Пористость и коэффициент пористости грунта
Отношение объема пор в образце к объему всего образца называют пористостью грунта (n). Отношение объема твердых частиц в образце к объему всего образца обозначим m.
Тогда
;
. (1.12)
В образце единичного объема
m + n = 1; n = 1 – m . (1.13)
Таким образом, n = V2 – равняется объему пор, а m= V1 – равняется объему твердых частиц.
Так как
и
,
то, записав
,
можем получить формулу для расчета пористости
.
(1.14)
Пористость грунта выражают в процентах:
.
(1.14')
Отношение объема пор к объему твердых частиц грунта называют коэффициентом пористости (e). Коэффициент пористости можно рассчитать по формуле
.
(1.15)
Можно выразить пористость грунта и объем твердых частиц в единице объема грунта через коэффициент пористости
и
.
(1.16)
Коэффициент пористости – безразмерная величина.
Коэффициент водонасыщения
Коэффициентом водонасыщения (Sr) называется отношение природной влажности грунта w к его полной влагоемкости wsat (влажности, соответствующей полному заполнению пор грунта водой):
.
(1.17)
Коэффициент водонасыщения измеряется в долях единицы.
При полном заполнении пор
водой влажность грунта будет равна
отношению массы воды в объеме пор (
)
к массе твердых частиц (
):
.
(1.18)
Здесь w – плотность воды, равная 1 г/см3.
Тогда формулу для вычисления коэффициента водонасыщения можно записать в виде
.
(1.19)
Отсюда можно получить выражение для коэффициента пористости полностью водонасыщенного грунта при Sr = 1:
e = wsat s . (1.20)
Коэффициент водонасыщения может изменяться от 0 в случае абсолютно сухого грунта до 1 при полном заполнении пор грунта водой.
У грунтов, залегающих ниже уровня подземной воды, скелет испытывает взвешивающее действие воды. При этом вес твердых частиц уменьшается на вес вытесненной ими воды.
Для единичного объема
масса твердых частиц в воде равна s - w;
объем твердых частиц равен m.
Тогда плотность грунта с учетом взвешивающего действия подземной воды может быть выражена формулой
. (1.21)