Формула пористости через коэффициент пористости

Содержание
  1. Пористость грунта
  2. Разновидности пор
  3. Определение пористости
  4. Значения пористости горных пород
  5. Измеряемые характеристики грунтов
  6. Удельный вес грунта
  7. γ = ρ * g
  8. Плотность сухого (скелета) грунта
  9. ρd = ρ / (1+0,01W)
  10. Коэффициент пористости грунта
  11. e = (ρs — ρd) / ρd
  12. Принимаемая плотность частиц ρs (г/см³) для грунтов
  13. Коэффициент пористости е, для песчаных грунтов разной плотности
  14. Степени влажности грунта
  15. Sr = (W * ρs) / (е * ρw)
  16. Грунты по степени влажности
  17. Пластичность грунта
  18. IP = WL — WP
  19. Деление грунтов по числу пластичности и процентному содержанию песчаных частиц приведено в таблице:
  20. Текучесть глинистых грунтов
  21. IL = (W — WP) / IP
  22. Вычисляемые характеристики грунтов
  23. Вычисление удельного веса грунта
  24. Определение плотности сухого (скелета) грунта
  25. Определение коэффициента пористости грунта
  26. Определение показателя текучести глинистых грунтов
  27. Определение степени влажности грунта
  28. Коэффициент пористости грунта
  29. Что такое пористость грунта
  30. Виды пористости грунта
  31. Виды грунтовых пор
  32. Что такое коэффициент пористости грунта

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

Источник

Измеряемые характеристики грунтов

p clay 1

Удельный вес грунта

Удельным весом грунта γ называется вес единицы объема грунта, измеряется в кН/м³.

Удельный вес грунта вычисляется через его плотность:

γ = ρ * g

где ρ — плотность грунта, т/м³;
g — ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с².

Плотность сухого (скелета) грунта

Плотность сухого (скелета) грунта ρd — природная плотность за вычитанием массы воды в порах, г/см³ или т/м³. Устанавливается расчетом:

ρd = ρ / (1+0,01W)

где W — природная (естественная) весовая влажность грунта, %;
ρ — природная (естественная) весовая плотность грунта, г/см³ (т/м³).

Коэффициент пористости грунта

Коэффициент пористости — это отношение объема пустот к объему твердых частиц в долях единицы. Устанавливается расчётом:

e = (ρs — ρd) / ρd

Принимаемая плотность частиц ρs (г/см³) для грунтов

Грунт Плотность частиц ρs (г/см³)
песчаные грунты 2,66
супеси 2,7
суглинки 2,71
глины 2,74

Коэффициент пористости е, для песчаных грунтов разной плотности

Песок 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

p clay 1

Степени влажности грунта

Степень влажности грунта Sr — отношение естественной (природной) влажности грунта W к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха):

Sr = (W * ρs) / (е * ρw)

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.

Грунты по степени влажности

Грунт Степень влажности
Маловлажный 0 p clay 1

Пластичность грунта

Пластичность грунта — его способность деформироваться под действием внешнего давления без разрыва сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения деформирующего усилия.

Для установления способности грунта принимать пластичное состояние определяют влажность, характеризующую границы пластичного состояния грунта текучести и раскатывания.

Граница текучести WL характеризует влажность, при которой грунт из пластичного состояния переходит в полужидкое — текучее. При этой влажности связь между частицами нарушается благодаря наличию свободной воды, вследствие чего частицы грунта легко смещаются и разъединяются. В результате этого сцепление между частицами становится незначительным и грунт теряет свою устойчивость.

Граница раскатывания WP соответствует влажности, при которой грунт находится на границе перехода из твердого состояния в пластичное. При дальнейшем увеличении влажности (W > WP) грунт становится пластичным и начинает терять свою устойчивость под нагрузкой. Границу текучести и границу раскатывания называют также верхним и нижним пределами пластичности.

Определив влажность на границе текучести и границе раскатывания, вычисляют число пластичности грунта IP. Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта:

IP = WL — WP

Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой составы грунта, форма частиц и содержание глинистых минералов существенно влияют на границы пластичности и число пластичности.

Деление грунтов по числу пластичности и процентному содержанию песчаных частиц приведено в таблице:

Грунт Число пластичности IP Содержание песчаных частиц
(2-0,5мм) % по массе
✦ Супесь
песчанистая 1 — 7 ≥ 50
пылеватая 1 — 7 27 не регламентируется

p clay 1

Текучесть глинистых грунтов

Показать текучести IL выражается в долях единицы и используется для оценки состояния (консистенции) пылевато-глинистых грунтов. Определяется расчетом из формулы:

IL = (W — WP) / IP

Источник

Вычисляемые характеристики грунтов

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

Песчаные грунты по плотности сложения

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.

Глинистые грунты по плотности сложения

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.

Источник

Коэффициент пористости грунта

Коэффициент пористости грунта – это соотношение между объемами пустот и твердых частиц грунта. Его определяют экспериментальным путем или с помощью вычислений по плотности, массе и объему образцов. Показатель характеризует пористость грунта, которая влияет на многие другие свойства материала.

Что такое пористость грунта

Пористость – это объем пустого пространства, которое располагается между твердыми частицами грунта. Оно заполнено водой или воздухом. Вблизи месторождений полезных ископаемых в порах также могут находиться природный газ или нефть.

Пористость обозначается буквой n, измеряется в процентах и вычисляется по следующей формуле:

Koefficzient poristosti grunta (1)

Пористость формируется в процессе выветривания. У скальных грунтов она очень низкая, но резко увеличивается при появлении трещин и разрушении породы. Если грунт образовался из вулканических (пепла, туфа) или органических (известняка, ракушечника) отложений, его пористость изначально высокая.

Пористость дисперсных грунтов всегда выше, чем скальных. Она уменьшается по мере удаления от поверхности земли. На глубине грунт плотнее, так как испытывает давление верхних слоев. Кроме того, степень выветривания грунта здесь всегда ниже.

Влияют на показатель и органические примеси. Так, плодородные почвы обладают высокой пористостью, они дополнительно разрыхляются организмами, живущими в верхних слоях земли. Один из самых высоких показателей у торфяников из-за особенностей сложения полуразложившихся остатков растений.

Пористость влияет на многие свойства грунта, поэтому определение ее коэффициента – это одно из важнейших геодезических исследований.

Ведь от показателя зависят такие характеристики как:

Для грунтов, которые используются в строительных работах, высокая пористость является недостатком. Единственное исключение – установка дренажных систем. Ведь грунт вокруг них должен иметь разную пористость, чтобы пропускать и фильтровать воду.

В садово-огородных работах также используются пористые почвы. Они способны накапливать воду и воздух, необходимые для роста и развития растений. Но слишком высокий показатель здесь также нежелателен, так как почва с большим количеством открытых пор обладает большей водопроницаемостью. Влага при этом быстро уходит в нижние горизонты, а верхние в это время пересыхают.

Показатели пористости колеблются в широких пределах – от 0,5-3% (у скальных грунтов из магматических и метаморфических пород) до 90% (у торфа).

В таблице даны показатели пористости самых распространенных материалов.

Таблица пористости грунтов

Название грунта Пористость, %
Дисперсные
Гравий и галька мин. – 19, макс. – 55, ср. – 22-38
Песок мин. – 20, макс. – 81, ср. – 26-48
Супесь 40-45
Суглинок 45-50
Глина мин. – 22, макс. – 91, ср. – 32-60
Лессовидный мин. – 34, макс. – 64, ср. – 35-50
Илистый мин. – 35, макс. – 90, ср. – 38-70
Скальные
Базальт 3-6
Габбро 0,02-1,5
Гранит 0,06-2
Диорит 0,1-3,5
Гранодиорит 0,2-5
Доломит 3,4-12,4
Известняк прочный 5-13,7
Известняк слабый 10-22
Кварцит 4,8-8,8
Мрамор 0,1-1
Опока 39-49
Пироксенит 0,1-1
Порфирит 0,4-4,3
Песчаник прочный 1,6-10
Песчаник слабый 16-26

Разновидности скальных грунтов по пористости

Разновидность грунта Пористость, %
Непористый До 4
Слабопористый 4-10
Среднепористый 11-30
Сильнопористый От 30

Таким образом, если соотнести две таблицы, мы увидим, что:

Koefficzient poristosti grunta (2)

Koefficzient poristosti grunta (3)

Также существует разделение грунтов в зависимости от размера пор.

Они могут быть:

Во многих дисперсных грунтах, особенно с преобладанием мелких частиц, присутствуют поры разного размера. Поэтому такое разделение всех материалов на мелко- и крупнопористые является довольно условным.

Дальше вы узнаете об основных видах пористости.

Виды пористости грунта

Пористость грунта бывает:

Кроме разных типов пористости существуют и свои разновидности грунтовых пор. О них вы узнаете в следующей части статьи.

Виды грунтовых пор

Грунтовые поры – это пустые пространства неправильной формы. Они могут располагаться между отдельными частицами или внутри породы.

По расположению относительно твердых частиц их разделяют на:

Также пустоты в грунтовом массиве могут сообщаться между собой внешней средой или быть изолированными.

По этому свойству поры разделяют на:

Открытые поры располагаются между твердыми частицами. Через них свободно проходят вода и воздух, обеспечивается фильтрация. Закрытые поры образуются внутри породы или конгломератов. Они уменьшают плотность грунта, но не влияют на его водопроницаемость и влагоемкость. При давлении объем закрытых пор остается стабильным. Он может уменьшиться лишь в том случае, когда частицы грунта разрушаются, и поры открываются.

Грунтовые поры разделяются и по размерам. Основные характеристики этих разновидностей даны в таблице.

Характеристики грунтовых пор

Тип пор Размер Расположение относительно твёрдых частиц Влияние на движение воды и воздуха Тип грунта
Макропоры Больше 1 мм Между крупными обломками горных пород, органическими остатками (нередко окаменевшими) Вода свободно движется под действием гравитации, не поднимается по капиллярам Крупнообломочные грунты, известняки, лёссы, плодородные почвы
Мезопоры 1-0,01 мм Между песчаными, иногда пылеватыми частицами, органическими остатками Движение воды происходит при незначительном напоре (в меньшей мере под действием гравитации), жидкость может подниматься по капиллярам на небольшую высоту Пески, супеси, лёссы, плодородная почва
Микропоры 10-0,1 мкм Между пылеватыми и крупными глинистыми частицами, мелкими комками гумуса и органическими остатками Вода не передвигается в нижние горизонты под действием гравитации, только при значительном напоре; капиллярный подъем медленный, на большую высоту Плодородная почва, глинистые грунты (глины, суглинки)
Ультракапиллярные Меньше 0,1 мкм Между микроагрегатами и микроблоками В порах находится связанная вода Глинистые

Мелкие поры иногда также разделяют на:

В следующей части текста мы расскажем, как определяется коэффициент пористости с помощью вычислений и экспериментальным путем, приведем показатели для некоторых типов грунтов.

Что такое коэффициент пористости грунта

Коэффициент пористости грунта – это соотношение объема пор к объему твердой части, выраженное в долях единицы. Он обозначается буквой е. Экспериментальным путем его определяют для скальных грунтов. Для этого измеряют объем воды при полном насыщении влагой грунта. Он соответствует объему пор.

Затем показатель высчитывают по формуле:

где n – объем пор грунта, m – объем твердых частиц.

Согласно ГОСТ 25100-2011, коэффициент пористости вычисляется по формуле:

Koefficzient poristosti grunta (4)

Как определяют плотность разных компонентов, вы можете прочитать в нашем разделе Плотность грунта.

Для определения коэффициента пористости можно воспользоваться и готовыми данными для разных типов грунтов:

Как видно из приведенных цифр, коэффициент пористости не превышает единицы. Это значит, что объем пустот в грунте всегда меньше, чем его твердая часть. Исключение составляют лишь некоторые почвы с высоким содержанием торфа или грунты на основе вулканического пепла.

Коэффициент пористости – это один из показателей, по которому проводится классификация песчаных грунтов. В таблице даны его значения в зависимости от разновидности материала.

Название песчаного грунта Показатель коэффициента пористости (е)
Плотный Средней плотности Рыхлый
Песок крупный, средний и гравелистый Меньше 0,55 0,55-0,7 Больше 0,7
Мелкий песок Меньше 0,6 0,6-0,75 Больше 0,75
Пылеватый песок Меньше 0,6 0,6-0,8 Больше 0,8

Песчаный грунт с пористостью больше 0,7-0,8 считается непригодным для строительства. При насыщении водой он легко теряет связность, разжижается под механическим воздействием. Такой песчаный (иногда супесчаный) материал называется плывуном.

В сельском хозяйстве, наоборот, предпринимают меры, чтобы повысить показатель пористости почв. Ведь растения могут нормально развиваться лишь в почвогрунтах с достаточным количеством пустот, заполненных водой и воздухом. При этом желательно, чтобы большая часть пор была закрытой. Почвы с открытой пористостью быстро пропускают воду в нижние горизонты, а верхние слои при этом пересыхают.

Источник

Комфорт
Adblock
detector