. Ведь грунт вокруг них должен иметь разную пористость, чтобы пропускать и фильтровать воду.

В садово-огородных работах также используются пористые почвы. Они способны накапливать воду и воздух, необходимые для роста и развития растений. Но слишком высокий показатель здесь также нежелателен, так как почва с большим количеством открытых пор обладает большей водопроницаемостью. Влага при этом быстро уходит в нижние горизонты, а верхние в это время пересыхают.

Показатели пористости колеблются в широких пределах – от 0,5-3% (у скальных грунтов из магматических и метаморфических пород) до 90% (у торфа).

В таблице даны показатели пористости самых распространенных материалов.

Таблица пористости грунтов

Также скальные грунты, в зависимости от пористости, могут разделяться на разновидности. Их классификация описана в ГОСТ 25100-2011. Все данные вы найдете в таблице ниже.

Разновидности скальных грунтов по пористости

Таким образом, если соотнести две таблицы, мы увидим, что:

• Непористыми скальными грунтами считаются, например, габбро, гранит, диорит, гранодиорит, мрамор, пироксенит, порфирит
• Слабопористые скальные грунты – это базальт, кварцит, прочный песчаник
• К среднепористым можно отнести доломит, известняк, слабый песчаник
• Сильнопористым скальным материалом считается опока

Также существует разделение грунтов в зависимости от размера пор.

Они могут быть:

• Мелкопористые (поры составляют тысячные доли миллиметра)
• Крупнопористые (от десятых долей до 2 мм)

Во многих дисперсных грунтах, особенно с преобладанием мелких частиц, присутствуют поры разного размера. Поэтому такое разделение всех материалов на мелко- и крупнопористые является довольно условным.

Дальше вы узнаете об основных видах пористости.

Виды пористости грунта

Пористость грунта бывает:

• Активной
  Вода проходит через поры при определенном напоре (давлении). Активная пористость уменьшается с увеличением количества глинистых частиц. Она наиболее характерна для песчаных и гравелистых грунтов.
• Вторичной
  Это пористость, которая возникла в процессе растворения солей уже после формирования грунта. Такое явление характерно для пород с высоким содержанием гипса, хлорида и гидрокарбоната натрия, карбонатов.
• Динамической
  Она включает лишь тот объем пор, который может пропускать жидкость и газы. Она всегда меньше общей.
• Критической
  Это пористость песчаного грунта, при которой он становится устойчивым к сдвигу. Определяют показатель при испытании двух одинаковых образцов, один из которых находится в естественном сложении, а второй – в разрыхленном состоянии.
• Насыщенной
  Это пористость грунта при полном заполнении его пустот водой.
• Неэффективной
  При такой пористости жидкость и воздух не проходят через поры, так как они изолированы от внешней среды.
• Эффективной
  Это объем пор, через которые могут проходить вода и газы при определенном напоре.
• Общей
  Этот показатель определяется общей суммой открытых и закрытых пор.
• Трещинной
  Этот тип характерен для скальных трещиноватых грунтов.

Кроме разных типов пористости существуют и свои разновидности грунтовых пор. О них вы узнаете в следующей части статьи.

Виды грунтовых пор

Грунтовые поры – это пустые пространства неправильной формы. Они могут располагаться между отдельными частицами или внутри породы.

По расположению относительно твердых частиц их разделяют на:

• Межагрегатные
  Эти поры находятся между сцементированными агрегатами осадочных пород, окаменевшими остатками животных и растений.
• Межгранулярные
  Поры располагаются между частицами или обломками зернистых осадочных грунтов.
• Межзерновые
  Поры образуются из-за дефектов кристаллической решетки скальных грунтов, часто имеют форму тонких трещин.

Также пустоты в грунтовом массиве могут сообщаться между собой внешней средой или быть изолированными.

По этому свойству поры разделяют на:

• Открытые
• Закрытые

Открытые поры располагаются между твердыми частицами. Через них свободно проходят вода и воздух, обеспечивается фильтрация. Закрытые поры образуются внутри породы или конгломератов. Они уменьшают плотность грунта, но не влияют на его водопроницаемость и влагоемкость. При давлении объем закрытых пор остается стабильным. Он может уменьшиться лишь в том случае, когда частицы грунта разрушаются, и поры открываются.

Грунтовые поры разделяются и по размерам. Основные характеристики этих разновидностей даны в таблице.

Характеристики грунтовых пор

Мелкие поры иногда также разделяют на:

• Субкапиллярные (менее 0,2 мкм)
• Капиллярные (0,2-100 мкм)
• Сверхкапиллярные (больше 100 мкм)

В следующей части текста мы расскажем, как определяется коэффициент пористости с помощью вычислений и экспериментальным путем, приведем показатели для некоторых типов грунтов.

Что такое коэффициент пористости грунта

Коэффициент пористости грунта – это соотношение объема пор к объему твердой части, выраженное в долях единицы. Он обозначается буквой е. Экспериментальным путем его определяют для скальных грунтов. Для этого измеряют объем воды при полном насыщении влагой грунта. Он соответствует объему пор.

Затем показатель высчитывают по формуле:

e=n/m,

где n – объем пор грунта, m – объем твердых частиц.

Определить коэффициент пористости в песчаных грунтах опытным путем трудно, а в глинистых – невозможно. Поэтому на практике чаще применяют вычисления, в которых учитывается плотность скелета сухого грунта, твердых частиц или их объем.

Согласно ГОСТ 25100-2011, коэффициент пористости вычисляется по формуле:

Как определяют плотность разных компонентов, вы можете прочитать в нашем разделе Плотность грунта.

Для определения коэффициента пористости можно воспользоваться и готовыми данными для разных типов грунтов:

• Гравий – 0,25-0,3
• Супесь – 0,4-0,45
• Суглинок – 0,45-0,5
• Глина – 0,5-0,65

Как видно из приведенных цифр, коэффициент пористости не превышает единицы. Это значит, что объем пустот в грунте всегда меньше, чем его твердая часть. Исключение составляют лишь некоторые почвы с высоким содержанием торфа или грунты на основе вулканического пепла.

Коэффициент пористости – это один из показателей, по которому проводится классификация песчаных грунтов. В таблице даны его значения в зависимости от разновидности материала.

Песчаный грунт с пористостью больше 0,7-0,8 считается непригодным для строительства. При насыщении водой он легко теряет связность, разжижается под механическим воздействием. Такой песчаный (иногда супесчаный) материал называется плывуном.

Пористость – это нестабильная величина, которая во многом зависит от степени уплотнения грунта. Ее обязательно определяют при строительстве, чтобы правильно подготовить площадку под основание дома или дороги. Для уменьшения показателя проводят трамбовку. Положительной считается эффективная открытая пористость – такой грунт хорошо пропускает воду, не давая ей задерживаться под основаниями.

В сельском хозяйстве, наоборот, предпринимают меры, чтобы повысить показатель пористости почв. Ведь растения могут нормально развиваться лишь в почвогрунтах с достаточным количеством пустот, заполненных водой и воздухом. При этом желательно, чтобы большая часть пор была закрытой. Почвы с открытой пористостью быстро пропускают воду в нижние горизонты, а верхние слои при этом пересыхают.

Пористость и коэффициент пористости грунта

Отношение объема пор в
образце к объему всего образца называют
пористостью грунта (n).
Отношение объема твердых частиц в
образце к объему всего образца обозначим
m.

Тогда

;

. (1.12)

В образце
единичного объема

m + n
= 1; n = 1 – m
. (1.13)

Таким образом, n
= V₂ –
равняется объему пор, а m=
V₁ –
равняется объему твердых частиц.

Так как

и

,
то, записав

,

можем получить
формулу для расчета пористости

.
(1.14)

Пористость грунта выражают
в процентах:

.
(1.14′)

Отношение объема пор к
объему твердых частиц грунта называют
коэффициентом пористости (e).
Коэффициент пористости можно рассчитать
по формуле

.
(1.15)

Можно выразить пористость
грунта и объем твердых частиц в единице
объема грунта через коэффициент
пористости

и

.
(1.16)

Коэффициент пористости –
безразмерная величина.

Коэффициент водонасыщения

Коэффициентом водонасыщения
(S_r)
называется отношение природной влажности
грунта w к его полной
влагоемкости w_sat
(влажности, соответствующей полному
заполнению пор грунта водой):

.
(1.17)

Коэффициент водонасыщения
измеряется в долях единицы.

При полном заполнении пор
водой влажность грунта будет равна
отношению массы воды в объеме пор (
)
к массе твердых частиц (
):

.
(1.18)

Здесь _w
– плотность воды, равная 1 г/см³.

Тогда формулу для вычисления
коэффициента водонасыщения можно
записать в виде

.
(1.19)

Отсюда можно получить
выражение для коэффициента пористости
полностью водонасыщенного грунта при
S_r
= 1:

e
= w_sat
_s
. (1.20)

Коэффициент водонасыщения
может изменяться от 0 в случае абсолютно
сухого грунта до 1 при полном заполнении
пор грунта водой.

У грунтов, залегающих ниже
уровня подземной воды, скелет испытывает
взвешивающее действие воды. При этом
вес твердых частиц уменьшается на вес
вытесненной ими воды.

Для единичного объема

масса твердых
частиц в воде равна _s
– _w;

объем твердых
частиц равен m.

Тогда плотность грунта с
учетом взвешивающего действия подземной
воды может быть выражена формулой

. (1.21)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

В рамках подготовки перед строительством в обязательном порядке исследуют грунт. Специалисты профильных компаний занимаются инженерно-геологическими изысканиями. В результате они определяют все свойства грунта перед созданием фундамента, и одним из важных его показателей считается пористость. Это значение характеризует количество пор – пустот в грунте.
Это свойство влияет на несущую способность. Кроме того, показатель пористости – вспомогательная величина для определения остальных характеристик грунта. Без него нельзя рассчитать сопротивление, сжимаемость грунта или выстроить компрессионную кривую. Все эти параметры важны в процессе строительства. Благодаря знанию перечисленных показателей проектируют надежные фундаменты.
Сегодня наша задача – узнать, что такое пористость грунта и ее
коэффициент, а также ознакомиться с формулой их определения.

Классификация грунтов

По нормативному документу (ГОСТ 25100-2020) грунты делятся на четыре крупных класса:
1. скальные – обладают жесткой структурой, состоящей из кристаллизационных и цементационных свойств;
2. дисперсные – структура состоит из физических, физико-химических и механических связей;
3. мерзлые – преобладают криогенные связи;
4. техногенные – связи образуются в результате человеческой деятельности.

Так как в ходе эволюции возникало множество физических и химических факторов, то внутри земной коры образовались типы грунтов, которые классифицируют по частицам и наличию органических веществ.
Так их делят еще на три вида:
1. двухкомпонентные – состоят из твердых частиц, у которых поры заполнены водой (зерна минералов и лёд);
2. трехкомпонентные – в составе твердые частицы, чьи поры заполнены водой, воздухом или газом в виде пузырьков;
3. четырехкомпонентные – состоят из твердых частиц, у которых в порах находится вода, газ или воздух и органические компоненты.

Что такое пористость грунта

Это величина, характеризующая количество пор, а именно их отношение к общему объему грунта. Показатель позволяет оценить прочностные и деформационные характеристики. Пористость формируется в процессе образования грунта и его метаморфических изменений: появления трещин, выветривания, выщелачивания.
Она бывает нескольких видов:
· Общая – это общий объем пор, а также не связанные между собой поры и поровое пространство, заполненное «связанной жидкостью». В полевых условиях для ее определения используют плотностной и нейтронный каротажи – геофизическое исследование. В лаборатории же для ее вычисления необходимы знания о минералогической и объемной плотности горной породы.
· Открытая – объем сообщающихся между собой пор. Эту величину специалисты определяют путем водонасыщением изучаемого образца.
· Закрытая – объем замкнутых, но не связанных пор.
Дополнительно выделяют четвертый тип – эффективные и динамические поры. Первый вид представляет собой поры, занятые газом или нефтью, а второй – поры, через которые при конкретном давлении и температуре передвигаются газы или жидкость.
Одновременно рассчитывают коэффициент пористости. Он характеризует отношение объема пор к объему твердых частиц.

Типы пор

Грунты делятся на несколько разновидностей по размеру пор: мелкопористые – от сотых и тысячных долей мм, крупнопористые – от десятых долей мм до 2 мм.
Сами поры делятся по размерам следующим образом: субкапиллярные – менее 0,2 мк, капиллярные – 0,2-100 мк, сверхкапиллярные – больше 100 мк.

Влияние пористости на другие свойства грунта

Пористость влияет на несущую способность. Грунты с низким показателем менее пригодны для строительства, потому что они хуже сжимаются под действием внешних нагрузок.
Знание показателя пористости позволяют анализировать структуру грунта. Например, значение ее коэффициента одновременно равно показателю влажности грунта при полном заполнении его пор водой.
Песчаные грунты имеют сравнительно небольшую пористость – 30-35%, поэтому они хорошо пропускают жидкость. А у глинистых этот показатель близится к 70%, поэтому эти грунты практически водонепроницаемые.

Как определяют коэффициент пористости

Согласно ГОСТ 25100-2020, этот показатель вычисляют по формуле:

е = (ps-pd)/, где е – коэффициент пористости, ps – плотность частиц, г/см3, а pd – плотность сухого грунта, г/см3.
Кроме этого, значение пористости еще определяют как отношение веса воды, которая заполнила все имеющиеся поры, к массе абсолютно сухого грунта.

Коэффициент пористости варьируется, но обычно не превышает единицы. Исключение составляют уплотненные дисперсные горные породы. У них этот показатель может быть больше единицы.
Для вычисления коэффициента пористости у скальных грунтов используют метод водонасыщения. С помощью этого способа определяют внешний объем и объем пустотного пространства. Под внешним объемом понимают разность веса между сухим и водонасыщенным образцом, а объем пустотного пространства – это разница весов двух образцов, один из которых насыщен жидкостью в воздухе, а другой – в жидкости. Деление одного значения на другое дает показатель пористости.

Для грунтов глинистого происхождения нет метода лабораторного исследования на пористость. Для ее вычисления используют зависимость, которая связывает ее с плотностью твердых частиц, плотностью грунта и скелета. Для определения коэффициента пористости у связных грунтов используют значения удельного и объемного веса.

Для остальных типов грунта показатель определяют непосредственным методом, но чаще всего пользуются теми же формулами, что и при исследовании связных грунтов.
Параметр пористости и ее коэффициент предопределяют структуру грунта. Его влажность характеризует весовая пористость, т.е. наличие пор, полностью заполненных жидкостью. Обсуждаемая величина хоть и не расчетная, но ее используют как важный вспомогательный показатель при других вычислениях. Как уже говорилось, с ее помощью определяют сжимаемость, сопротивление грунта и создают график компрессионной кривой.

Как укрепляют мелкопористые грунты

Именно на таких грунтах строительство затруднено, потому что из-за мелких пор несущая способность ухудшается, ведь грунт плохо сжимается под нагрузками.
На подготовительных этапах строительства такие территории укрепляют разными методами. Грунт наполняют монолитной массой, не позволяющей жидкости проникать внутрь.
Среди распространенных способов можно отметить:
· цементирование – почву наполняют цементом, объем которого зависит от показателя пористости;
· силикатизация – загоняют химические реагенты;
· битумизация – скальные и песчаные грунты заполняют битумом;
· увеличение числа свай;
· обжиг специальными обогревателями – этот метод используют для глинистого грунта.

Как укрепляют фундамент

Кроме укрепления грунта, особое внимание уделяют будущему фундаменту. Тут также пользуются несколькими методами:
· роют траншею и погружают в нее бетонные подушки. После чего ее заливают смесью из щебенки и цемента;
· заделывают трещины и дыры в фундаменте с помощью цементного раствора и кирпича;
· роют траншею под основанием и устанавливают в нее сваи. За систему распределения отвечает балка;
· создают бетонную обойму, включающую в себя гравий.

Заключение

Так как на месте будущих построек зачастую находится грунт с неизвестными характеристиками, то инженерные и геологические изыскания проводят в обязательном порядке. Специалисты работают согласно нормативным документам с соблюдением всех правил и требований. Только такой подход в строительной индустрии может быть гарантией создания качественных, надежных и безопасных строений.

Ссылка на статью https://burosi.ru/opredelenie-poristosti-gruntov-koefficzient-poristosti

Строительная лаборатория ООО “Бюро “Строительные исследования” занимается испытаниями конструкций и материалов в Санкт-Петербурге и Москве

Основная специализация лаборатории:

Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:

1. Заполнив форму на нашем сайте burosi.ru

2. По телефонам:

+7(812)386-11-75 – главный офис в Санкт-Петербурге

+7(965)006-94-59 (WhatsApp, Telegramm) – отдел по работе с клиентами Санкт-Петербург и Москва

3. Написать нам на почту

4. А также в комментариях к публикации.

Подписывайтесь на наши социальные сети и YouTube канал, там много интересной информации и лайфхаков.
#пористостьгрунтов #классификациягрунтов #мелкопористыйгрунт #фундамент #грунт #строительство #коэффициентпористости #испытательнаялаборатория #испытаниягрунта #БюроСИ

Характеристики грунтов

Прочность, устойчивость и нормальная эксплуатация зданий и сооружений определятся не только конструктивными особенностями сооружения, но и свойствами грунтов, на которых они возводятся. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться, требуя каждый раз специального изучения. Разнообразие состава, строения и состояния грунтов делает неизбежным введение значительного числа различных физических характеристик. Некоторые из них непосредственно применяются в расчетах оснований, другие – для классификации грунтов.

Измеряемые характеристики

Удельный вес грунта

Удельным весом грунта γ называется вес единицы объема грунта, измеряется в кН/м³.

Удельный вес грунта вычисляется через его плотность: γ = g·ρ

• ρ ‑ плотность грунта, т/м³;
• g ‑ ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с².

Плотность сухого (скелета) грунта

Плотность сухого (скелета) грунта ρd ‑ природная плотность за вычитанием массы воды в порах, г/см³ или т/м³.

Устанавливается расчетом: ρ_d= ρ / (1+0,01W)

• где W ‑ природная (естественная) весовая влажность грунта, %;
• ρ ‑ природная (естественная) весовая плотность грунта, г/см³ (т/м³)

Пористость грунта

Коэффициент пористости – это отношение объема пустот к объему твердых частиц в долях единицы. Коэффициент пористости грунта (е) расчитывается по формуле: e = (ρ_s – ρ_d) / ρ_d

• где ρ_s и ρ_d – соответственно плотность частиц и плотность сухого (скелета) грунта, г/см³ (т/м³).

Принимаемая плотность частиц ρs (г/см³) для грунтов:

• песчаные грунты – 2,66
• супеси – 2,7
• суглинки – 2,71
• глины – 2,74

Предел прочности на сжатие

Предел прочности грунта на одноосное сжатие R_c, МПа — отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения. 

Влажность грунта

Влажность грунта, W % — массовое (весовое) W или объёмное W_n относительное содержание воды в порах грунта. Объёмная влажность W_n изменяется от 0 до 100 %. Расчитывается по формуле: p = m / V

Водонасыщение

Коэффициент водонасыщения (степень влажности грунта) S_r – отношение естественной (природной) влажности грунта W к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха): S_r = W·ρ_s / e·ρ_w

• где ρ_s – плотность частиц грунта (плотность скелета грунта), г/см³ (т/м³);
• е – коэффициент пористости грунта;
• ρ_w – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³ (т/м³);
• W – природная влажность грунта, выраженная в долях единицы.

Грунты по степени влажности:

• Маловлажный: 0 < Sr ≤ 0,5
• Влажный: 0,5 < Sr ≤ 0,8
• Насыщенный водой: 0,8 < Sr ≤ 1

Пластичность грунта

Число пластичности I_p — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести W_L и на границе раскатывания W_p. Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой составы грунта, форма частиц и содержание глинистых минералов существенно влияют на границы пластичности и число пластичности.

Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта: I_Р = W_L – W_P

• WL и Wp определяют по ГОСТ 5180-84.

Текучесть грунтов

Показать текучести I_L выражается в долях единицы и используется для оценки состояния (консистенции) пылевато-глинистых грунтов. Расчитывается по формуле: I_L = (W — W_p)  / I_р

• где W — природная (естественная) влажность грунта;
• W_p — влажность на границе пластичности, в долях единицы;
• I_p — число пластичности.

В зависимости от показателя текучести глинистые грунты подразделяются на супеси, суглинки и глины. Показатель текучести для грунтов разной плотности приведены в статье Пластичность и текучесть грунта

Водопроницаемость 

Степень водопроницаемости грунта — характеристика, отражающая способность грунтов пропускать через себя воду и количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации К_ф, м/сут. Определяется по ГОСТ 25584-90.

Морозная пучинистость

Степень морозной пучинистости — характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению, выражается относительной деформацией морозного пучения ε_fh, д. ед. (доли единицы), которая определяется по формуле: ε_fh = (h_o,f − h_o) / h_o

• где h_{o, f} — высота образца мёрзлого грунта, см;
• h_o — начальная высота образца талого грунта до замерзания, см.

Плотность песков

Степень плотности песков I_D определяется по формуле: I_D = (e_max − e) / (e _max − e_min)

• где е — коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении;
• e_max — коэффициент пористости песка в самом рыхлом сложении.
• e_min — коэффициент пористости песка в самом плотном сложении.

Неоднородность

Степень неоднородности гранулометрического состава C_u — показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле: C_u = d₆₀ / d₁₀

• где d₆₀, d₁₀ — диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.

Выветрелость

Кэффициент выветрелости К_wr, д. ед. — отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта. Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов Кwr, д. ед., определяется по формуле: K_wr = (K₁ − K₀) / K₁

• где К₁ — отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм после испытания на истирание в полочном барабане;
• К₀ — то же, в природном состоянии.

Истираемость

Коэффициент истираемости крупнообломочных грунтов К_fr, д. ед., определяется по формуле: K_fr = q₁ / q₀

• где q₁ — масса частиц размером менее 2 мм после испытания крупнообломочных фракций грунта (частицы размером более 2 мм) на истирание в полочном барабане;
• q₀ — начальная масса пробы крупнообломочных фракций (до испытания на истирание).

Размягчаемость в воде

Коэффициент размягчаемости в воде К_sof, д. ед. — отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.

Растворимость в воде

Степень растворимости в воде — характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве воднорастворимых солей, q_sr, г/л.

Деформация набухания

Относительная деформация набухания без нагрузки ε_sw, д. ед. — отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143-80.

Деформация просадочности

Относительная деформация просадочности ε_s, д. ед. — отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определённом давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161-78.

Содержание органического вещества

Относительное содержание органического вещества I_r, д. ед. — отношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта.

Засолённость

Степень засолённости — характеристика, определяющая количество водорастворимых солей в грунте D_sal, %.

Коэффициент сжимаемости мёрзлого грунта 

Коэффициент сжимаемости мёрзлого грунта δ_f — относительная деформация мёрзлого грунта под нагрузкой.

Льдистость грунта

Льдистость грунта за счёт видимых ледяных включений i_i, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма видимых ледяных включений к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле:
i_i = (ρ_s (W_tot − W_m)) / (ρ_i + ρ_s (W_tot − W_w))

•     ρ_s — плотность мёрзлого грунта, г/см3;
•     ρ_i — плотность льда, принимаемая равной 0,9 г/см3;
•     W_tot — суммарная влажность мёрзлого грунта, д. ед.;
•     W_m — влажность мёрзлого грунта, расположенного между ледяными включениями, д. ед.
•     W_w — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.

Степень заполнения объёма пор мёрзлого грунта

Степень заполнения объёма пор мёрзлого грунта льдом и незамёрзшей водой Sr, д. ед., определяется по формуле:
S_r = (1,1W_ic + W_w) ρ_s / e_fρ_w

• где W_ic — влажность мёрзлого грунта за счёт порового льда, цементирующего минеральные частицы (лёд-цемент), д. ед.;
• W_w — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.;
• ρ_s — плотность частиц грунта, г/см3;
• е_f — коэффициент пористости мёрзлого грунта;
• ρ_w — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

Суммарная льдистость 

Суммарная льдистость мёрзлого грунта i_tot, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма льда к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле: i_tot = i_i + i_c = ρ ⋅ i / ρ_i = ρ_f (W_tot − W_w) / ρ_i(W_tot + 1)

Зольность торфа

Степень зольности торфа D_ds, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы минеральной части грунта ко всей его массе в абсолютно сухом состоянии. Определяется по ГОСТ 11306-83*.

Разложение торфа

Степень разложения торфа D_dp, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые кислоты и мелкие частицы негумицированных остатков растений, к общей массе торфа. Определяется по ГОСТ 10650-72.

Прочие характеристики

Происхождение 

По генезису (происхождению) выделяются три типа грунтов:

1. Скальные: магматические интрузивные, магматические эффузивные, метаморфические, осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные, техногенные.
2. Дисперсные: осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные, техногенные.
3. Мёрзлые

Структура

Структура грунта — пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

Состав

Состав грунта вещественный — категория, характеризующая химико-минеральный состав твёрдых, жидких и газовых компонентов.

Текстура

Текстура грунта — пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др.).

Гранулометрический состав

Гранулометрический состав — количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536-79.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 августа 2022 года; проверки требуют 5 правок.

Коэффициент пористости ^[1] — отношение объёма пустот к объёму твёрдых частиц . Стоит заметить, что в объём пустот входит объём воды и объём воздуха (пористость).

Коэффициент пористости в геотехнике[править | править код]

Коэффициент пористости — один из основных показателей состава и свойств грунтов, одна из переменных состояния грунтов^[2][3]. Согласно ГОСТ 25100-2020, различают коэффициент пористости песка в предельно рыхлом и плотном состояниях (, соответственно)^[1]

Разница между коэффициентом пористости и коэффициентом пустотности[править | править код]

В геотехнике символ пористости, обозначает угол внутреннего трения при дренированном сдвиге. Из-за этого уравнение обычно переписывают с использованием буквы пористости:

.

Как можно заметить выше пустотность это отношение объёма пустот к объёму твёрдых частиц (аналогично влажности, отношение массы воды к массе сухого грунта). Пористость же это отношение объёма пустот к общему объёму.

Зависимость между пустотностью и пористостью можно выразит как

где  — коэффициент пустотности,  — пористость, V _V — объём пустот (воздух и вода), V _S — объём твёрдых частиц, а V _T — общий или объёмный объём.^[4]

Применение[править | править код]

Методы определения[править | править код]

Существует множество методов определения максимального и минимального коэффициента пустотности. Наиболее часто используемыми из этих методов являются методы, приведенные в ASTM D4254 (максимальной доли пустот) и D 4253 (минимальная доли пустот).

Критический Коэффициент пористости[править | править код]

значение коэффициента пустотности, при котором объём грунта не изменяеться при сдвиге^[5]. В случае, если > просисходит разжижение грунтов (> грунт рыхлый и песок будет разжижаться, если предотвратить дренаж). Насыщенные грунты с коэффициентом пустотности более 1,0; содержит больше объема воды, чем объема твердого вещества. Состояние е>1,0 наблюдается во многих мелкозернистых грунтах. При изучении состава и свойств грунта мало внимания будет уделяться свойствам жидкой фазы, почти полностью сосредоточившись на минералогии и структуре твердой фазы. Это объясняется тем, что классическая механика грунтов основана на понятии эффективного напряжения, которое предполагает, что изменение объема и прочностные характеристики зависят от напряжений, переносимых зернистой структурой (твердой фазой), а водная фаза нейтральна.

Коэффициент пустотности в материаловедении[править | править код]

В материаловедении связан с пористостью следующим образом:

а также как

где  — коэффициент пустотности,  — пористость, V _V — объём пустот (например, жидкости), V _S — объём твердых частиц, а V _T — общий или объемный объём. Эта цифра актуальна для композитов, горнодобывающей промышленности (особенно в отношении свойств хвостов) и почвоведения.

Примечания[править | править код]