Коэффициент пустотности

Коэффициент пустотности ( $e$ ) смеси твердых тел и жидкостей (газов и жидкостей) или пористого композиционного материала , например бетона , представляет собой отношение объемов пустот ( $V_{V}$ ) заполнено жидкостями до объема всех твердых тел ( $V_{S}$ ). Это безразмерная величина в материаловедении и почвоведении , которая тесно связана с пористостью (часто обозначаемой как $\phi$ , или ${\eta }$ , в зависимости от условного обозначения), соотношение объемов пустот ( $V_{V}$ ) к общему (или объемному) объему ( $V_{T}$ ), следующее:

e={\frac {V_{V}}{V_{S}}}={\frac {V_{V}}{V_{T}-V_{V}}}={\frac {\phi }{1-\phi }}

в котором для идеализированных пористых сред с жесткой и недеформируемой скелетной структурой ( т. е. без изменения общего объема ( $V_{T}$ ) при изменении содержания воды в образце (отсутствие расширения и набухания при смачивании образца); ни эффекта сжатия или усадки после высыхания образца), общий (или объемный) объем ( $V_{T}$ ) идеального пористого материала представляет собой сумму объемов твердых тел ( $V_{S}$ ) и объем пустот ( $V_{V}$ ):

V_{T}=V_{S}+V_{V}

(в горной породе или в почве это также предполагает, что твердые зерна и поровая жидкость четко разделены, поэтому набухающие глинистые минералы, такие как смектит , монтмориллонит или бентонит, содержащие связанную воду в межслоевом пространстве, здесь не рассматриваются.)

и

\phi ={\frac {V_{V}}{V_{T}}}={\frac {V_{V}}{V_{S}+V_{V}}}={\frac {e}{1+e}}

где $e$ коэффициент пустотности, $\phi$ — пористость , V _V — объем пустотного пространства (газов и жидкостей), V _S — объем твердых веществ, а VT _— общий (или объемный) объем. Эта цифра актуальна и в композитах , и в горном деле (особенно в отношении свойств хвостов ), и в почвоведении . В геотехнической инженерии он считается одной из переменных состояния грунтов и обозначается символом $e$ . ^[1]^[2]

Обратите внимание, что в геотехнической инженерии символ $\phi$ обычно представляет собой угол сопротивления сдвигу, параметр прочности на сдвиг (почвы) . По этой причине в почвоведении и геотехнике эти два уравнения обычно представляют в виде ${\eta }$ по пористости: ^[3]^[4]

e={\frac {V_{V}}{V_{S}}}={\frac {V_{V}}{V_{T}-V_{V}}}={\frac {n}{1-{\eta }}}

и

{\eta }={\frac {V_{V}}{V_{T}}}={\frac {V_{V}}{V_{S}+V_{V}}}={\frac {e}{1+e}}

где $e$ коэффициент пустотности, ${\eta }$ — пористость, V _V — объем пустого пространства (воздуха и воды), V _S — объем твердых веществ, а V _T — общий (или объемный) объем. ^[5]

Приложения в почвоведении и геомеханике.

Контроль тенденции изменения объема. Если коэффициент пустотности высок (рыхлые грунты), под нагрузкой пустоты в скелете грунта имеют тенденцию уменьшаться (усадка) – увеличивая контакт между соседними частицами и изменяя эффективное напряжение грунта . Обратная ситуация, т.е. когда коэффициент пустотности относительно невелик (плотные почвы), указывает на то, что объем почвы подвержен увеличению (набуханию) при разгрузке – смектит ( монтмориллонит , бентонит ) частично высушивает глинистые частицы, присутствующие в ненасыщенной почве. могут набухать за счет их гидратации после контакта с водой (при изменении насыщенного/ненасыщенного состояния в почве).
Контроль гидравлической проводимости жидкости (способности движения воды через почву). Рыхлые грунты обладают высокой гидравлической проводимостью, а плотные – менее водопроницаемыми .
Движение частиц. В рыхлой почве мелкие несвязанные частицы могут довольно легко перемещаться через более крупные открытые пустоты, тогда как в плотной почве более мелкие частицы не могут свободно проходить через более мелкие поры , что приводит к закупорке пор .

См. также

Ссылки

^ Ламбе, Т. Уильям и Роберт В. Уитмен. Механика грунтов . Уайли, 1991 г.; п. 29. ISBN 978-0-471-51192-2
^ Сантамарина, Дж. Карлос, Кэтрин А. Кляйн и Мохеб А. Фам. Грунты и волны: поведение твердых частиц, характеристика и мониторинг процессов . Уайли, 2001 г.; стр. 35–36 и 51–53. ISBN 978-0-471-49058-6
^ Пирсон, Ф.Дж. (1999). «Какова пористость глинистых пород? В: Аплин, А.С., Флит, А.Дж. и Макквакер, Дж.Х.С. (ред.). Грязь и аргиллиты: физические свойства и свойства потока жидкости» . Геологическое общество, Лондон, специальные публикации . 158 (1): 9–21. дои : 10.1144/ГСЛ.СП.1999.158.01.02 . ISSN 0305-8719 .
^ Пирсон, Ф.Дж.; Фернандес, AM; Габорио, Х.; Вабер, Х.Н.; Бат, А. (2003). «Приложение 10: Пористость и содержание воды в аргиллитах Монт-Терри. В: Проект Монт-Терри - Геохимия воды в формации глины Опалинус в Лаборатории горных пород Монт-Терри» (PDF) . Проверено 9 июня 2024 г.
^ Крейг, Механика почвы РФ Крейга. Лондон: Спон, 2004, стр.18. ISBN 0-203-49410-5 .

Дальнейшее чтение

Бейтс, РЛ; Джексон, Дж.А. (15 октября 1987 г.). «Глоссарий геологии, третье издание – Американский геологический институт, Александрия. Amazon.com: Books 9780913312896» . Amazon.com . Проверено 9 июня 2024 г.

Внешние ссылки

«Какова связь между пористостью и пористостью образца почвы?» . Кура . Проверено 9 июня 2024 г.

[1] Ламбе, Т. Уильям и Роберт В. Уитмен. Механика грунтов . Уайли, 1991 г.; п. 29. ISBN 978-0-471-51192-2

[2] Сантамарина, Дж. Карлос, Кэтрин А. Кляйн и Мохеб А. Фам. Грунты и волны: поведение твердых частиц, характеристика и мониторинг процессов . Уайли, 2001 г.; стр. 35–36 и 51–53. ISBN 978-0-471-49058-6

[Pearson1999-3] Пирсон, Ф.Дж. (1999). «Какова пористость глинистых пород? В: Аплин, А.С., Флит, А.Дж. и Макквакер, Дж.Х.С. (ред.). Грязь и аргиллиты: физические свойства и свойства потока жидкости» . Геологическое общество, Лондон, специальные публикации . 158 (1): 9–21. дои : 10.1144/ГСЛ.СП.1999.158.01.02 . ISSN 0305-8719 .

[Pearson2003-4] Пирсон, Ф.Дж.; Фернандес, AM; Габорио, Х.; Вабер, Х.Н.; Бат, А. (2003). «Приложение 10: Пористость и содержание воды в аргиллитах Монт-Терри. В: Проект Монт-Терри - Геохимия воды в формации глины Опалинус в Лаборатории горных пород Монт-Терри» (PDF) . Проверено 9 июня 2024 г.

[5] Крейг, Механика почвы РФ Крейга. Лондон: Спон, 2004, стр.18. ISBN 0-203-49410-5 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]