1.1.1 Плотность грунтов


Плотность скелета грунта

Плотностью скелета грунта (плотность сухого грунта) называют массу твердой компоненты в единице объема грунта при естественной (ненарушенной) структуре. Ее значения изменяются в более узком пределе по сравнению с плотностью грунта, поскольку она зависит только от минерального состава и характера сложения (пористости) грунта. Чем ниже пористость и выше содержание тяжелых минералов в грунте, тем выше плотность его скелета. В дисперсных грунтах, не содержащих значительных примесей органических веществ, плотность скелета грунта практически зависит только от характера его сложения.

Плотность скелета грунта (ρd) определяется экспериментально или чаще вычисляется по величинам плотности грунта (ρ) и его влажности (W) по формуле:
ρd=ρ/(1+W), г/см3

где W — весовая влажность в долях единицы.

Для песчаных грунтов (в силу невозможности практического определения плотности скелета при естественной структуре) часто проводят определение ρd на воздушно-сухих образцах с нарушенным сложением при двух состояниях: предельно рыхлом и плотном. Соответственно этому может быть получена плотность песков при рыхлом и плотном сложениях.

Величина плотности скелета грунта широко используется для вычисления пористости, коэффициента пористости, а также для характеристики степени уплотненности глинистых грунтов в теле земляных плотин [1, 2].

Использование показателей плотностных свойств для расчёта пористости и коэффициента пористости

Для расчета пористости (n) и коэффициента пористости (е) обычно используется зависимость, связывающая эти величины с плотностью твердых частиц (ρs) и плотностью грунта (ρ) или плотностью скелета грунта (ρd).

Пористость характеризует объем пор в единице объема грунта и вычисляется по формуле:

n  =  1-Vs  =  1-ρds  =  (ρsd)/ρd,

где Vs — объем твердых частиц в единице объема грунта. Пористость выражается в % или долях единицы.

Коэффициент пористости, равный отношению объема пор к объему твердой компоненты грунта, выражается в долях единицы и рассчитывается по формуле:

e  =  n/Vs  =  (ρsd)/ρd


Показатели, характеризующие пористость грунтов, используются в грунтоведении и механике грунтов для различных целей. Они часто служат классификационными характеристиками и входят в формулы для расчета водопроницаемости, сжимаемости и других свойств грунтов.

По величине коэффициента пористости песчаные грунты подразделяются на группы по характеру (плотности) их сложения (Таб. 3). При этом предусматривается, что его величина рассчитывается по данным определения плотности грунтов по образцам, отобранным без нарушения природного сложжения [1, 2].



При инженерно-геологических исследованиях путем сравнения величины коэффициента пористости песка при естественном или искусственно созданном в насыпи (е), предельно рыхлом (ер) и плотном (епл) сложениях рассчитывают коэффициент плотности (относительную плотность) песчаных пород:

D=(ер-e)/(ерпл).

По величине этого коэффициента пески подразделяются на три категории: рыхлые (0<D≤0,33), средние (0,34≤D≤0,66) и плотные (0,67≤D≤1).

Для характеристики способности песков к уплотнению используется коэффициент уплотняемости песка (F), который вычисляется по формуле:

F=(ерпл)/епл.

Чем выше его значения, тем большей способностью к уплотнению обладают пески [1, 2].