Коэффициент пустотности

Коэффициент пустотности (${\displaystyle e}$) смеси твердых тел и жидкостей (газов и жидкости) или пористого композитного материала, такого как бетон, представляет собой отношение объема пустот (${\displaystyle V_{V}}$), заполненных жидкостями, к объем всех твердых тел (${\displaystyle V_{S}}$).
Это безразмерная величина в материаловедении и почвоведении, тесно связанная с пористостью (часто обозначаемая как ${\displaystyle \phi }$ или ${\displaystyle {\eta }}$, в зависимости от соглашение), отношение объема пустот (${\displaystyle V_{V}}$) к общему (или объемному) объему (${\displaystyle V_{T}}$), следующим образом:

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

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

${\displaystyle V_{T}=V_{S}+V_{V}}$

(В горной породе или 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

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

где ${\displaystyle e}$ — коэффициент пустотности, ${\displaystyle \phi }$ — пористость, V_V — объем пустотного пространства (газы и жидкости), V_S — объем твердых веществ, а V_T — общий (или насыпной) объем. Эта цифра имеет значение в композитах, в горнодобывающей промышленности (особенно в отношении свойств хвостов) и в почвоведении. В геотехнической инженерии он считается одной из переменных состояния грунтов и обозначается символом ${\displaystyle e}$.

Обратите внимание, что в геотехнической инженерии символ ${\displaystyle \phi }$ обычно представляет угол сопротивления сдвигу, прочность на сдвиг (почвенный) параметр. По этой причине в почвоведении и геотехнике эти два уравнения обычно представляются с использованием ${\displaystyle {\eta }}$ для пористости:

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

и

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

где ${\displaystyle e}$ — коэффициент пустотности, ${\displaystyle {\eta }}$ — пористость, V_V — объем пустотного пространства (воздуха и воды), V_S — объем твердых веществ, а V_T — общий (или насыпной) объем.

Применение в почвоведении и геомеханике