Тема 2. Фазовий склад ґрунтів

Ґрунт як трифазна дисперсна система. Дво- і трифазний стани Ґрунту. Показники фазового складу ґрунту: щільність, щільність частинок, вологість, щільність сухого ґрунту (скелету), пористість, коефіцієнт пористості, коефіцієнт водонасичення. [1. с.26-30, 41-43; 2. с.93-96, 99-102; 3, с.38-48; 4. с.8/.

У методичному плані доцільно вивчати фізичні властивості ґрунту як дисперсної системи, що складається з кількох фаз, параметри якої характеризують склад фаз, властивості кожної фази, міжфазові взаємодії та їхній вплив на властивості системи.

Ґрунти складається з трьох компонентів (фаз), які перебувають в кількох агрегатних станах: твердому, рідкому та газоподібному. Тверда фаза представлена головним чином уламками гірської породи або мінералів, рідка - водою, газоподібна -повітрям і водяною парою. Двофазним є водонасичений ґрунт, пори якого майже повністю заповнені водою або газонасичений ґрунт, пори якого майже повністю заповнені повітрям. Від вмісту різних фаз у ґрунті, властивостей цих фаз та інтенсивності міжфазових взаємодій залежать практично всі фізико-механічні властивості ґрунту.

При визначенні фазового складу ґрунту виходять з трьох основних показників:

щільність ґрунту

(1)

щільність частинок ґрунту

(2)

вологість ґрунту

(3).

Користуючись цими показниками, визначать щільність сухого ґрунту р_d, пористість п, коефіцієнт пористості е, коефіцієнт водонасичення S

Між величинами р, р_s, р_d існує різниця. Щільність ґрунту с є маса ґрунту (частинок, води і повітря) в одиниці об'єму, який він займає.

Щільність частинок ґрунту р_s - усереднена кількість матеріалу його частинок (наприклад, піщаних, пилуватих, глинистих). Ця величина не може використовуватись для оцінки ступеня ущільнення ґрунту в природному заляганні чи в тілі насипу, бо р залежить від вологості ґрунту, а р_s - тільки від виду матеріалу частинок.

Ступінь ущільнення ґрунту характеризується тіснотою розташування твердих частинок, тобто їхньою об'ємною часткою (С) чи масою частинок в одиниці об'єму ґрунту р_d. Саме маса частинок, які містяться в одиниці об'єму ґрунту, тобто відношення маси ґрунту за відрахуванням маси води (і льоду) в його порах до його початкового об'єму (до висушування), називається щільністю сухого ґрунту

(4)

Буквальний переклад міжнародного терміну dry density (англ.) - "щільність сухого ґрунту" (дослівно - "суха щільність") став загальновизнаним [4], але суть цього поняття виражається за допомогою терміну "щільність каркасу ґрунту", який ще досить часто зустрічається в підручниках.

Враховуючи, що маса ґрунту М складається з маси його частинок M_s і маси води M_w за допомогою формул (1), (2), (4) легко прийти до формули (що часто використовується), яка виражає щільність сухого ґрунту (каркасу ґрунту) через щільність ґрунту та його вологість

(5)

де вологість W виражена частками одиниці.

Формули (1), (3), (5) широко використовуються, зокрема для визначення вологості ґрунту та оцінки відповідності ступеня його ущільнення нормативним вимогам.

Пористість грунту n - відношення об'єму пор, заповнених водою і повітрям, до загального об'єму ґрунту, а коефіцієнт пористості е - відношення об'єму пор, заповнених водою і повітрям, до об'єму твердих частинок ґрунту

(6)

Ці показники взаємозв'язані (е=п/(1-п)) виражаються через р_s і р_d формулами

(7)

Коефіцієнт водонасичення намерзлого ґрунту S_Г - відношення об'єму води в порах до об'єму пор (включаючи об'єми води і повітря) і може виражатись формулою

(8)

де р_w- щільність води, приймаються р_w= 1 г/см³.

Великоуламкові ґрунти і піски вважаються маловологими при 0< S_Г <0,5, вологими при 0,5< S_Г <0,8 і насиченими водою при 0,8< S_Г <1, згідно [4].

Щоб отримати уявлення про відносні об'єми різних фаз ґрунту, зручно характеризувати його фазовий склад об'ємними частками фаз. Об'ємна частка твердих частинок у ґрунті є відношення об'єму часток до об'єму ґрунту: C_s =V_s /V. Об'ємна частка води у ґрунті - відношення об'єму, який займає вода, до об'єму ґрунту: С_w= V_w/ V - Об’ємна частка газоподібної фази- відношення об'єму, який займають повітря і повітряна пара, до об'єму ґрунту. Користуючись формулами (1)-(4), легко прийти до тaких виразів для об'ємних часток фаз у ґрунті

Числове значення деяких показників фазового складу

ілюструється прикладом розв'язання задачі 1 у підрозділі „Контрольні запитання і завдання".

Дата добавления: 2014-11-06