某一原状土样,经试验测得的基本指标如下:土的密度rho = 1.9 , (g/cm)^3,土粒比重= 2.67,含水量omega = 18%。饱和度为( )A. 0.18B. 0.42C. 0.59D. 0.73
A. 0.18
B. 0.42
C. 0.59
D. 0.73
题目解答
答案
解析
本题考查土的物理性质指标中饱和度的计算,解题思路是先根据已知的土的密度、土粒比重和含水量,结合土的物理性质指标之间的关系,求出土中孔隙体积和水的体积,最后根据饱和度的定义计算出土的饱和度。
步骤一:明确相关公式
土的密度公式为$\rho=\frac{m}{V}$,土粒比重公式为$G_s = \frac{\rho_s}{\rho_w}$,含水量公式为$\omega=\frac{m_w}{m_s}$,饱和度公式为$S_r=\frac{V_w}{V_v}$。
其中$\rho$为土的密度,$m$为土的总质量,$V$为土的总体积,$G_s$为土粒比重,$\rho_s$为土粒密度,$\rho_w$为水的密度(通常取$\rho_w = 1\,\text{g/cm}^3$),$\omega$为含水量,$m_w$为水的质量,$m_s$为土粒质量,$S_r$为饱和度,$V_w$为水的体积,$V_v$为孔隙体积。
步骤二:计算土粒质量$m_s$和水的质量$m_w$
设土的总体积$V = 1\,\text{cm}^3$,已知土的密度$\rho = 1.9\,\text{g/cm}^3$,根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,可得土的总质量$m = \rho V = 1.9\times1 = 1.9\,\text{g}$。
设土粒质量为$m_s$,水的质量为$m_w$,则$m = m_s + m_w$。
已知含水量$\omega = 18\% = 0.18$,由含水量公式$\omega=\frac{m_w}{m_s}$可得$m_w = 0.18m_s$。
将$m_w = 0.18m_s$代入$m = m_s + m_w$中,得到$1.9 = m_s + 0.18m_s = 1.18m_s$,解得$m_s = \frac{1.9}{1.18}\approx1.61\,\text{g}$。
则水的质量$m_w = 0.18m_s = 0.18\times1.61\approx0.29\,\text{g}$。
步骤三:计算土粒体积$V_s$和水的体积$V_w$
已知土粒比重$G_s = 2.67$,水的密度$\rho_w = 1\,\text{g/cm}^3$,由土粒比重公式$G_s = \frac{\rho_s}{\rho_w}$可得土粒密度$\rho_s = G_s\rho_w = 2.67\times1 = 2.67\,\text{g/cm}^3$。
根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,可得土粒体积$V_s = \frac{m_s}{\rho_s} = \frac{1.61}{2.67}\approx0.60\,\text{cm}^3$。
水的体积$V_w = \frac{m_w}{\rho_w} = \frac{0.29}{1} = 0.29\,\text{cm}^3$。
步骤四:计算孔隙体积$V_v$
因为土的总体积$V = V_s + V_v$,所以孔隙体积$V_v = V - V_s = 1 - 0.60 = 0.40\,\text{cm}^3$。
步骤五:计算饱和度$S_r$
根据饱和度公式$S_r=\frac{V_w}{V_v}$,将$V_w = 0.29\,\text{cm}^3$,$V_v = 0.40\,\text{cm}^3$代入可得:
$S_r = \frac{0.29}{0.40} = 0.725\approx0.73$