Физические свойства грунтов это: Физические свойства грунтов

Физические свойства грунтов: физические характеристики грунтов

Физические свойства грунтов – это характеристики, которые проявляются в природной среде. Проще говоря, они показывают состояние грунта в конкретном месте и в определенный отрезок времени. Как правило, физические характеристики относятся к тем грунтам, которые не были подвержены внешнему механическому воздействию. Информация о них помогает правильно использовать материал, изменять его свойства.

• Физические свойства грунтов

• Влажность

• Влагоемкость

• Водопроницаемость

• Гранулометрический состав

• Плотность грунта

• Пористость грунта

• Выветрелость

• Пластичность

Группа физических характеристик включает:

• Влажность
• Влагоемкость
• Водопроницаемость
• Гранулометрический состав
• Плотность
• Пористость
• Выветрелость
• Пластичность

О каждом из этих свойств мы расскажем далее.

Влажность

Это процентное содержание воды в грунте в условиях природного залегания. Показатель изменчивый, особенно в верхних горизонтах. Он зависит от климата, количества осадков, времени года. Например, весной, после таяния снега, грунт напитывается влагой от талых вод. Летом, в засушливую погоду, он высыхает.

В нижних слоях массива влажность более стабильная, на нее влияет уровень грунтовых вод. От данного показателя зависят многие характеристики грунта – прочность и несущая способность, просадочность, химический состав, плодородие.

Для определения влажности отбирают пробу грунта и помещают ее в сушильный шкаф. Далее производится несколько этапов высушивания. Это необходимо, чтобы довести образец до постоянной массы и понять, сколько весит материал, не содержащий влаги. Далее сопоставляют первоначальную и конечную массы – и выводят показатель влажности.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Влажность грунта.

Влагоемкость

Под влагоемкостью понимают свойство грунта впитывать и удерживать воду. Она зависит в первую очередь от количества открытых пор и капилляров. Значительная пористость характерна для мелкозернистых грунтов – песка, дресвы, супеси. Они могут впитывать большое количество воды, но в тоже время хорошо ее пропускают. Глинистые частицы могут фиксировать на своей поверхности молекулы воды и задерживать ее, при полном насыщении увеличиваются в объеме. Поэтому покупать такой грунт весной, когда он впитал много талой воды, не стоит. Масса и объем материала будут больше, но вы доплатите за жидкость.

Влагоемкость определяется лабораторным путем. Для этого сухой образец грунта насыщают водой и сопоставляют разницу масс до и после испытаний.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Влагоемкость грунта.

Водопроницаемость

Это способность грунта пропускать через себя воду, свободно стекающую в нижние горизонты под воздействием силы тяжести и атмосферного давления. Водопроницаемость влияет на степень уплотнения грунтов, склонность к оползням в горной местности, концентрацию питательных веществ в верхних слоях почвы. У грунтов с низкой водопроницаемостью плохие дренажные свойства, на их поверхности застаивается вода, что ведет к заболачиванию участков.

Измеряется показатель коэффициентом фильтрации, характеризующим скорость, с которой жидкость проходит через материал (в метрах в сутки).

По водопроницаемости все грунты разделяются на несколько групп:

Группа	Коэффициент фильтрации	Комментарий
Водонепроницаемые	До 0,005 м/сут.	За 24 часа в такой грунт вода уйдет менее чем на полсантиметра. Такой показатель характерен для глины и скального грунта с низкой степенью выветрелости.
Слабоводопроницаемые	От 0,005 м/сут. до 0,3 м/сут.	В эту категорию входят тяжелые супеси, песчаники и суглинки. Они плохо пропускают воду из-за плотного сложения.
Водопроницаемые	От 0,3 м/сут. до 3 м/сут.	Сюда входят материалы с достаточно крупным размером зерен или с высокой трещиноватостью. Это супеси, глинистые сланцы, песчаники и известняки
Сильноводопроницаемые	От 3 м/сут. до 30 м/сут.	К этой группе относят практически все пески, а также скальный грунт средней степени выветрелости. Плотность у таких материалов низкая за счет большого количества пустот между зернами. Сквозь эти пустоты хорошо проходит вода.
Очень сильноводопроницаемые	Более 30 м/сут.	Структура таких грунтов практически не препятствует прохождению воды. Это галька, гравий и сильновыветрелый скальный грунт.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Водопроницаемость грунта.

Гранулометрический состав

Процентное содержание в грунте частиц с разным диаметром. Определяется путем разделения образцов грунта на фракции. Размеры частиц колеблются от десятков сантиметров (валуны и глыбы) до нескольких микрометров (глины, пылеватые грунты). От гранулометрического состава зависят влажность, пористость, плотность, водопроницаемость и ряд других характеристик материала.

Одной из составляющих гранулометрического состава является микроагрегатный состав. Первичные частицы грунта могут скрепляться между собой с помощью коллоидных или цементирующих связей. В результате образуются микроагрегаты и конгломераты. Очень часто такие структуры возникают в плодородных почвах, где песчаные и глинистые частицы сцепляются органическими веществами. Внутри микроагрегатов удерживается влага, интенсивно разлагается органика, размножаются полезные почвенные бактерии.

В целом, все грунты можно разделить на три большие категории:

• Крупнообломочные
• Песчаные
• Глинистые

На самом деле, эта классификация достаточно сложна, и здесь мы не будем сильно погружаться в детали.

Подробно об этой характеристике вы можете прочитать в статье Гранулометрический состав грунта.

Плотность грунта

Плотность грунта – это соотношение его массы к объему (г/см3 или т/м3). Измеряется показатель в неуплотненных образцах при естественной влажности. Дополнительно может определяться плотность твердых частиц, скелета (плотность твердой фазы и пор, без учета влаги), водонасыщенного образца, насыпная плотность (соотношение массы и объема при свободной засыпке материала).

Плотность влияет на несущую способность грунта, водопроницаемость. Зависит она во многом от зернового состава материала. Чем мельче частицы, составляющие основную массу, тем выше будет плотность. Это связано с тем, что мелкие зерна лучше примыкают друг к другу, между ними образуется меньше пустот. А, следовательно, и вес такого материала будет выше.

Показатель плотности позволяет высчитать, какой объем займет партия определенной массы или сколько будет весить куб материала.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Плотность грунта.

Пористость грунта

Пористость определяется отношением объема всех пустот грунта к его общему объему. Поры бывают крупными и мелкими, открытыми и закрытыми. Они образуются в процессе выветривания и перемещения грунтовой массы. Количество и диаметр зависят от гранулометрического и частично химического состава. От пористости зависят плотность, водопроницаемость и водонасыщенность, способность к усадке.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Пористость грунта.

Выветрелость

Показатель разрушения горной породы под влиянием природных факторов. Определяется для скальных крупнообломочных грунтов. Коэффициент выветрелости вычисляется после дробления пробы в барабане, по соотношению частиц с диаметром меньше и больше 2 мм. Показатель влияет на прочность и устойчивость к износу. Чем более выветрелый материал, тем быстрее он разрушается под влиянием статических и динамических нагрузок.

Высокий коэффициент выветрелости у разборного скального грунта, гравия, дресвы. Такие материалы нельзя добавлять в бетон, использовать для дорожной одежды на участках с большим трафиком или для других ответственных работ.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Выветрелость грунта.

Пластичность

Способность глинистой породы под внешним воздействием менять форму и сохранять ее после его прекращения. При этом связи между отдельными частицами не разрываются. Свойство проявляется при увлажнении и определяется числом пластичности (разницей между влажностью, при которой глина переходит в текучее и твердое состояние). Пластичные грунты склонны к набуханию, морозному пучению. При высыхании они становятся твердыми и плохо пропускают воду.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Пластичность грунта.

Физические характеристики грунта определяются перед закладкой фундамента, прокладкой дороги. Их важно знать, если вы собираетесь покупать материал для строительных целей или улучшения плодородия на огороде.

Важно понимать, что физические свойства грунта после его изъятия из места залегания и перевозки изменяются. Он может терять влажность, уплотняться. Некоторые грунты перед реализацией обогащают. Например, природную ПГС разделяют на песок и гравий. Карьерный песок промывают, удаляют из него мелкие глинистые частицы и крупные включения. Обработанный материал качественнее, но цена его сразу возрастает.

• Пластичность грунта
• Плотность грунта
  • Максимальная плотность грунта
  • Общая плотность грунта
  • Плотность сухого (скелета) грунта
  • Плотность твёрдой фазы грунта
• Влажность грунта
• Гранулометрический состав грунтов
• Коэффициент пористости грунта

Физические свойства грунтов и их характеристики

Вернуться на страницу «Основания фундаментов»

Все грунты отличаются между собой многими признаками. Для механики грунтов наиболее важными являются их физические и механические свойства, количественные показатели свойств грунтов называют характеристиками. Характеристики физических свойств условно разделяют на группы: основные и производные. К основным характеристикам относятся: плотность твердых частиц, плотность грунта природного сложения и влажности. Их определяют опытным путем в лаборатории или в полевых условиях. К производным относят: плотность сухого грунта (Скелета), пористость, коэффициент пористости и коэффициент водонасыщения. Их вычисляют по формулам, используя основные характеристики.

Рис.1. Определение характеристик грунтов.

В состав взятого объема V грунтов входят: твердые частицы суммарным объемом V_s и массой m_s, а также полости между ними с объемом V_p. При этом поры могут быть заполнены частично воздухом с объемом V_a и частично водой объемом V_w с массой m_w.

Плотностью твердых частиц грунта называют массу единицы объема твердых частиц, составленных абсолютно плотно, то есть без каких-либо зазоров, и пор между ними. Плотность твердых частиц выражают отношением массыm_s твердых частиц, содержащихся в общем объеме V почвы, к их суммарному объемуV_s:

p_s= m_s/V_s

За единицу измерения плотности твердых частиц грунта используют г / см³. Определяют эту характеристику зачастую пикнометрическим методом. При этом массу твердых частиц находят взвешиванием образца грунта, предварительно высушенного до постоянной массы при температуре 100 … 105⁰С, а объем твердых частиц определяют по массе, вытесненной им жидкости с известной плотностью, с помощью специальных мерных колб (так называемых Пикнометры).

Величина плотности твердых частиц почвы зависит только от их минералогического состава. Она возрастает при увеличении содержания в почве и плотности породо-образовательных минералов (кварца, каолинита, ортоклаза, плагиоклаза, биотита,мусковита и т. п.), а уменьшается — при увеличении содержания органических веществ.

Средние значения плотности твердых частиц отдельных типов дисперсных грунтов составляют: песков — 2,65 … 2,67; супесей — 2,68 … 2,72; суглинков — 2,69 … 2,73;глин — 2,71 … 2,76; заторфованных грунтов — 2,0 … 2,2; торфов — 1,4 … 1,8 г / см3.

Плотностью грунта природной (ненарушенной) структурой называют массу единицы его объема и выражают отношением массы грунта m, включая массу твердых частиц m_s и массу воды m_w, к общему объему почвы V, включая объем твердых частиц V_s и объем пустот V_p:

p = m/V = (m_s + m_w)/(V_s + V_p)

Соответственно плотность грунта измеряют в г / см3. Для определения плотности грунтов могут быть применены несколько методов:

— метод режущего кольца (Для грунтов, которые легко поддаются обработке ножом), метод парафинирования,

— метод гидростатического взвешивания в нейтральной жидкости — бензине, керосине, и т. п. (для скальных и мерзлыхпочв).

Величина плотности зависит от минералогического состава, влажности и пористости (плотности строения) грунта. Почвы одинакового состава и строения имеют наибольшую массу в случае полного заполнения пор водой. Величина плотности глин, суглинков, супесей, песков и крупнообломочных грунтов находится в диапазоне от 1,2 до 2,4 г / см³. Более высокие значения плотности относятся к крупнообломочным (разнозернистым) грунтам, моренным суглинкам и глин. Меньшее значение плотности характерны для грунтов, содержащих гумус, или для лессовых грунтов. Плотность сухого торфа может быть меньше 1,0 г / см3.

Влажностью грунта W называют относительное количество воды, содержащейся в его полостях. В механике грунтов пользуются, так называемой, абсолютной (весовой) влажностью. Абсолютную влажность выражают отношением массы m_w воды, содержащейся в порах некоторого объема грунта V, к массе m_s твердых частиц, содержащиеся в этом же объеме. Влажность почвы измеряют в относительных единицах (г / г) или в процентах, то есть

W = m_w / m_s = ( m – m_s)/m_s

W = (m_w / m_s)100% = [( m – m_s)/m_s]100%

В дальнейшем весовую влажность будем называть просто влажностью. Ее величина изменяется в очень широких пределах, достигая 200% и более (например, в текучих глинах, морских и речных илах). Влажность определяют высушиванием грунта до постоянной массы при температуре 100 … 105⁰С. Грунт, высушенный до постоянной массы, называют абсолютно сухим.

Физические свойства почвы — Связь здоровья почвы

Физические свойства почвы включают как внутренние, так и динамические свойства почвы. Неотъемлемые свойства включают текстуру почвы, исходные материалы почвы и глубину почвы. Динамические свойства — это те, на которые можно повлиять с помощью управления, включая инфильтрацию, стабильность агрегатов, доступную водоудерживающую способность почвы, органическое вещество почвы, пористость почвы, слои уплотнения, образование корки, объемную плотность и структуру. Оптимальные физические свойства почвы уменьшают ограничения роста и продуктивности корней, улучшают появление всходов, удержание питательных веществ и воды, инфильтрацию и движение воздуха и воды в профиле почвы. Физические свойства напрямую связаны с оптимальными химическими и биологическими свойствами, которые вместе улучшают круговорот питательных веществ и воды, а также другие ключевые функции почвы.

Проницаемость – это способность почв пропускать через свои слои воду и воздух. Инфильтрация – это скорость, с которой вода может проходить через почву и ее слои.

Узнать больше

На расположение частиц почвы влияют агрегаты, стабильность агрегатов, уровни органического вещества, уровни кальция по сравнению с натрием и магнием, соотношение воздуха и воды и температура.

Подробнее

Гранулометрический состав и относительная доля песка, ила и глины в минеральной составляющей почв.

Узнать больше

Агрегация почвы определяется тем, насколько хорошо частицы почвы связаны друг с другом. Агрегатная устойчивость — это измеренная способность почвы удерживать вместе и поддерживать структуру, несмотря на разрушающие силы.

Подробнее

Масса минеральных и органических частиц почвы, деленная на ее общий объем. На него влияют уровни органического вещества, текстура и структура.

Узнать больше

Уровень, при котором частицы почвы сжимаются вместе, что приводит к уменьшению пористого пространства между ними.

Подробнее

Температура почвы определяется как температура, измеренная на определенной глубине почвы.

Узнать больше

Почвенная корка  — это образование твердого плотного слоя на поверхности почвы с уменьшенной пористостью и высоким сопротивлением проникновению. Это образование корки связано с уменьшением инфильтрации воды, ограниченным появлением всходов и усилением эрозии.

Узнать больше

Часть воды, находящаяся между полевой вместимостью и постоянным уровнем влажности точки увядания.

Узнать больше

Общее количество воды, содержащейся в порах почвы в любой заданной точке, включая гравитационные, капиллярные и гигроскопические типы воды.

Узнать больше

Пространство вокруг минеральных и органических частиц почвы или объем пор в общем объеме почвы, занятый воздухом и водой.

Узнать больше

Здоровье почвы: физические свойства почвы

(спокойная музыка)

— Почва — это не просто грязь.

Качество почвы связано с физическими, биологическими и химическими свойствами почвы.

Сегодня мы поговорим о некоторых физических свойствах почвы, включая органическое вещество и структуру почвы, водоудерживающую способность и инфильтрацию, а также уплотнение (спокойная музыка)

Плодородная и здоровая почва является основой для здоровые растения людям имплантировали.

Таким образом, органическое вещество является основой здоровой и продуктивной почвы.

Но что такое органическое вещество почвы и что оно делает для нас?

Органическое вещество – это живые, мертвые и очень мертвые компоненты почвы.

Верхний слой почвы обычно содержит от одного до шести процентов органического вещества.

Но увеличение органического вещества на один процент может увеличить поля на 12%.

Добавки органического вещества повышают биологическую активность и улучшают структуру и агрегатность почвы, что, в свою очередь, улучшает инфильтрацию и хранение воды, разложение и выделение питательных веществ.

Почвы с более высоким содержанием органического вещества действуют как губка, содержащая больше воды и питательных веществ.

Органические вещества также питают почвенные бактерии, грибы, насекомых и другие полезные вещества, которые улучшают структуру почвы и борются с болезнями растений.

(спокойная музыка)

Текстура почвы присуща.

Содержит определенное количество песка, ила и глины.

Мы не можем это изменить.

Но как эти частицы почвы сочетаются друг с другом, структуру почвы мы можем изменить.

Хорошая комковатая почва должна состоять примерно на 50% из почвы и на 50% из воздуха и воды.

Для поддержания большого количества пор, наполненных воздухом и водой для растений, нам нужна хорошая структура мякиша.

Почвоведы называют эти крошки агрегатами.

Мелкие агрегаты связаны друг с другом химическими связями из органического вещества и глины.

Бактерии и корневые волоски производят липкие вещества, которые склеивают частицы почвы.

Грибы и корневые волоски заворачивают частицы почвы в шарики.

Одним из важных типов заполнителей является водостойкий заполнитель.

Количество водостойких агрегатов в вашей почве показывает ее способность поддерживать свою структуру в самых экстремальных условиях, таких как сильный ливень.

Здесь вы можете видеть, что очень устойчивые к воде заполнители сохраняют свою структуру даже после замачивания.

Другие тают.

(спокойная музыка)

У вас на ферме есть почва, которая после сильного ливня высыхает и образует корку?

Что происходит, когда начинается еще один сильный ливень?

Вода стекает с почвенной корки, не просачиваясь в землю там, где она нужна, и унося драгоценный верхний слой почвы с нашего поля.

Покровные культуры, компост и многолетнее покрытие будут питать почвенные организмы, которые связывают почвенные агрегаты и помогают поддерживать структуру почвы.

(спокойная музыка)

Здоровым корням нужны воздух и вода.

Когда идет дождь, мы хотим, чтобы дождь проникал в почву, задерживаясь в корневой зоне, где растения могут его получить.

Но мы также хотим, чтобы почва дренировала, чтобы корни не погружались в воду без достаточного количества кислорода.

Скорость инфильтрации является важным свойством почвы.

Определяет, сколько осадков попадет в почву и сколько смоется с поверхности почвы.

Здесь мы можем измерить, как быстро один дюйм дождя проникнет в почву из разных частей сада.

Мы хотим свести к минимуму стоки, потому что они забирают не только воду, но и питательные вещества и верхний слой почвы с нашего поля в ручьи и реки.

Когда осадки стекают, они теряются из профиля почвы, где они могут храниться для использования растениями.

Инфильтрация в основном определяется размером пор между агрегатами, текстурой почвы и отверстиями, оставленными корнями, насекомыми и норами дождевых червей.

Когда поверхность почвы уплотняется тракторными шинами или пешеходным движением, поры сжимаются, и инфильтрация уменьшается.

(спокойная музыка)

Тяжелые тракторы и транспорт, особенно когда почва влажная, могут уплотнить почву.

Вода будет стекать с уплотненной почвенной корки на поверхность почвы.

Корни не могут проникать глубоко в уплотненные слои почвы.

Мы можем измерить уплотнение почвы пенетрометром.