4.4. Пористость грунтов

Рис. 4.15. Влияние пористости на физико-механические свойства грунтов

Под пористостью грунтов n, %, понимают наличие в них мелких пустот. Показатели, характеризующие пористость грунтов, являются наиболее важными для грунтов, так как позволяют прогнозировать их прочностные и деформационные свойства (рис. 4.15) и часто служат классификационными показателями. Пористость используется как вспомогательная характеристика при некоторых расчетах, например при выборе расчетных сопротивлений грунтов, при построении компрессионной кривой, при вычислении характеристик сжимаемости, входят в формулы для расчета водопроницаемости и многих других показателей свойств грунтов.

Количественно пористость обычно выражают процентным отношением объема пустот (V_n) к общему объему грунта (V):

Величина пористости может быть выражена как отношение веса воды, полностью заполняющей поры грунта, к весу абсолютно сухого грунта (весовая пористость).

Для скальных грунтов определение коэффициента открытой пористости определяется жидкостенасыщением [37]. Сущность метода заключается в определении объема пустотного пространства образца (по разности масс сухого и насыщенного жидкостью образца), его внешнего объема (по разности масс насыщенного жидкостью образца в воздухе и в насыщающей жидкости) и вычислении коэффициента пористости путем деления первого объема на второй.

Для глинистых грунтов не существует способов непосредственного лабораторного определения пористости и для расчета пористости обычно используется зависимость, связывающая эти величины с плотностью твердых частиц (р_s) и плотностью грунта (р), или плотностью скелета грунта (р_d):

^.

Для остальных грунтов пористость может определяться и непосредственно прямыми методами, но обычно вычисляется по тем же формулам, что и пористость связных грунтов.

Кроме того, пористость грунта может характеризоваться отношением объема пустот (V_n) к объему твердой фазы (V_s); эта величина называется коэффициентом пористости е, выражается обычно также в долях единицы или в процентах и вычисляется по формуле:

или через характеристики плотности:

Через коэффициент пористости можно выразить пористость и объем твердой компоненты в единице объема грунта:

По величине коэффициента пористости песчаные грунты классифицируются по плотности их сложения (табл. 2.5). При этом предусматривается, что его величина рассчитывается по данным определения плотности грунтов по образцам, отобранным без нарушения природного сложения. При коэффициентах пористости более 0,7–0,8 грунты относятся к рыхлым, и являются неблагоприятными основаниями для сооружений. Такие грунты воспринимают довольно большую статическую нагрузку, но в водонасыщенном состоянии при динамических нагрузках они теряют свою структуру и переходит в плывунное состояние.

При расчете нагрузок на сооружения и напряжений от действия собственного веса грунта необходимо переходить к зна­чению удельного веса грунта , Н/м³, который определяется по формуле:

= g,

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

Ниже уровня подземных вод грунты находятся во взвешенном состоянии и расчет удельного веса производится по формуле:

=(–_w) g,

где ρ_w – плотность воды, равная 1 г/см³.

Необходимо отметить, что данную формулу не рекомендуется использовать для глин твердой консистенции, в которых большая часть воды находится в связанно состоянии. Наиболее часто встречаемые в практике грунты имеют удельный вес 13...22 кН/м³.