题目
某砂土样地的密度为 1.77 mathrm(~g) / mathrm(cm)^3,含水率为 9.8%,土粒相对密度为 2.67,烘干后测定最小孔隙比为 0.461,最大孔隙比为 0.943,试求孔隙比 e 和相对密实度 D_(r),并评定该砂土的密实度。(答案: D_(r) = 0.595)
某砂土样地的密度为 $1.77 \mathrm{~g} / \mathrm{cm}^{3}$,含水率为 $9.8\%$,土粒相对密度为 $2.67$,烘干后测定最小孔隙比为 $0.461$,最大孔隙比为 $0.943$,试求孔隙比 $e$ 和相对密实度 $D_{r}$,并评定该砂土的密实度。(答案: $D_{r} = 0.595$)
题目解答
答案
根据已知条件,设 $ V_s = 1 \, \text{cm}^3 $,则 $ m_s = 2.67 \, \text{g} $,$ m_w = 0.26166 \, \text{g} $,$ m = 2.93166 \, \text{g} $。
总体积 $ V = \frac{2.93166}{1.77} \approx 1.6563 \, \text{cm}^3 $,故 $ e = \frac{V_v}{V_s} = \frac{0.6563}{1} = 0.656 $。
相对密实度为:
\[
D_r = \frac{e_{\max} - e}{e_{\max} - e_{\min}} = \frac{0.943 - 0.656}{0.943 - 0.461} = \frac{0.287}{0.482} \approx 0.595
\]
根据 $ D_r = 0.595 $,砂土属于中密。
答案:
孔隙比 $ e \approx 0.656 $。
相对密实度 $ D_r \approx 0.595 $。
砂土为中密。
解析
本题主要考察土力学中孔隙比和相对密实度的计算,以及根据相对密实度评定砂土密实度的知识。解题思路如下:
- 首先,根据土粒相对密度和假设的土粒体积,计算出土粒质量。
- 然后,由含水率和土粒质量算出土中水的质量。
- 接着,将土粒质量和水的质量相加得到湿土总质量。
- 再根据土的密度和湿土总质量,计算出土的总体积。
- 之后,用总体积减去土粒体积得到孔隙体积,进而求出孔隙比。
- 最后,利用孔隙比、最大孔隙比和最小孔隙比,根据相对密实度公式计算出相对密实度,并根据相对密实度的大小评定砂土的密实度。
具体计算过程
- 计算土粒质量 $m_s$
设土粒体积 $V_s = 1 \, \text{cm}^3$,已知土粒相对密度 $d_s = 2.67$,水的密度 $\rho_w = 1 \, \text{g/cm}^3$。
根据土粒相对密度公式 $d_s=\frac{\rho_s}{\rho_w}$,可得土粒密度 $\rho_s = d_s\times\rho_w = 2.67\times1 = 2.67 \, \text{g/cm}^3$。
再根据密度公式 $\rho_s=\frac{m_s}{V_s}$,可得土粒质量 $m_s = \rho_s\times V_s = 2.67\times1 = 2.67 \, \text{g}$。 - 计算土中水的质量 $m_w$
已知含水率 $w = 9.8\% = 0.098$,根据含水率公式 $w=\frac{m_w}{m_s}$,可得土中水的质量 $m_w = w\times m_s = 0.098\times2.67 = 0.26166 \, \text{g}$。 - 计算湿土总质量 $m$
湿土总质量 $m = m_s + m_w = 2.67 + 0.26166 = 2.93166 \, \text{g}$。 - 计算土的总体积 $V$
已知土的密度 $\rho = 1.77 \, \text{g/cm}^3$,根据密度公式 $\rho=\frac{m}{V}$,可得土的总体积 $V = \frac{m}{\rho} = \frac{2.93166}{1.77} \approx 1.6563 \, \text{cm}^3$。 - 计算孔隙比 $e$
孔隙体积 $V_v = V - V_s = 1.6563 - 1 = 0.6563 \, \text{cm}^3$。
根据孔隙比公式 $e=\frac{V_v}{V_s}$,可得孔隙比 $e = \frac{0.6563}{1} = 0.656$。 - 计算相对密实度 $D_r$
已知最大孔隙比 $e_{\max} = 0.943$,最小孔隙比 $e_{\min} = 0.461$。
根据相对密实度公式 $D_r = \frac{e_{\max} - e}{e_{\max} - e_{\min}}$,可得:
$D_r = \frac{0.943 - 0.656}{0.943 - 0.461} = \frac{0.287}{0.482} \approx 0.595$ - 评定砂土的密实度
根据相对密实度的大小评定砂土密实度的标准:- $D_r \gt 0.67$ 时,砂土为密实;
- $0.33 \lt D_r \leq 0.67$ 时,砂土为中密;
- $0.20 \lt D_r \leq 0.33$ 时,砂土为稍密;
- $D_r \leq 0.20$ 时,砂土为松散。
由于 $0.33 \lt 0.595 \leq 0.67$,所以该砂土属于中密。