Русская Википедия:Коэффициент пористости
Коэффициент пористости <math>e</math> [1] — отношение объёма пустот <math>{V_V}</math> к объёму твёрдых частиц <math>{V_S}</math>. Стоит заметить, что в объём пустот входит объём воды и объём воздуха (пористость).
Коэффициент пористости в геотехнике
Коэффициент пористости — один из основных показателей состава и свойств грунтов, одна из переменных состояния грунтов[2][3]. Согласно ГОСТ 25100-2020, различают коэффициент пористости песка в предельно рыхлом и плотном состояниях (<math>e_{max}</math>, <math>e_{min}</math> соответственно)[1]
<math>e = \frac{V_V}{V_S} = \frac{V_V}{V_T - V_V} = \frac{n}{1 - n}</math>
Разница между коэффициентом пористости и коэффициентом пустотности
В геотехнике символ пористости, <math>\phi</math> обозначает угол внутреннего трения при дренированном сдвиге. Из-за этого уравнение обычно переписывают с использованием буквы <math>n</math> пористости:
<math>n = \frac{V_V}{V_T}</math>.
Как можно заметить выше пустотность это отношение объёма пустот к объёму твёрдых частиц (аналогично влажности, отношение массы воды к массе сухого грунта). Пористость же это отношение объёма пустот к общему объёму.
Зависимость между пустотностью и пористостью можно выразит как
- <math>n = \frac{V_V}{V_T} = \frac{V_V}{V_S + V_V} = \frac{e}{1 + e}</math>
где <math>e</math> — коэффициент пустотности, <math>n</math> — пористость, V V — объём пустот (воздух и вода), V S — объём твёрдых частиц, а V T — общий или объёмный объём.[4]
Применение
- Контроль тенденции изменения объёма. Если Коэффициент пористости большой (рыхлый грунт) <math>e_{max}</math>, пустоты в грунте имеют тенденцию к минимизации под нагрузкой — соседние частицы сжимаются. Противоположная ситуация происходит, когда коэффициент пустотности относительно невелик (плотный грунт), <math>e_{min}</math>.
- Контроль проводимости жидкости (способность движения воды через почву). Рыхлые почвы обладают высокой проницаемостью, плотные являются менее проницаемыми.
- Движение частиц. В рыхлом грунте частицы могут перемещаться довольно легко, в то время как в плотном более мелкие частицы не могут проходить через пустоты, что приводит к их задержке.
Методы определения
Существует множество методов определения максимального и минимального коэффициента пустотности. Наиболее часто используемыми из этих методов являются методы, приведенные в ASTM D4254 (максимальной доли пустот) и D 4253 (минимальная доли пустот).
Критический Коэффициент пористости
<math>{e_{cr}}</math> значение коэффициента пустотности, при котором объём грунта не изменяеться при сдвиге[5]. В случае, если <math>{e_0}</math>><math>{e_{cr}}</math> просисходит разжижение грунтов (<math>{e_0}</math>><math>{e_{cr}}</math> грунт рыхлый и песок будет разжижаться, если предотвратить дренаж). Насыщенные грунты с коэффициентом пустотности более 1,0; содержит больше объема воды, чем объема твердого вещества. Состояние е>1,0 наблюдается во многих мелкозернистых грунтах. При изучении состава и свойств грунта мало внимания будет уделяться свойствам жидкой фазы, почти полностью сосредоточившись на минералогии и структуре твердой фазы. Это объясняется тем, что классическая механика грунтов основана на понятии эффективного напряжения, которое предполагает, что изменение объема и прочностные характеристики зависят от напряжений, переносимых зернистой структурой (твердой фазой), а водная фаза нейтральна.
Коэффициент пустотности в материаловедении
В материаловедении связан с пористостью следующим образом:
- <math>e = \frac{V_V}{V_S} = \frac{V_V}{V_T - V_V} = \frac{\phi}{1 - \phi}</math>
а также как
- <math>\phi = \frac{V_V}{V_T} = \frac{V_V}{V_S + V_V} = \frac{e}{1 + e}</math>
где <math>e</math> — коэффициент пустотности, <math>\phi</math> — пористость, V V — объём пустот (например, жидкости), V S — объём твердых частиц, а V T — общий или объемный объём. Эта цифра актуальна для композитов, горнодобывающей промышленности (особенно в отношении свойств хвостов) и почвоведения.
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 Шаблон:Cite web
- ↑ Lambe, T. William & Robert V. Whitman. Soil Mechanics. Wiley, 1991; p. 29. Шаблон:ISBN
- ↑ Santamarina, J. Carlos, Katherine A. Klein, & Moheb A. Fam. Soils and Waves: Particulate Materials Behavior, Characterization and Process Monitoring. Wiley, 2001; pp. 35-36 & 51-53. Шаблон:ISBN
- ↑ Craig, R. F. Craig’s Soil Mechanics. London: Spon, 2004, p.18. Шаблон:ISBN.
- ↑ Сritical void ratio
