что нужно знать для определения пористости грунта
Пористость грунтов
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
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:
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
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.
Пористость грунта
m – объём минеральной части грунта; ρd – плотность скелета грунта; ρs – плотность минеральных частиц; е – коэффициент пористости.
Таким образом, для ее определения достаточно иметь значения плотности и плотности частиц.
Пористость грунтов формируется в процессе их образования и постдиагенетических преобразований, связанных с развитием трещин, выветриванием, выщелачиванием и с различными геохимическими процессами. У обломочных и глинистых грунтов она существенно зависит от степени дисперсности и литификации, формы частиц, типа цемента, плотности сложения, глубины залегания от поверхности Земли или в пределах геологической структуры.
Ее высокие значения свойственны для песчано-глинистых грунтов (до 80 %). Осадочные и вулканогенные породы (известняки, лавы, туфы и др.) характеризуются большим диапазоном ее значений (от 10 % и менее до 50 %), в отличие от магматических и метаморфических (0,1 – 3 %).
Разновидности пор
По величине пор выделяются следующие разновидности: мелкопористые – составляют сотые и тысячные доли мм; и крупнопористые материалы – от десятых долей мм до 2 мм.
Поры в грунтах по величине принято делить на субкапиллярные (менее 0,2 мк), капиллярные (0,2-100 мк), сверхкапиллярные (более 100 мк).
Различают пористость общую (абсолютную, физическую, полную), открытую и закрытую. Общая – это совокупность всех пор, заключенных в грунте; открытая п. – это объём связанных между собой пор. Закрытая п. – это совокупность замкнутых, взаимно не сообщающихся пор. В нефтяной геологии выделяют эффективную п., представленную совокупностью пор, занятых нефтью, газом, и динамическую п. – выраженную объёмом пор, через который при определённом давлении и температуре происходит движение насыщающих жидкостей или газов.
Определение пористости
В лабораторных условиях, помимо расчетного, пористость определяется методами свободного вакуумного и принудительного (под давлением) насыщения грунтов жидкостью, а также методами, основанными на расширении газа, и др. В поле применяют различные виды каротажа скважин. В геологии результаты ее изучения используют для оценки запасов нефти, воды, газа, выбора технологии их разработки и др.
Значения пористости горных пород
Значение пористости нескальных грунтов
Наименование горной породы
Как самостоятельно определить вид грунта
Грунт представлен неоднородными частицами, которые обладают разными несущими способностями, поэтому, чтобы заложить фундамент, нужно правильно определить тип грунта.
В этой статье рассказывается, как самостоятельно определить вид грунта.
Формирование грунта проходит в течение десятков и сотен лет. Чтобы построить дом, необходимо обладать минимальными знаниями о залегающих слоях. Каждый вид грунта имеет много разновидностей и обладает широким диапазоном физических свойств.
Скальные, крупнозерновые песчаные и хрящевые грунты обладают хорошей несущей способностью, не подвергаются сильной усадке и действию пучинистых сил.
Глина, суглинки и торф сильно сжимаются, разрушают основания и подвергают несущие конструкции перекосу.
Характеристики грунта можно улучшить искусственными способами и построить здание на любой почве.
Типы грунта
Скальный грунт – состоит из спаянных и сцементированных пород. Скальное основание трудно разрабатывать и проводить инженерно-геологические изыскания. Скалы характеризуются высокой плотностью и не подвергаются воздействию грунтовых вод.
Данный грунт не размывается и не деформируется. Рытье траншей в таком грунте очень затруднительно, поэтому фундамент закладывают поверх скалы.
Хрящевой грунт состоит из гравия – природного или искусственного происхождения. Гравий обладает гладкой поверхностью и напоминает зерна. Размер камушков гравия равен 20 – 70 мм.
Хрящевой грунт обладает высокой несущей способностью. В зимнее время грунт незначительно промерзает. Закладку фундамента осуществляют на глубине 50 – 70 см.
Глинистый грунт состоит из мелких чешуйчатых частиц и содержит в себе большое количество влаги. При промерзании глинистый грунт сжимается. Несущие характеристики грунта зависят от количества воды, содержащейся в глине. Зимой глина промерзает на глубину 1,5 метра. Закладку фундамента на глине стоит производить после устройства песчаной подушки.
Суглинки и супеси содержат в себе от 10 до 30 процентов глины, а остальную часть занимает песок.
Этот грунт пластичен, содержит в себе много воды и подвержен пучению. Под действием фундамента супеси и суглинки сильно осаживаются.
Торфяные почвы располагаются на осушенных болотах и являются самыми неустойчивыми. Из-за высокой степени насыщения торфа водой, строительство без частичной замены грунта невозможна.
Под нагрузкой фундамента торф сжимается и затягивает фундамент.
Способы определения типа грунта
Различают такие способы:
Также существуют визуальные способы определения грунта:
Самостоятельно определить тип грунта можно следующим способом:
Возьмите процент песка в качестве отправной точки в нижней части диаграммы и проведите линию вверх и влево. Затем возьмите процент глины и проведите линию горизонтально. Возьмите процент ила и проведите линию вниз. Все должны пересечься в одной точке, по которой можно судить о типе грунта.
Исследование почвы вручную
Возьмите горсть почвы в руки, увлажните и разотрите между пальцами. Далее:
Самостоятельно определить тип грунта несложно. Но лучше все вопросы по исследованию грунта поручить специалистам. Это требует материальных затрат, но оправдается при возведении будущего фундамента.
Пористость, коэффициент пористости
Без исследования физических свойств грунта невозможно получить полноценную характеристику участка, на котором планируется проведение строительных работ. Грунтовая лаборатория компании ООО «ГеоЭкоСтройАнализ» обладает профессиональным штатом сотрудников и современным оборудованием, позволяющим качественно изучить любые тип почв и грунтов.
Показатель пористости считается одним из важнейших в характеристике любого грунта. Он входит в число основных свойств механического и физического типа, который определяется в лабораторных условиях.
Без Технического отчета, составленного на основании исследований основных свойств грунта, не определиться с наиболее подходящими и рациональными проектными решениями по проектированию будущих строительных работ. Можно уверенно заявить, что общий объем инженерно-геологических работ на 50 процентов состоит из лабораторных исследований. На основании инженерных изысканий заказчик получает детальную информацию об рассматриваемом участке предполагаемой застройки, о подробно описанной геологии участка, основных геологических особенностях территории, прогнозировании изменения существующих условий в период эксплуатации объекта.
Показатель пористости грунта – один из тех, вычисление которых обязательно на этапе подготовки к строительству. Пористостью грунта называют показатель наличия в нем мелких пустот. Пористость рассчитывают в качестве процентного отношения между объемом этих пустот и общим объемом исследуемого грунта. Определяя этот показатель, в грунтовой лаборатории вычисляют и коэффициент пористости, который является соотношением между объемом пустот и объемом твердой фазы образца грунта.
Для определения пористости грунта у разных его типов используются различные способы. К примеру, для глинистых грунтов расчет пористости выполняют в соответствии с удельным и объемным весом образца. Все дело в показателе связности этого вида почвы.
Существует прямая связь между данным показателем и другими характеристиками грунта. К примеру, показатель несущей способности грунтов находится в прямо пропорциональной зависимости от параметра пористости, присущего исследуемому образцу. С уменьшением коэффициента пористости грунта происходит уменьшение его несущей способности (степени сжатия грунта, при воздействии на него внешней нагрузки).
Инженеры-геологи считают, что пористость является важнейшей характеристикой структуры грунта. Показатель весового коэффициента пористости напрямую связан с коэффициентом водонасыщенности (влажности) различных типов грунтов, который рассчитывается после полного наполнения пор водой. Для песчаных грунтов характерна сравнительно небольшая пористость (от 30 до 35 процентов). Поэтому песчаные грунты способны отлично пропускать воду. Для глинистых грунтов характерна большая пористость (до 70 процентов), что характеризует их практическую водонепроницаемость.
Показатель пористости грунта в комплексе инженерно-геологических изысканий считается важнейшей вспомогательной характеристикой, без которого не получить информацию о других свойствах грунта. Без параметра пористости невозможно рассчитать сопротивление грунта, построить компрессионную кривую, определить характеристику сжимаемости грунта и другие важные параметры.
Пористость горных пород говорит о наличии в ней трещин, каверн, пор и иных полостей, в которых может содержаться вода, газ или нефть. Пористость может быть полной или открытой. Полную пористость определяют по объему всех пор породы, открытую пористость определяют по всем сообщающимся между собой порам.
Нефтепромысловая практика использует открытую пористость, так как благодаря ей появляется возможность извлечения нефти из земных недр. Ее определяют в качестве соотношения между объемом открытых пор и объемом образца породы и называют коэффициентом пористости, который считается характеристикой емкостных свойств горной породы.
Вычисляемые характеристики грунтов
Краткое содержание статьи
Вычисление удельного веса грунта
Удельным весом грунта γ называется вес единицы объема грунта, измеряется в кН/м³.
Удельный вес грунта вычисляется через его плотность:
где ρ — плотность грунта, т/м³; g — ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с².
Определение плотности сухого (скелета) грунта
Плотность сухого (скелета) грунта ρd — природная плотность за вычитанием массы воды в порах, г/см³ или т/м³.
где W — природная (естественная) весовая влажность грунта, %; ρ — природная (естественная) весовая плотность грунта, г/см³ (т/м³)
Определение коэффициента пористости грунта
Коэффициент пористости e — это отношение объема пустот к объему твердых частиц в долях единицы. Устанавливается расчётом:
где ρs и ρd — соответственно плотность частиц и плотность сухого (скелета) грунта, г/см³ (т/м³).
Плотность частиц ρs принимается равной для песчаных грунтов 2,66 г/см³, супесей — 2,7 г/см³, суглинков — 2,71 г/см³, глин — 2,74 г/см³
| Песок | Коэффициент пористости е, (в долях единицы) | ||
|---|---|---|---|
| Гравелистый, крупный и средней крупности | Мелкий | Пылеватый | |
| Плотный | e ≤ 0,55 | е ≤ 0,6 | е ≤ 0,6 |
| Средней плотности | 0,55 0,7 | е > 0,75 | е > 0,8 |
Определение показателя текучести глинистых грунтов
Показать текучести I L выражается в долях единицы и используется для оценки состояния (консистенции) пылевато-глинистых грунтов.
Определяется расчетом из формулы:
где W — природная (естественная) влажность грунта; Wp — влажность на границе пластичности, в долях единицы; I p — число пластичности.
В зависимости от показателя текучести пылевато-глинистые грунты могут иметь плотность сложения согласно таблице 7.
| Грунт | Показатель текучести I L | |
| Супесь | твердая | I L ≤ 0 |
|---|---|---|
| пластичная | 0 ≤ I L ≤1 | |
| текучая | I L >1 | |
| Суглинок и глина | твердые | I L ≤ 0 |
| полутвердые | 0 ≤ I L ≤0,25 | |
| тугопластичные | 0,25 1 | |
Определение степени влажности грунта
Степень влажности грунта Sr — отношение естественной (природной) влажности грунта W к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха):
где ρs — плотность частиц грунта (плотность скелета грунта), г/см³ (т/м³); е — коэффициент пористости грунта; ρw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³ (т/м³); W – природная влажность грунта, выраженная в долях единицы.