Плотность грунта в твердом теле: Определение коэффициента уплотнения грунта — gektargroup.ru

Коэффициент разрыхления грунта (таблица, снип)

Вторсырье → Почва → Расчет коэффициента разрыхления грунта

Содержание:

• 1 Виды
• 2 Свойства
• 3 Как рассчитать проведение необходимых работ

При некоторых строительных работах происходит разработка грунта для закладки фундамента.Для планирования работ, связанных с выемкой и вывозом земли, следует учитывать некоторые особенности: разрыхление, влажность, плотность.

Представленная ниже таблица коэффициента разрыхления грунта поможет вам определить увеличение объема почвы при ее выемке из котлована.

Виды

• Скальные, каменные, горные и сцементированные породы  – разработка возможна лишь с применением  дробления или с использованием технологии взрыва.
• Глина, песок, смешанные типы пород  – выборка производится вручную или механизировано с помощью бульдозеров, экскаваторов или другой специализированной техники.

Свойства

• Разрыхление – увеличение объема земли при выемке и разработке.
• Влажность – соотношение массы воды, которая содержится в земле, к массе твердых частиц. Определяется в процентах: грунт считается сухим при влажности менее 5%, превышающий отметку 30% – мокрый, в диапазоне от 5 до 30% – нормальная влажность. Чем более влажный состав, тем более трудоемкий процесс его выемки, исключением является глина (чем более сухая – тем сложнее ее разрабатывать, слишком влажная – приобретает вязкость, липкость).
• Плотность – масса 1 м3 грунта в плотном (естественном) состоянии. Самые плотные и тяжелые скальные породы, наиболее легкие – песчаные, супесчаные почвы.
• Сцепление – величина сопротивления к сдвигу, песчаные и супесчаные почвы имеют показатель – 3–50 кПа, глины, суглинки  – 5–200 кПа.

Исходя из строительных норм и правил (СНИП), коэффициент разрыхления грунта (первоначальный), показатель плотности в соответствии категории, приведены в таблице:

Проанализировав таблицу, можно сказать, что  первоначальный коэффициент разрыхления грунта прямо пропорционален диапазону плотности, проще говоря, чем более плотная и тяжелая почва в природных условиях, тем больший ее объем при разработке.

Существуют также вычисления коэффициента остаточного разрыхления грунта, результат определяет, насколько почва поддается осадке при слеживании, при контакте с водой или утрамбовке. В строительстве эти расчеты имеют огромное значение для определения количества необходимого материала, а также их учитывают при складировании, утилизации земли.

Как рассчитать проведение необходимых работ

Для расчета необходимых работ следует  знать геометрические размеры планируемого котлована. Далее умножьте коэффициент первоначального разрыхления на объем земли в природном состоянии.

В результате вы получите объем, который будет изъят из строительного карьера. Теперь очень просто рассчитать количество изъятой земли для складирования, погрузки, транспортировки для утилизации.

Посмотрите видео: ВИДЫ ГРУНТА. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УЧАСТКА

Удельный и объемный вес грунта: определение и формулы расчетов

Качество и характеристики грунтов имеют важнейшее значение при планировании и проведении любых земляных или строительных работ. Основными физическими показателями, которые характеризуют свойства почв, считается их удельный и объемный вес, вес под водой и в высушенном состоянии. Наибольшую роль играют первые три характеристики, именно их чаще всего используют в различных инженерных расчетах.

Без знаний о весе грунта нельзя вычислить его механические свойства, что делает невозможным любое строительство. Ошибки при оценке характеристик почвы способны привести к разрушению зданий и сооружений.

Удельный вес: общая информация

Удельный вес грунта – это отношение его массы к объему. Данный показатель высчитывается по формуле:

γ = P/V, где γ – означает удельный вес, Р – массу, а V – объем исследуемого образца.

Как правило, в расчетах используют удельный вес для сухого грунта. Перед взвешиванием из почвы удаляют всю влагу с помощью длительного нагревания до температуры 100-105° С. Для этой процедуры применяются специальные сушильные шкафы.

Объем образца вычисляется путем погружения его в воду и последующего подсчета объема вытесненной жидкости. Образцы мягких грунтов предварительно парафинируют, а затем из полученного результата вычитают объем парафина. Также объем проб вычисляют с помощью пикнометрического метода, путем вытеснения газа или гидростатическим взвешиванием. Чаще всего для подобных расчетов используется пикнометр.

Методы для вычисления веса породы делятся на полевые и лабораторные. К первой группе относят различные способы, с помощью которых можно определить характеристики грунта в условиях его залегания. Вторая группа обычно работает с небольшими образцами породы, уже извлеченными из массива.

В полевых условиях данную характеристику грунтов часто измеряют с помощью специального кольца с острой режущей гранью. Оно имеет диаметр 15 см и высоту 5-10 см. Это очень простой и удобный метод. Подобное кольцо вдавливается в почву, а затем извлекается и взвешивается.

Для выражения удельного весе применяют разные единицы измерения, но чаще всего используют г/см³ или т/м³.

От чего зависят показатели веса?

Удельный вес почвы зависит от ее геологического состава и содержания в ней органических соединений и растительных остатков. Последние имеют низкую плотность, поэтому чем больше органики в породе, тем она получается легче. Грунты, которые содержат много гумуса, обычно отличаются небольшим весом. На данную характеристику также значительно влияет наличие в почвах тяжелых минералов.

У большинства грунтов вес колеблется в диапазоне от 2,5 до 2,8 г/см³. У основных пород он несколько выше, чем у кислых. Вес последних приближается к весу кварца. К породам с большим удельным весом (плотностью) относятся: кварциты, мрамор, диориты, граниты, гнейсы, базальты, порфириты, кремень, ангидриты. Имеют низкий показатель удельного веса известняки, туф, торф, пемза, шлаки.

Ниже представлены значения удельного веса для наиболее распространенных видов почв.

Объемный вес: общая информация

Кроме удельного веса грунта, существует еще и объемный, под которым подразумевается его масса в единице объема. Это очень важный физический параметр почвы, определяющий ее текстурные, а также структурные особенности. Он зависит от минерального состава, структуры почвы, ее пористости, влажности.

Данный показатель у скальных пород очень близок к удельному. Причина этому – их низкая пористость и большое количество тяжелых элементов в составе. Так, например, у изверженных пород его значение составляет 2,5-3,5.

Объемный вес применяется при расчетах давления грунтов на подпорные стенки и другие конструкции, а также при вычислении устойчивости откосов, оползневых склонов, других аналогичных объектов. Также данная величина используется при вычислениях других характеристик грунтов: пористости, массы скелета почвы.

Грунт – это многокомпонентная дисперсная система, в состав которой, кроме твердых частиц, входят еще и поры, заполненные жидкостью и воздухом. В качестве жидкости чаще всего выступает свободная и связанная вода, а также различные растворы на ее основе. По этой причине масса почвы – это величина переменная, она повышается или уменьшается вместе с уровнем влажности. Поэтому выделяют два вида объемного веса, для грунта влажного и сухого.

В первом случае имеется в виду вес некоторого объема почвы с ненарушенной структурой, который содержит природную влагу. Он высчитывается по формуле:

γ = γ_с (1+W), где γ_с – это вес грунта без воды, а W – его влажность.

В практических вычислениях обычно используется объемный вес грунта с влажностью. Чаще всего именно эта характеристика встречается в технической литературе и справочниках.

Сухой вес – масса почвы, из которой при нагревании полностью удалена вода. Характеристика высчитывается по формуле:

γ = γ_уд (1-n), где γ_уд – это удельный вес почвы, а n – ее пористость.

Значения для разных грунтов

Ниже указана данная характеристика для разных типов почв. В таблице указаны средние показатели. Следует отметить, что вес одинаковых грунтов с разной пористостью может значительно отличаться.

Под коэффициентом пористости понимается соотношение твердых частиц грунта и его воздушных пор.

Вес грунта под водой

Важной характеристикой почвы является ее удельный вес в водной среде. Здесь речь идет о грунте, который полностью насыщен влагой. Так бывает при его залегании ниже уровня грунтовых вод. В таких условиях вес породы уменьшается на количество воды, которую вытеснили твердые частицы. Здесь действует закон Архимеда, известный всем нам еще со школьной скамьи.

Данную характеристику можно высчитать по двум формулам:

γ_гр = (γ_уд -1)×(1-n) или γ_гр = (γ_уд – γ_в)/(1+ε), где γ_гр – это вес почвы, которая находится в воде, γ_в – масса воды, а ε – показатель пористости породы. Последняя характеристика является практически постоянной.

Вес почвы, которая насыщена водой, чрезвычайно важен. Его значение применяется при вычислениях устойчивости оснований, фундаментов сооружений, расчетах откосов, при прогнозировании деформационных процессов и других измерениях.

При проведении подобных вычислений необходимо знать плотность породы. Ее можно высчитать с помощью простых формул или измерить. Чтобы высчитать плотность, необходимо знать массу и объем почвы.

Для инструментального определения данной величины используются пикнометр. Этот прибор выглядит, как небольшая стеклянная колба с узким горлышком и боковой шкалой. С его помощью можно очень точно определять плотность твердых и жидких веществ.

Для чего нужны данные характеристики?

Объемный и удельный вес грунтов – это чрезвычайно важные характеристики, без которых невозможно любое строительство. Они во многом определяют механику почв и их прочностные свойства. Без знания этих параметров нельзя заложить фундамент или другой объект. Кроме того, данные свойства определяют, как грунт поведет себя при воздействии на него низких температур, температурных колебаний, замачивания.

Исходя из прочности грунта, можно высчитать массу строительных элементов, которые он в состоянии выдержать. Неправильная оценка механических свойств почвы способна привести к деформации сооружения, а то и к его полному разрушению. Считается, что более 50% аварий насыпей, дорог, мостов, зданий и плотин – это следствие ошибок, допущенных при геологических изысканиях и расчетах характеристик грунта.

Расчет массы почвы может пригодится не только профессиональным строителям, но и обычным обывателям. Например, при постройке дачи или дома с помощью указанных выше формул и значений можно посчитать тоннаж автотранспорта. Застройщики-любители обычно не пользуются сложными расчетами, а просто берут усредненные значения для каждого грунта, которое можно найти в справочниках.

Плотность почвы – Лабораторное руководство по почвам

Поток жидкостей и через почву необходим для существования растений и других почвенных организмов. Эти потоки зависят от пористости почвы и связности пор. Пористость почвы также зависит от плотности почвы и обратно пропорциональна ей. Если почва уплотнена, твердые частицы почвы упаковываются в меньший объем, а частицы упаковываются ближе друг к другу. Это приводит к меньшему общему объему пор. Таким образом, по мере увеличения плотности почвы пористость почвы уменьшается. Плотность почвы относительно просто и дешево измерить. Эта лаборатория влечет за собой демонстрацию использования пробоотборника плотности почвы и набор задач, ориентированный на обычные расчеты плотности почвы.

• Измерение объемной плотности почвы и расчет соотношения объема пор.

• Пробоотборник объемной плотности почвы
• Набор задач для определения плотности почвы

• Обзор объемной плотности почвы (CropWatch – Youth, 2013a)
• Испытание на объемную плотность почвы (CropWatch – Youth, 2013b)
• Объемная плотность (USDA NRCS, 2008a)
• Объемная плотность почвы/влажность/аэрация (USDA NRCS, 2019)

Используя рекомендуемые ресурсы для чтения и просмотра, а также введение в эту лабораторную работу, ответьте на вопросы, перечисленные ниже. Эти определения/вопросы обеспечат краткое изложение основных концепций, рассматриваемых в лабораторной работе. Они также полезны в качестве учебных заметок для экзаменов.

1. Дайте определение и объясните различия между плотностью частиц, объемной плотностью и удельным весом.
2. Опишите взаимосвязь между 1) объемной плотностью и пористостью и 2) плотностью частиц и пористостью. Напишите математическое выражение для этих отношений.
3. Каков типичный диапазон значений объемной плотности для минеральных грунтов? Каков диапазон значений объемной плотности органической почвы?
4. Каковы размеры макропор и микропор?
5. Кратко опишите процессы структурообразования (агрегата) почвы.
6. Опишите несколько примеров методов управления почвой, которые увеличивают или уменьшают объемную плотность почвы.

Физические свойства почвы определяют механическое поведение почвы и сильно влияют на землепользование и управление. В других лабораториях обсуждалось несколько важных физических свойств: текстура, структура, цвет и консистенция. В этой лаборатории будут измеряться дополнительные физические свойства и обсуждаться их значение для управления земельными ресурсами.

Объемная плотность, плотность частиц и поровое пространство

Почва представляет собой уникальное сочетание твердых тел и пустот. Пустоты или поровое пространство важны для движения и хранения воздуха и воды. Общее поровое пространство состоит из пустот между частицами песка, ила и глины и пустот между почвенными агрегатами. Следовательно, текстура и структура определяют объем порового пространства почвы. Органическое вещество влияет на твердую часть почвы, но также косвенно влияет на пористость через его влияние на структуру.

Плотность относится к массе на единицу объема. Насыпная плотность почвы относится к массе объема сухой почвы. Объем включает как твердые тела, так и поры. Плотность частиц относится к массе твердых веществ на объем только твердых частиц. Эти два измерения плотности дают важное представление о физической природе данной почвы. Плотность почвы играет важную роль как в росте растений, так и в инженерном использовании почвы. Ниже приведены формулы для расчета объемной плотности и плотности частиц:

[латекс]\text{Насыпная плотность, }ρ_\text{b}=\frac{\text{масса сухого грунта}}{\text{общий объем грунта}}[/latex]

[латекс] \text{Плотность частиц, }ρ_\text{p}=\frac{\text{масса сухого грунта}}{\text{объем твердого вещества грунта}}[/latex]

Рис. 8.1. Пробоотборник Uhland для отбора проб почвы для определения объемной плотности. Диаграмма из King et al. (2003).

Единицы плотности обычно выражаются в г см ^{– 3} или Мг м ^-3 .

Обратите внимание, что общий объем образца почвы равен объему твердых частиц и объему пор.

Пористость — отношение объема пор в образце почвы к общему объему образца:

[латекс]\text{Пористость, }φ=\frac{\text{объем пор}} {\text{общий объем почвы}}[/latex]

Однако измерить объем пор в образце почвы сложно. На практике пористость обычно рассчитывается по формуле:

[латекс]\текст{Пористость, }φ=1-\frac{ρ_\text{b}}{ρ_\text{p}}[/latex]

Пористость обычно выражается в виде десятичной дроби, но ее также можно выразить в процентах, умножив десятичную форму на 100%.

Образцы для определения объемной плотности следует отбирать очень осторожно, чтобы убедиться, что образец соответствует желаемому состоянию на месте и не произошло дополнительного уплотнения или разрыхления. Одним из методов определения объемной плотности является метод «стержня». (Относительно) ненарушенный цилиндрический грунтовый керн собирают с помощью устройства, подобного показанному на рис. 8.1.

Приводной груз многократно поднимается и опускается для погружения пробоотборника в почву. При достижении нужной глубины устройство извлекается из грунта, а съемный металлический цилиндр, содержащий образец грунта, извлекается. Зная размеры цилиндра и вес сухого грунта внутри цилиндра, мы можем рассчитать насыпную плотность.

Процедура отбора проб

1. Вставьте металлическое кольцо диаметром 1,5 см, металлический стержень длиной 6 см, а затем второе металлическое кольцо диаметром 1,5 см в корпус пробоотборника, затем снова прикрепите корпус к рукоятке. Образец будет находиться в более длинном цилиндре; два кольца диаметром 1,5 см являются прокладками, которые помогают обеспечить неповрежденный образец почвы.
2. Поместите пробоотборник в нужное место для отбора проб, а затем вбейте его в почву с помощью скользящего молотка в верхней части рукоятки. Остановитесь, когда крышка бочки окажется на одном уровне с поверхностью почвы.
3. Извлеките пробоотборник из почвы, нажимая на рукоятку до тех пор, пока вертикальный стержень рукоятки не будет параллелен поверхности почвы.
4. Извлеките цилиндр из пробоотборника и осторожно вытолкните сердечник из верхней части цилиндра, следя за тем, чтобы сердечник не пострадал.
5. Аккуратно разрежьте между двумя более короткими кольцами и основным сердечником. Поместите ядро ​​в промаркированную, предварительно взвешенную канистру и наденьте крышку.
6. Вернувшись в лабораторию, взвесьте каждую канистру и влажную почву.
7. Определите вес сухой почвы в образце.
8. Измерьте длину и диаметр металлических цилиндров.
9. Используйте эту информацию для расчета объемной плотности, пористости и объема пор, заполненных водой.

Определение массы сухой почвы в образце

Самый простой метод – высушить образец в обычной печи:

1. Снимите крышки со всех канистр и поместите каждую в печь при 105°С. Высушите за ночь.
2. Запишите окончательный вес каждой канистры (включая крышку) плюс сухой грунт.
3. Рассчитайте влажность образцов:

[латекс]\text{Масса воды}=(\text{масса стакана}+\text{влажная почва})-(\text{масса стакана}+\text{сухая почва})[/latex]

[латекс]\text{Масса сухой почвы}=(\text{масса стакана}+\text{сухая почва})-\text{масса стакана}[/latex]

[латекс]\text{ Процент влажности}=\frac{\text{масса воды в почве}}{\text{масса сухой почвы}}\times100\text{%}[/latex]

1. Рассчитайте сухую массу почвы в каждого цилиндра и запишите данные:

[латекс]\text{Сухая масса}=\frac{\text{сырая масса}}{1+(\frac{\text{процент влажности}}{100\text{%}})}[/latex]

Комплект задач будет предоставлен вам в начале лабораторного занятия. Вы будете работать со своими одноклассниками, чтобы выполнить его во время лабораторной работы. Преподаватель лаборатории поможет вам по мере необходимости.

5.4: Плотность частиц — Geosciences LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Анна Р. Швайтер и Карен Л. Воан
• Университет Вайоминга через UW Open Education Resources

  Плотность частиц почвы = сухая масса (г) почвы / объем частиц почвы.

  \[D_p = \frac{ODwt}{V_s} \номер\]

  Где D _p — плотность частиц; ODwt – сухой вес почвы; V _s – объем твердых веществ. Плотность частиц учитывает массу и объем, занимаемый твердыми частицами только . Исключая объем, занимаемый воздухом и водой. Поскольку большинство почв состоит из частиц, полученных из минералов, содержащих 70% или более кремнезема и кислорода, плотность частиц большинства почв составляет приблизительно 2,65 г/см 9 .0059 3 . Эта плотность частиц почти такая же, как плотность кварца.

  Различия в плотности частиц почв обусловлены наличием более тяжелых минералов (таких как оксиды железа) или органического вещества (которое имеет низкую плотность и снижает общее значение плотности частиц). Каолинитовые и иллитовые глины имеют плотность частиц около 2,6 г/см ³ , а коллоидные монтмориллонитовые глины имеют плотность частиц около 2,4 г/см ³ .

  Хотя обработка почвы приводит к изменению как объемной плотности, так и пористости, она не , а не влияют на плотность частиц. Плотность частиц остается постоянной, поскольку обработка почвы и другие кратковременные изменения не изменяют общее количество или химический состав минеральных частиц почвы.