某土样的含水率为 6.0%,密度为 1.60 , (g/cm)^3,土粒比重为 2.7。若设孔隙比不变,为使土样完全饱和,100 , (cm)^3 土样中应加多少水?
某土样的含水率为 $6.0\%$,密度为 $1.60 \, \text{g/cm}^3$,土粒比重为 $2.7$。若设孔隙比不变,为使土样完全饱和,$100 \, \text{cm}^3$ 土样中应加多少水?
题目解答
答案
解析
本题考查土的三相基本指标计算及完全饱和状态下水量的调整。解题核心在于:
- 确定土样总质量:利用密度公式计算;
- 分离固体颗粒质量与水质量:通过含水率公式;
- 计算固体颗粒体积:结合土粒比重;
- 求孔隙体积:总体积减去固体体积;
- 分析完全饱和条件:孔隙体积全部被水占据,计算需补充的水量。
关键点:孔隙比不变意味着固体体积和孔隙体积固定,只需调整水体积至孔隙体积。
1. 计算土样总质量
根据密度公式:
$m = \rho \cdot V = 1.60 \, \text{g/cm}^3 \times 100 \, \text{cm}^3 = 160 \, \text{g}$
2. 分离固体颗粒质量与水质量
含水率公式变形得固体质量:
$m_s = \frac{m}{1 + w} = \frac{160}{1 + 0.06} \approx 150.94 \, \text{g}$
水质量为:
$m_w = m - m_s = 160 - 150.94 = 9.06 \, \text{g}$
3. 计算固体颗粒体积
土粒密度为 $2.7 \, \text{g/cm}^3$,故:
$V_s = \frac{m_s}{G_s \cdot \rho_{\text{水}}} = \frac{150.94}{2.7} \approx 55.90 \, \text{cm}^3$
4. 求孔隙体积
总体积减去固体体积:
$V_v = V - V_s = 100 - 55.90 = 44.10 \, \text{cm}^3$
5. 分析完全饱和条件
当前水体积:
$V_w = \frac{m_w}{\rho_{\text{水}}} = \frac{9.06}{1} = 9.06 \, \text{cm}^3$
完全饱和需水量:
$\Delta V_w = V_v - V_w = 44.10 - 9.06 = 35.04 \, \text{cm}^3$
对应水质量:
$\Delta m_w = 35.04 \, \text{g}$