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

Плотность сухого (скелета) грунта – описание свойства и формула

Скелетом грунта называют его твердую фазу, то есть все твердые минеральные частицы, входящие в его состав. Иначе его еще называют сухим состоянием материала.

  • Плотность сухого (скелета) грунта

  • Определение плотности сухого грунта

  • Практическое значение плотности сухого грунта

Плотность скелета – это отношение между весом полностью высушенного грунта при температуре 105°С к его объему в природном, ненарушенном сложении. При определении этой характеристики не учитывается влага, поэтому показатель изменяется в узких пределах. Он также всегда ниже общей плотности.

Плотность скелета зависит от:

  • Минерального состава грунта
  • Сложения грунта (числа и качества пор)

Другие характеристики на показатель не влияют.

Плотность скелета высокая у скалы с низкой степенью выветривания. У этого материала она практически равна показателю твердой фазы. У глинистых грунтов характеристика бывает выше общей плотности, так как при высушивании объем материала резко уменьшается.

Определение плотности сухого грунта

Обозначается плотность скелета ρd. Измеряется она, как и другие виды плотности, в г/см3 или кг/м3.

В соответствии с ГОСТом 5180-2015 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик», показатель определяют прежде всего расчетным способом. Перед этим обязательно высчитывают влажность грунта и общую плотность при этой влажности. Затем полученные результаты подставляют в следующую формулу:

Показатель плотности скелета для грунтов природного сложения в естественном состоянии находится в пределах 1,3-1,6 г/см3. Меньшее значение соответствует грунтам с большой пористостью.

Для тех материалов, у которых не всегда можно определить плотность скелета при ненарушенной структуре, показатель высчитывают на воздушно-сухих образцах с нарушенным сложением при предельно-рыхлом или плотном состояниях. В первую очередь это касается песчаных грунтов.

Практическое значение плотности сухого грунта

Знание плотности сухого грунта дает представление, насколько сильно будет давать усадку грунт в высушенном состоянии. Характеристику важно определять, прежде всего, для глинистых материалов, чтобы понимать, как сильно они будут уплотняться в насыпных сооружениях. Показатель также помогает вычислить пористость материала, узнать об особенностях его сложения. Кроме того, по нему определяют коэффициенты уплотнения и пористости.

Обратим еще раз ваше внимание на тот факт, что плотность скелета грунта – стабильный показатель. Он почти не изменяется, так как не зависит от влажности. Благодаря тому, что на свойство оказывают влияние минеральный состав материала и его сложение, показатель дает представление о качестве грунта.

О других видах плотности грунтов вы можете прочитать в наших статьях:

  • Общая плотность грунта
  • Плотность твердой фазы грунта
  • Максимальная плотность грунта

Также рекомендуем к прочтению нашу статью о плотности грунтов в целом.

    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.

    Расчет для метода земляных работ

    Максимальная объемная плотность (MBD) и относительная объемная плотность (RBD)

    Измерение изменений объемной плотности одного и того же грунта до и после приложения уплотняющей силы отражает уплотнение почвы. Однако использование объемной плотности ограничено при сравнении уровней уплотнения среди почв, которые различаются по минералогии, содержанию органического вещества, текстуре и почвенным условиям на месте. Были предприняты попытки определить параметры почвы, которые объединяют несколько свойств почвы и связывают их с ростом растений. Один из таких подходов включает выражение фактической объемной плотности в процентах от некоторого эталонного состояния уплотнения. Относительная объемная плотность (RBD) — это параметр, который рассчитывается таким образом, используя максимальную объемную плотность в качестве эталонного состояния.

    Общая объемная плотность почвы – кривая содержания влаги в почве, полученная с помощью стандартного теста Проктора для грубозернистой почвы. WMBD – содержание воды, соответствующее максимальной объемной плотности (MBD).

    Максимальная объемная плотность (MBD) является хорошим выбором в качестве эталонного состояния уплотнения, используемого для расчета RBD, поскольку оно определяется строго определенным методом (например, испытанием на уплотнение Проктора) и может быть легко выполнено с использованием стандартного испытательного оборудования.

    Относительная насыпная плотность (RBD) рассчитывается путем деления фактической (или полевой) насыпной плотности на MBD. Было показано, что относительная объемная плотность является полезным показателем для оценки уплотнения почвы на сельскохозяйственных и лесных почвах. Например, RBD 0,74-0,81 был связан с оптимальной урожайностью независимо от состава почвы и содержания органического вещества; RBD 80% считается порогом, ограничивающим рост дерева.

    Ссылки и ресурсы

    Американское общество по испытанию материалов (ASTM). 2000. Дизайн Д698-00а. Стандартные методы испытаний лабораторных характеристик уплотнения грунта с использованием стандартного усилия (12 400 фут-фунт-сила/фут3 (600 кН-м/м3)). ASTM, Западный Коншохокен, Пенсильвания.

    Carter, M.R. 1990. Относительные показатели объемной плотности почвы для характеристики уплотнения в исследованиях обработки почвы на мелких супесях. Можно. J. Почвоведение. 70:425–433.

    Гроссман Р.Б. и Т.Г. Райнш. 2002. Объемная плотность и линейная растяжимость. В Dane, J.H. и G.C. Топп. ред. Методы анализа почвы, Часть. 4. СССА. Мэдисон, Висконсин. стр. 201-254.

    Чжао Ю., М. Крзич, К.Э. Балмер, М.Г. Шмидт и С.В. Симард. 2010. Относительная объемная плотность как мера уплотнения и ее влияние на высоту дерева. Можно. Дж. Форест Рез. 40: 1724-1735.

    Определение относительной плотности грунта

    🕑 Время считывания: 1 минута

    Относительная плотность определяется как отношение разности коэффициентов пустотности несвязного грунта в его наиболее рыхлом состоянии и естественном состоянии (emax — e) к разнице между пустотностью отношение в самом рыхлом и самом плотном состоянии (emax — emin). Относительная плотность определяет плотность несвязного грунта.

    В этой статье объясняется определение относительной плотности лабораторным методом.

    Содержание:

    • Относительная формула плотности
    • Тест для определения относительной плотности почвы
      • Apparatus
      • Процедура

    Относительная формула

    . Относительная девственница. Идентификатор. Где

    emax = коэффициент пустотности несвязного грунта в его самом рыхлом состоянии

    emin = коэффициент пустотности несвязного грунта в его самом плотном состоянии

    e = коэффициент пустотности несвязного грунта в его естественном состоянии

    В основном состояние уплотнения крупнозернистых грунтов оценивается путем определения относительной плотности. Это также используется для оценки безопасной несущей способности песчаных грунтов.

    Если известна сухая плотность почвы в ее самом рыхлом, самом плотном и естественном состоянии, относительная плотность (Id) определяется соотношением:

    Испытание для определения относительной плотности почвы

    Процедура испытаний основана на стандарте IS 2720 (часть 14): 1983; Определение относительной плотности или индекса плотности несвязного грунта.

    Рис.1. Аппарат для определения относительной плотности; Image Courtesy: www.humboldtmfg.com

    Apparatus

    The apparatus consists of:

    1. Cushioned steel Vibrating Table
    2. Cylindrical Metallic molds
    3. Guide Sleeves
    4. Dial Indicator Gauge
    5. Surcharge Base-plate
    6. Surcharge weights
    7. Весы
    8. Совок
    9. Поверочная линейка

    Процедура

    1. Подготовка проб

    Максимальный размер частиц почвы, присутствующих в почве, определяет репрезентативность пробы почвы. Это можно получить из таблицы 1 ниже. Полученную почву необходимо высушить в печи при температуре от 105 до 110 градусов Цельсия.

    Табл.1. Масса пробы почвы, отбираемой для испытания

    2. Процедура испытания

    Процедура испытаний включает определение минимальной, максимальной плотности в сухом состоянии и объемной плотности почвы.

    Определение минимальной плотности в сухом состоянии

    1. Подготовленный грунт свободно насыпают в форму с помощью совка или разливочного приспособления.
    2. Лишняя почва обрезается линейкой.
    3. Определяются массы плесени + почвы (W1) и плесени (W2) отдельно.

    Объем формы = V

    Масса сухой почвы = Ms = W1-W2

    Следовательно, мин. плотность в сухом состоянии и коэффициент минимальной пустоты (emin) определяются по формуле:

    Определение максимальной плотности в сухом состоянии

    1. Пустая форма взвешивается (W). После чего воротник укладывается на его вершину и зажимается.
    2. Форма заполняется высушенным в печи образцом до одной трети воротника.
    3. Установка размещается над вибрирующей платформой. Он крепится к столу с помощью гаек и болтов.
    4. Над формой укладывают пригруз и включают вибратор на 8 минут.
    5. Через 8 минут форму с грунтом снова взвешивают (W2)

    Масса сухого грунта = (W2-W) = Ms

    Затем максимальная плотность в сухом состоянии и максимальный коэффициент пустотности определяются по формуле:

    Определение естественной плотности

    Естественная плотность в сухом состоянии рассчитывается с использованием объема формы «V» и веса сухой почвы.