Как найти плотность грунта: Плотность грунта – определение, формула и описание свойства

Плотность грунта – определение, формула и описание свойства

Плотность относится к физическим свойствам грунта (неоднородному сырью, состоящему из твердой, жидкой и газообразной фазы). Она показывает отношение массы материала к объему в условиях естественной влажности и природного сложения. На показатель влияют состав твердой части, примеси органики, пористость, влажность сырья. В свою очередь от плотности зависят другие свойства грунта, такие как водопроницаемость, несущая способность, прочность, влагоемкость.

• Плотность грунта

• Общая плотность грунта

• Плотность твердой фазы грунта

• Плотность скелета грунта

• Максимальная плотность грунта

Обозначается плотность буквой ρ, измеряется в кг/м3 или г/см3. Вычисляется показатель по следующей формуле:

ρ=m/V

При этом m=(m1+m2+m3), а V=(V1+V2+V3).

Обозначения в формулах:

• m – вес грунта
• V – объем
• m1, m2 и m3 – масса твердых частиц, жидкости и газа
• V1, V2 и V3 – объем твердых частиц, жидкости и газа

При этом отметим, что на практике при вычислении показателя могут не учитывать массу газообразной части, так как она ничтожно мала. Объем жидкости и газа в грунте равен объему пор, заполненных этими веществами.

Грунт – неоднородная система. Как мы уже упомянули выше, он состоит из трех фаз. Каждая из них имеет свою плотность. Для того, чтобы получить максимально полную информацию по этой характеристике, исследуют общий и частные показатели для каждой фазы.

Принято выделять такие виды плотности:

• Общую
• Твердой фазы
• Скелета
• Максимальную

Коротко о каждом параметре вы можете прочитать ниже. Если вы хотите узнать подробнее о разных видах плотности и их практическом значении, рекомендуем вам ознакомиться с соответствующими статьями по ссылкам.

Общая плотность грунта

Общая плотность складывается из показателей всех трех фаз материала и характеризует грунт с естественной влажностью и ненарушенным сложением. На показатель влияют вид и количество пор в материале, влажность, а также плотность, размеры и форма твердых частиц.

У минеральных грунтов данный показатель высокий. Но плотность снижается в результате выветривания горных пород. Ведь чем более пористым становится материал, уменьшается и его общая плотность (а вот при повышении влажности она, наоборот, может увеличиваться). Самые низкие характеристики общей плотности у органических и плодородных грунтов.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Общая плотность грунта.

Плотность твердой фазы грунта

Под плотностью твердой фазы понимают соотношение массы и объема твердых частиц грунта. При этом поры и количество воды в материале не учитываются. Поэтому этот показатель довольно стабильный и зависит исключительно от состава сырья. От плотности твердой фазы в свою очередь зависит прочность, по ней также определяют пористость и гранулометрический состав грунта.

Самый высокий показатель по этой характеристике – у скальных грунтов из магматических пород, а самый низкий – у осадочных. Плотность твердой фазы также уменьшается, если в материале присутствуют примеси органики.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Плотность твердой фазы грунта.

Плотность скелета грунта

Плотность скелета помогает определить, как сильно усядет грунт в высушенном состоянии. Ведь это отношение между весом полностью высушенного грунта в природном сложении к его объему без учета влаги. Показатель всегда ниже общей плотности, изменяется в узких пределах. На него влияют только минеральный состав грунта и его сложение (число и качество пор). По нему вычисляют такие характеристики как коэффициенты уплотнения и пористости.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Плотность сухого (скелета) грунта.

Максимальная плотность грунта

Показатель максимальной плотности вычисляют при уплотнении высушенного грунта с постепенным увлажнением. При повышении влаги плотность увеличивается до определенной точки, а затем снижается. Влажность, при которой материал удается максимально уплотнить, называется оптимальной.

На основе этого показателя составляют сметы и документы в дорожном строительстве. В них учитывается оптимальная влажность и возможность достичь максимальной плотности в рабочих условиях. При этом не должна меняться структура грунта.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Максимальная плотность грунта.

Определяются виды плотности грунтов различными способами и методами, от полевых до лабораторных. С практической точки зрения самым точным показателем является общая плотность материала. Ее можно определить и самостоятельно, имея под рукой лишь емкость определенного объема и весы.

По общей плотности определяют насыпную. Она показывает соотношение веса и объема материала при свободной засыпке. Насыпная плотность помогает переводить объем в вес и обратно, рассчитывать количество транспорта для перевозки и площадь места для складирования. Подробнее обо этом вы можете прочитать в разделе Насыпная плотность сыпучих материалов и грунтов. А для перевода кубов в тонны и обратно вы можете воспользоваться нашим калькулятором.

О каждом показателе плотности вы можете прочитать в наших вложенных статьях:

• Максимальная плотность грунта
• Общая плотность грунта
• Плотность сухого (скелета) грунта
• Плотность твёрдой фазы грунта

Определение плотности мерзлого грунта

Плотность мерзлого грунта — это масса единицы объема монолита. Под плотностью скелета (твердой фазы) мерзлого грунта понимают соотношение всей скелетной массы образца к объему мерзлого грунта с системами ледяных включений монолита.

Для определения плотности твердой фазы образца используют следующую формулу:

p_d = p /1+Wc,

в которой p будет являться плотностью мерзлого грунта, а Wc — общая влажность, выражаемая в долях единицы. Для определения данной плотности испытуемый образец должен иметь естественную влажность (объем воды, который содержится в его порах; диапазон показателя — от 3 до 8%) и представлять из себя монолит. Показатель плотности грунта зависит от таких характеристик, как пористость, влажность, а также от количества и размера частиц, входящих в состав того или иного образца. Наибольшей плотностью обладают те образцы грунта, в состав которых входят соединения железа с кислородом (или железный колчедан). Если же говорить о породах, которые имеют наименьшую плотность, то к ним относятся образцы, характеризующиеся повышенным уровнем содержания глинистых минералов.

Для упрощенного ведения расчета приняты следующие показатели плотности твердой фазы для различных грунтов:

• для песков величина составляет 2,65;
• для супесей (рыхлых горных пород, которые преимущественно состоят из песчаных и пылеватых частиц) — 2,7;
• для суглинков — от 2,71 до 2,73;
• для глины — 2,74.

Чтобы приступить непосредственно к определению плотности того или иного мерзлого грунта, необходимо определить системы его ледяных включений, т.е. его текстуру, так как для каждой из них применяется свой метод.

При проведении работ по сбору первичных данных пользуются тремя основными способами:

1. метод режущих цилиндров;
2. метод обмера образцов;
3. метод лунки.

Для грунтов, состоящих из тонко измельченных частиц, а также для песчаных с беспорядочным расположением породообразующих материалов подходят абсолютно все вышеперечисленные способы определения указанной характеристики. Для тех же пород, но имеющих уже тонкослоистый или тонкосетчатый характер строения твердых частиц, у которых толщина прослоев льда составляет не менее 0,5 см, используют 2 и 3 методы. Если порода содержит в себе шлиры (т.е. скопления минералов), величина пробы должна быть в 4-5 раз больше величин ледяных включений и различных минеральных прослоев. Для дисперсных грунтов, содержащих в себе более 50% хорошо окатанных частиц крупностью более или менее 10 мм, применяют 3 метод, при этом не учитывается характер их текстуры.

Для того, чтобы быть максимально уверенными в полученных результатах, определение плотности мерзлого грунта проводят не менее трех раз.

Чтобы найти показатель плотности с помощью расчетов, необходимо знать общую влажность (Wc), влажность, получающуюся за счет незамерзшей воды (Wнз), а также плотность твердых элементов, которые входят в состав породы.

При нахождении плотности нужно обязательно указывать способ определения, вид системы ледяных включений, габариты, форму и ориентировки включений и, кроме того, влажность мерзлой породы.

Объемная плотность почвы — Модули лаборатории почвы

Насыпная плотность грунта — масса сухого грунта на единицу насыпного объема, включая воздушное пространство. Объемная плотность почвы может существенно различаться в зависимости от типа почвы и зависит от методов управления (например, обработка почвы, выпас скота, заготовка древесины). Включение в почву большого количества органического вещества снизит объемную плотность, а процессы уплотнения почвы увеличат ее объемную плотность. Обычно насыпная плотность минеральных почв колеблется от 1,0 до 1,8 г/см3.

Для теста Проктора подготовлен набор образцов почвы с разным содержанием воды. Трамбовка используется для уплотнения образца, находящегося в форме. Фото Лесли Дампир, Ванкувер, Британская Колумбия,

. Метод, который вы выбираете для определения объемной плотности почвы, зависит от характеристик участка. Два широко используемых метода: (1) метод керна (2) метод раскопок.

Стержневой метод

Стержневой метод используется, когда крупные фрагменты (частицы диаметром > 2 мм) занимают менее 25% объема. На участках с большим количеством крупных частиц и/или корней деревьев трудно использовать метод керна, и рекомендуется метод выемки грунта.

Двухцилиндровый ударный пробоотборник с сердечником предназначен для извлечения цилиндрического керна грунта. Головка пробоотборника содержит внутренний цилиндр и забивается в почву ударами отбойного молотка. Внутренний цилиндр, содержащий ненарушенный керн почвы, затем удаляют и обрезают до конца ножом, чтобы получить керн, объем которого можно легко рассчитать по его длине и диаметру. Затем определяют вес этого керна почвы после сушки в печи при 105°С в течение примерно 18-24 часов.

Метод земляных работ

Метод земляных работ был разработан почвоведами, которым требовался метод, пригодный для использования в гравийном грунте. Этот метод используется, когда содержание крупных фрагментов превышает 25% по объему. На лесных участках этот метод обычно является предпочтительным для определения объемной плотности почвы.

Метод земляных работ включает выкапывание небольшой ямы, последующую сушку в печи (при 105°C) и взвешивание извлеченного грунта. Объем котлована определяют, обкладывая отверстие полиэтиленовой пленкой и полностью заполняя его отмеренным объемом воды (или песком, или силиконовыми шариками). Крупные обломки (диаметром > 2 мм) отсеивают и рассчитывают насыпную плотность как массу сухой, лишенной крупных обломков почвы на объем вынутого грунта, причем объем также рассчитывают на основе отсутствия крупных обломков.