Плотность грунтов. Пористость и степень уплотнения

Плотность частиц грунта ρ_s—отношение массы сухого грун­та m_s (исключая массу воды в его порах) к объему твердой части этого же грунта V_s (в г/см³):

(3.1)

Величина плотности частиц грунтов определяется их минераль­ным составом и присутствием органических веществ. Численно та­кая плотность равна массе единицы объема сухого грунта при от­сутствии пор. Обычно в качестве единицы измерения плотности частиц грунта применяют г/см³. В грунтах с пористыми зернами плотность определяется после тонкого измельчения зерен. Средние значения плотности частиц отдельные видов дисперсных грунтов приведены в табл. 3.1.

Плотность грунта является важным показателем физических свойств грунта и характеризует устойчивость и структурные осо­бенности грунта.

Таблица 3.1. Значение плотности частиц дисперсных грунтов

Плотностью грунтаρ _w называют отношение массы влажного об­разца грунта m_w к, его объему V_w включая поры, заполненные водой или водой и воздухом:

ρ_w = m_w / V_w(3.2)

Плотность грунта может изменяться в широких пределах. Обыч­но такая плотность грунтов в естественных условиях залегания меньше плотности такого же грунта, подвергнутого искусственному уплотнению. Плотность зависит от минерального состава, влаж­ности и пористости (характера сложения) грунтов. При увеличении содержания тяжелых минералов плотность грунта возрастает, а при увеличении органических веществ уменьшается. Грунты одина­кового состава и сложения имеют наибольшую плотность в случае полного заполнения пор водой.

Плотность глин, суглинков, супесей, песков и крупнообломочных грунтов колеблется обычно от 1,20 и 2,40 г/см³. Более высокие значения плотности относятся к крупнообломочным (разнозернистым) грунтам, мореным суглинкам и глинам, меньшие значения характерны для грунтов, содержащих гумус, или для просадочных лёссов. Плотность сухого торфа может быть <1,0 г/см³. При искусственном уплотнении грунты в дорожном земляном полотне могут иметь плотность 2,0 г/см³ и более.

При оценке плотности грунтов в естественном залегании и при искусственном их уплотнении производит также определение плот­ности сухого грунта. Под плотностью сухого (скелета) грунта од понимают отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему (включая имею­щиеся в этом грунте поры):

(3.3)

где w - влажность грунта

Пористость грунта. Отношение объема пор в грунте к общему объему, занимаемому грунтом, называют пористостью грунта (%):

n = (1-ρ_d /ρ_s)×100(3.4)

Пористость грунтов зависит от степени. их дисперсности и, условий формирования грунта (породы). Например, у лёссов, характери­зующихся просадочностью, пористость может достигать 60...70%.

Для одного и того же грунта пористость не является постоянной величиной, зависит от взаимного расположения в нем частиц и микроагрегатов и уменьшается при увеличении давления на грунт. При инженерных расчетах вместо пористости часто используют коэффициент пористости е, представляющий собой отношение объе­ма пор V_п к объему твердой фазы V_тв, выраженный в долях еди­ницы:

e = V_п / V_тв(3.5)

Степень уплотнения грунтов в дорожном строительстве оценивают обычно отношением плотности сухого (скелета) грунта в его естест­венном залегании или в насыпи к плотности того же, но сухого грунта при стандартном уплотнении Q_doпт, выполняемом по специ­альной методике:

K_у =ρ_d /ρ_doпт(3.6)

Величину K_у называют коэффициентом стандартного уплот­нения.

Влажность грунтов — количество воды, содержащейся в порах грунта, выраженное в % от массы грунта, высушенного до постоян­ной массы при 105°С. Влажность грунта величина переменная. Чем более мелкозернистый грунт, тем в более широких пределах может изменяться его влажность. Влажность является важной характеристикой состояния грунта и должна учитываться при опре­делении многих показателей свойств грунта' (модуля упругости, плотности, пластичности, липкости и др.). Влажность W (%) на­ходят путем определения потери массы при высушивании навески грунта при температуре 105°С до постоянной массы:

(3.7)

где т₁ — масса бюкса с влажным грунтом, г;

т₀ — масса бюкса с высушенным до постоянной массы грунтом, г;

m — масса пустого бюкса, г.

Взвешивание при определении влажности производят на технохимических весах с точностью до 0,01 г.

В зависимости от способа выражения общей влажности разли­чают весовую и объемную влажность грунта.

Весовой влажностью w называют массу воды в грунте, отне­сенную к массе абсолютно сухого грунта. Под объемной влаж­ностью W понимают отношение объема воды, заключенной в грун­те, к объему всего грунта, выраженное в %.

Степень заполнения пор водой, т. е. объем воды в грунте по отношению к объему пор, характеризуется степенью влажности грунта m_w, (т. е. коэффициентом насыщения или относительной влажностью).

Общая влажность, которую имеют грунты в естественном зале­гании, называется естественной влажностью. В зависимости от кли­матических условий, времени года и глубины, залегания грунтовых вод она может изменяться в широких пределах и является одним из' важнейших показателей физического состояния грунтов (особенно глинистых), определяющим их прочность и деформируемость.