Плотность грунта ненарушенной структуры

Плотностью грунта называется отношение массы грунта m к его объему V ненарушенной структуры:

г/см3, кг/м3, т/м3

Численно плотность грунта равна массе единицы объема грунта при данной пористости и влажности.

Плотность грунтов зависит от их минерального состава, пористости и влажности. Чем больше влажность грунта, тем больше его плотность. Максимального значения плотности при данной пористости грунт достигает при полном заполнении пор водой.

Плотность используется как прямой расчетный показатель при следующих операциях: вычислении давления грунта на подпорную стенку; расчете устойчивости оползневых склонов и откосов; расчете осадок сооружений; расчете распределения напряжений в грунтах оснований под фундаментами; определении объема земляных работ и др. Кроме того, величина плотности используется для вычисления скелета грунта.

В лабораторных условиях плотность грунта определяется несколькими методами: непосредственных измерений, режущего кольца, взвешивания в воде.

Метод непосредственных измерений применяется для скальных грунтов, когда из грунта можно вырезать, выбурить образец в виде кубика или цилиндра и найти плотность, обмерив и взвесив его.

Метод режущего кольца (ГОСТ 5180-2015) применяют для песчаных, глинистых грунтов, поддающихся резке ножом. Из монолита грунта вырезают с помощью металлического кольца с заостренным режущим краем образец объемом, равным объему кольца.

Масса грунта определяется по разности массы кольца с грунтом и пустого кольца. Объем грунта вычисляют по значениям диаметра и высоты кольца. Для каждого грунта согласно ГОСТ 25100-2011 необходимо произвести не менее двух параллельных определений, за величину р принимается среднее значение.

Метод взвешивания в воде применяется для определения плотности скальных, глинистых грунтов, когда трудно получить образец правильной формы режущим кольцом или другими способами. Из монолита вырезается образец объемом не менее 30 см³, взвешивается, затем покрывается парафином и снова взвешивается сначала на воз­духе, а затем в воде. Объем образца определяется по массе вытесненной воды. Если расхождение между данными параллельных образцов не составляет более 0,03 г/см³, то принимают среднее значение р.

В полевых условиях плотность грунтов определяется с помощью плотномера - влагомера Н.П. Ковалева, радиоизотопными методами, статическим и динамическим зондированием (для песчаных грунтов).

 

Плотность скелета грунта p_d

Под плотностью скелета грунта p_d понимается масса твердого компонента в единице объема грунта в его естественном сложении, p_d численно равна массе единицы объема абсолютно сухого грунта. Она зависит от минерального состава и пористости. Чем меньше пористость и выше содержание тяжелых минералов в грунте, тем больше плотность его скелета.

Плотность скелета определяется по формуле

Пористость грунта

Пористостью грунта n называется отношение объема пор (V_n) к общему объему породы V

Наибольшей пористостью обладают рыхлые грунты осадочного происхождения. Пористость торфов составляет 60 - 90, глинистых грунтов 35 - 50, крупнообломочных и песчаных грунтов 30 - 45 %. Низкой пористостью (1 - 3 %) обладают скальные грунты метаморфического и магматического (интрузивного) происхождения.

Чаще общее содержание пор в грунте характеризуется коэффициентом пористости е. Это отношение объема пор V_n к объему скелета грунта V _ск, т.е. к объему его твердой части:

Коэффициент пористости обычно вычисляют по плотности твердых частиц, плотности грунта и влажности.

Величина коэффициента пористости используется для построения компрессионных кривых при изучении сжимаемости грунтов и служит классификационным показателем при определении плотности сложения песчаных грунтов согласно ГОСТ 25100-2011 (табл. 1.7). Кроме того, величина пористости может быть использована для вычисления коэффициента фильтрации песков по эмпирическим формулам.

 

 

Таблица 1.7 – Классификация грунтов по коэффициенту пористости

Пески