Отек почвы и соотношение массы и объема

Учитывая содержание влаги, удельный вес твердых веществ, начальный объем и вес. Меня просят подсчитать влажную единицу веса, сухую единицу веса и степень насыщения этой уплотненной почвы. Это уже сделано. Этот уплотненный образец почвы затем погружали в воду. Через 2 недели было обнаружено, что образец набух, и его общий объем увеличился на 5%. Затем меня просят вычислить новый удельный вес и влажность образца почвы после 2 недель погружения в воду.

Известно, что содержание влаги и общий объем изменяются, но какие свойства остаются постоянными во время погружения? Может ли S (r) быть принята за 1?

Данная информация, описывающая уплотненный образец почвы, выглядит следующим образом:

• начальная влажность, $\omega_{init}$
• удельный вес, $G_s$
• начальный объем, $V_{init}$
• начальный вес, $W_{init}$

Для полноты: следующая информация уже определена:

• влажный вес единицы, с использованием отношения Г ш е т = Ш I п я $\gamma_{wet}$$\gamma_{wet}=\frac{W_{init}}{V_{init}}$
• $\gamma_{d-init}$$\gamma_{d-init}=\frac{\gamma_{wet}}{1+\omega_{init}}$
• $S$$S=\frac{V_{water}}{V_{voids}}=\frac{V_{water}}{V_{init}-V_{solids}}=\frac{\frac{W_{init}\omega_{init}}{\gamma_w}}{V_{init}-\frac{\gamma_{d}V_{init}}{G_s\gamma_w}}$

$\gamma_w$

проблема

Задача состоит в том, чтобы определить вес единицы и содержание влаги после того, как образец почвы был погружен и позволил набухать на 5%.

Ключевая деталь для этой проблемы:

Этот уплотненный образец почвы был затем погружен в воду .... Через две недели ...

$S=100\%$

Список свойств образца почвы, который можно считать постоянным после погружения, довольно короткий:

• $G_s$
• $W_s$

Все остальные свойства, такие как насыщенность, вес единицы, вес сухой единицы, содержание влаги / воды, соотношение пустот и т. Д., Зависят от объема пустот и количества воды в почве. Количество воды (она была погружена) и объем (она набухла) изменились, поэтому ВСЕ эти свойства также изменятся.

Как только все это будет признано, оставшаяся часть проблемы становится тривиальной:

• $\gamma_{new}=\gamma_{sat-new}=\frac{W_s+W_{w-new}}{V_{new}}=\frac{\gamma_{d-init}V_{init}+\gamma_w(V_{new}-V_{solids})}{V_{vew}}=\frac{\gamma_{d-init}V_{init}+\gamma_w(V_{new}-\frac{\gamma_{d}V_{init}}{G_s\gamma_w})}{V_{init}(1+5\%)}$
• $\omega_{new}=\frac{W_{w-new}}{W_{solids}}=\frac{\gamma_w(V_{new}-V_{solids})}{W_{solids}}=\frac{\gamma_w(V_{init}(1+5\%)-\frac{\gamma_{d}V_{init}}{G_s\gamma_w})}{\gamma_{d-init}V_{init}}$

Механизм поведения при набухании почвы

Упрощенное уравнение эффективного напряжения выглядит следующим образом:

$\sigma^{\prime}=\sigma-u$

$\sigma^{\prime}$$\sigma$$u$

Приведенное выше уравнение предполагает статическое условие. Однако, когда упрощенное уравнение эффективного напряжения является несбалансированным, возникает динамическое состояние, и почва должна либо консолидироваться (то есть «сжиматься»), либо разбухать. Набухание грунта происходит, когда две стороны упрощенного уравнения эффективного напряжения не сбалансированы, и:

1. В пустотном пространстве почвы наблюдается положительное давление воды в порах, и
2. эффективное напряжение внутри матрицы почвы больше , чем приложенное извне полного напряжение минус давление поровой воды.

Говорят по-другому: когда почва уплотняется, применяется некоторое количество общего напряжения . Как только равновесие достигнуто, это общее напряжение связано с некоторой комбинацией эффективного напряжения и давления поровой воды . Если общее напряжение изменяется, предыдущая комбинация эффективного напряжения и давления поровой воды в почвенной матрице первоначально сохраняется, но дисбаланс, который это вызывает, должен со временем исчезнуть. Чтобы дисбаланс рассеивался, пустоты должны либо увеличиваться в объеме (набухание), либо уменьшаться в объеме (консолидация), в зависимости от характера дисбаланса.

$u>0$

** Причины этого предположения несколько сложны, и предположение не всегда может быть точным. Тем не менее, в целом, наиболее консервативное предположение для большинства механических / геотехнических проблем почвы - насыщенность почвы. Поэтому, если есть основания полагать, что почва может быть насыщенной, даже если существует неопределенность, мы почти всегда предполагаем, что почва действительно насыщена.

Посмотрите на типичную диаграмму почвы, показывающую почву / воду / воздух:

просто

Думая упрощенно об этом, пункты, которые могут измениться:

• Масса почвы не может измениться. Почва не была добавлена. Было бы хорошо предположить, что никаких серьезных химических реакций также не произошло.
• Масса воды может измениться. Сидел в воде.
• Воздух не может увеличиваться, если образец был погружен. Еще раз игнорируйте любые основные химические реакции, которые могут создать газ.
• Масса и объем имеют четко определенное соотношение для каждого вещества.

Из этих предметов единственным способом увеличения объема было бы увеличение объема воды. Это будет означать увеличение объема пустот.

Это простой (возможно, наивный) способ думать об этом.

Здесь также вступают в силу пределы Аттерберга . Они определяют содержание воды, где меняются физические свойства почвы.

Сложно

Более сложный способ думать о системе будет учитывать химические изменения в почве. Не вдаваясь в детали, которые я не могу объяснить, возможно, что произойдут химические реакции, которые приведут к увеличению объема почвы. Подумайте о том, как ржавчина является химической реакцией, которая эффективно приводит к увеличению объема стали. Это также изменило бы массу.

Включение химических реакций в смесь создает такие вопросы, как:

• Имеет ли смысл сравнивать свойства этого нового состава почвы со старым составом почвы?
• Является ли реакция обратимой? Например, сушка образца заставляет все вернуться к первоначальным массам и объемам?

Без дополнительных ограничений на то, с чем мы работаем, трудно дать однозначный ответ.