Пористость грунтов
Плотность грунта характеризуется весом его единицы объема. Данный показатель используется в различных вычислениях и расчетах.
У грунта существуют несколько параметров, характеризующих его вес. К ним относятся такие показатели, как вес объема влажного грунта, в котором сохраняется его естественная влажность и ненарушенная структура, вес объема грунта, который находится под водой, скелетная масса грунта и масса сухого грунта.
1. Удельная масса
Отношение массы твердых частиц (Gs) к массе воды при температуре 4°С с объемом, равному объему его частиц (Vs), называется его удельным весом.
В численном исчислении удельный вес грунта приравнивается к весу объема его скелета в воздухе при отсутствии каких-либо пор.
Грунтовой удельный вес увеличивается, когда грунт содержит в своем составе тяжелые минералы и зависит только от его минералогического состава. Наиболее распространенные породообразующие минералы имеют небольшое колебание своего удельного веса. Исходя из этого, рыхлые песчано-глинистые грунты имеют также небольшие пределы изменения своего удельного веса. Для приблизительного расчета можно брать удельный вес для песка – 2.65, глин – 2.75 и суглинков – 2.7.
Для расчета пористости грунта используется его удельный вес.
Следует учитывать при расчетах удельного веса следующие моменты:
1. Меньшие значения удельной массы могут получаться из-за возможного растворения простых солей. Для того чтобы избежать этого, необходимо при расчетах удельного веса засоленного грунта произвести замену воды на нейтральную жидкость, например, на толуол, керосин или бензин.
2. Увеличенные значения удельной массы грунта получаются из-за возможности сильного сжатия водяных слоев около коллоидальных частиц глин, образованного за счет сил молекулярного притяжения. В этом случае используются жидкости, которые имеют небольшие показатели поверхностного натяжения, например, такие как ксилол, толуол и им подобные.
3. Заниженные данные для удельного веса также могут получаться в результате неполного удаления частиц воздуха абсорбированного на поверхности. Для того чтобы этого не происходило, удельный вес рекомендуется определять после кипячения грунта или поместив грунт под вакуум.
2. Определение объемной массы увлажненного грунта
Для влажного грунта отношение массы определенного объема грунта (G) к массе воды, находящейся при температуре при 4°С, и имеющей объем, равный объему всего грунта V, называется его объемным весом ?. Принимают, что V – это объем зерен плюс объем пор.
В численном выражении объемная масса для влажного грунта определяется при данной влажности и пористости, как масса единицы его объема.
Зависит объемная масса влажного грунта от его влажности и минералогического состава. Объемная масса грунта прямо пропорциональна его влажности. Когда практически все поры в грунте заполнены водой, его объемная масса становится максимальной.
Обычно используют в качестве непосредственного расчетного показателя объемный вес при следующих расчетах:
- определение давления земляного слоя на подпорки и подпорные стенки;
- определение устойчивости откосов или оползневых склонов;
- определение значения осадки зданий:
- определение расчетного значения возникающих напряжений под подошвой фундамента;
- для калькуляции земляных работ по объемам.
Также значение объемной массы грунта используют для определения его классификации, пористости и расчета объемного веса его скелета.
Объемную массу влажного грунта можно определить различными способами.
3. Объемная масса скелета (твердой фазы) для грунта
Отношение массы твердых частиц или сухой породы к массе воды, взятой при температуре 4°С, в объеме, который равен объему этой породы, называется объемным весом скелета и обозначается - ?. Объем всей породы при данной пористости принимается равным объему зерен плюс объем пор.
В численном отношении он принимается равным массе единицы грунтового объема за разницей веса воды, находящейся в порах при условии естественной пористости грунта.
Чем меньше будет пористость грунта и больше его плотность, тем больше объемная масса его скелета (твердой фазы).
Для тех типов грунтов, которые не меняют свой объем в процессе высушивания, объемный вес его скелета определяют путем непосредственного взвешивания образца, находящегося в абсолютно сухом состоянии. Для тех грунтов, которые в процессе высушивания меняют свой объем, объемную массу твердой фазы вычисляют используя определенную формулу.
4. Пористость.
Наличие в грунте мелких пустот определяют, как пористость грунта.
Численно пористость выражается, как отношение общего объема (Vn) всех пустот ко всему объему (V) грунта. Полученная величина называется пористостью и обозначается через n. Пористость грунта характеризуется такой величиной, как коэффициент пористости. Выражается он в виде отношения объема (Vn) пустот к имеющемуся объему (Vs) твердой фазы. Коэффициент пористости еще называют приведенной пористостью и выражают в долях единицы.
Кроме этого, величину пористости можно определить, как отношение (Gw) – веса воды, которая полностью заполнила все поры в грунте, к (Gs) – массе абсолютно высушенного грунта.
Лабораторных методов определения пористости для глинистых грунтов не существует. Для связных грунтов величину пористости определяют по объемному и удельному весу. Для всех остальных типов грунтов величина пористости определяется непосредственным путем, но, как правило, рассчитывается, используя те же формулы, что и для расчета связных грунтов.
Величины пористость и дополнительный коэффициент пористости определяют структуру грунта. Характеристикой влажности грунта является его весовая пористость, то есть когда поры полностью заполнены водой. Пористость, не будучи расчетной величиной, используется, как важная вспомогательная величина при расчетах. Примером таких расчетов может быть определение характеристик сжимаемости, определение сопротивления грунта или построение компрессионной кривой.