Основные фазовые характеристики и методы их определения

К основным фазовым характеристикам относятся: плотность грунта ρ, плотность частиц (скелета) грунта ρ_s, естественная (природная) влажность W.

Плотность грунта ρ — отношение массы грунта к его полному объему:

ρ=m/υ (2.1)

Единица измерения — г/м³ или г/см³. Плотность определяется из монолитов-образцов грунта ненарушенной структуры. Наиболее распространенные методы определения — метод режущего кольца и метод парафинирования. В первом методе из монолита или из грунтового массива вырезают часть грунта металлическим кольцом известного объема и массы, которое затем взвешивают с грунтом, после чего вычисляют плотность.

Во втором случае образец грунта известной массы парафинируют, помещают в воду и через объем вытесненной воды получают объем образца.

В практических расчетах широко используется весовая характеристика плотности — удельный вес грунта, кН/м³:

γ=ρ*g;

где g=9,81 м/с² ускорение свободного падения.

Плотность дисперсных грунтов обычно составляет 1,5...2,2 г/см³ и зависит от влажности и плотности сложения.

Плотность частиц (скелета) грунта ρ_s – отношение массы частиц грунта к их объему:

Ρ_s=m_s/V_s (2.2)

Единица измерения — г/м³ или г/см³.

Плотность частиц определяется в основном пикнометрическим методом. Пикнометр, представляющий собой стеклянную колбу, взвешивают вначале с определенным объемом дистиллированной воды, а затем — с тем же объемом водной суспензии ½ воды с помещенной туда навеской грунта. Зная массу сухой навески грунта, рассчитывают плотность частиц.

Весовая характеристика — удельный вес частиц грунта, кН/м³

γ=ρ_s*g;

Плотность частиц дисперсных грунтов обычно составляет 2,65...2,69 г/см³ — для песков, 2,67...2,71 г/см³ — для супесей, 2,69...2,73 г/см³ — для суглинков, 2,70...2,75 г/см³ — для глин.

На величину ρ_s основное влияние оказывает минералогический состав. Для грунтов, содержащих органику, плотность частиц снижается и определяется специальными методами.

Влажность ω — отношение массы воды к массе частиц (скелета) грунта.

ω=m_ω/m_s (2.3)

Единица измерения — доли единицы или проценты.

Влажность определяется из проб грунта нарушенной структуры высушиванием при температуре 105⁰С. Масса после высушивания равна массе скелета, а разность масс до и после высушивания равна массе воды.

Значения естественной влажности могут изменяться в широких пределах от 0 до 0,7 и выше в зависимости от вида грунта.

Высокие значения влажности характерны для органогенных грунтов и тяжелых глин.