已知试件的天然密度 rho_0=2.25 (g/cm)^3,相对密度 d=2.80,天然含水率 omega_0=8%,试求该试件的孔隙率n、干密度 rho_d 及饱和密度 rho_({sat)}?请回答:孔隙率是 ____________ ,干密度是 ____________ ,饱和密度是 ____________ 。计算结果保留小数点后2位。
已知试件的天然密度 $\rho_0=2.25\ \text{g/cm}^3$,相对密度 $d=2.80$,天然含水率 $\omega_0=8\%$,试求该试件的孔隙率$n$、干密度 $\rho_d$ 及饱和密度 $\rho_{\text{sat}}$? 请回答:孔隙率是 ____________ ,干密度是 ____________ ,饱和密度是 ____________ 。计算结果保留小数点后2位。
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查土工试件的物理性质指标计算,涉及孔隙率、干密度、饱和密度的计算,需熟练掌握相关公式及其相互关系。
解题核心思路:
- 确定已知量与未知量:已知天然密度 $\rho_0$、相对密度 $d$(即土粒密度 $\rho_s$)、天然含水率 $\omega_0$,需计算孔隙率 $n$、干密度 $\rho_d$、饱和密度 $\rho_{\text{sat}}$。
- 公式关联:
- 干密度 $\rho_d = \frac{\rho_0}{1 + \omega_0}$(通过总质量与干质量关系推导)。
- 孔隙率 $n = 1 - \frac{\rho_d}{\rho_s}$(基于体积平衡关系)。
- 饱和密度 $\rho_{\text{sat}} = \rho_d + \rho_w \cdot n$(假设孔隙全被水填充)。
- 关键点:正确建立质量与体积的平衡关系,注意单位统一。
1. 计算干密度 $\rho_d$
根据天然含水率 $\omega_0 = 8\%$,总质量 $\rho_0 V$ 包含干质量 $\rho_d V$ 和水质量 $\rho_d V \cdot \omega_0$,即:
$\rho_0 V = \rho_d V + \rho_d V \cdot \omega_0 \implies \rho_d = \frac{\rho_0}{1 + \omega_0} = \frac{2.25}{1 + 0.08} \approx 2.08\ \text{g/cm}^3.$
2. 计算孔隙率 $n$
土粒体积 $V_s = \frac{\rho_d V}{\rho_s}$,孔隙体积 $V_v = V - V_s$,因此:
$n = \frac{V_v}{V} = 1 - \frac{\rho_d}{\rho_s} = 1 - \frac{2.08}{2.80} \approx 25.6\%.$
3. 计算饱和密度 $\rho_{\text{sat}}$
当孔隙全被水填充时,总质量为干质量加孔隙水质量:
$\rho_{\text{sat}} = \rho_d + \rho_w \cdot n = 2.08 + 1 \cdot 0.256 \approx 2.34\ \text{g/cm}^3.$