Набряклість ґрунту та співвідношення маси та об’єму

З огляду на вміст вологи, питому вагу твердих тіл, початковий об'єм та вагу. Мене просять обчислити вологу одиничну масу, суху одиничну масу та ступінь насичення цього ущільненого ґрунту. Це вже зроблено. Потім цей ущільнений зразок ґрунту був занурений у воду. Через 2 тижні було встановлено, що зразок розбух і його загальний об'єм збільшився на 5%. Потім мене просять обчислити нову одиницю ваги та вологості ґрунтового зразка через 2 тижні занурення у воду.

Вміст вологи та загальний об'єм, як відомо, змінюються, але які властивості залишаються постійними під час занурення? Чи можна S (r) прийняти за 1?

Наведена інформація, що описує ущільнений зразок ґрунту, така:

• початковий вміст вологи,$\omega_{init}$
• питома вага,$G_s$
• початковий об'єм,$V_{init}$
• початкова вага,$W_{init}$

Для повноти: вже визначена наступна інформація:

• волога одиниця ваги, використовуючи відношення γ w e t = W i n i $\gamma_{wet}$$\gamma_{wet}=\frac{W_{init}}{V_{init}}$
• суха одиниця ваги, використовуючи зв'язок γ d - i n i t = γ w e $\gamma_{d-init}$$\gamma_{d-init}=\frac{\gamma_{wet}}{1+\omega_{init}}$
• насичення, використанням відношенняS = V w a t e $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}}$

(де - одиниця ваги води)$\gamma_w$

Проблема

Проблема полягає у визначенні одиничної ваги та вмісту вологи після того, як проба ґрунту була занурена та дана можливість набухати 5%.

Ключова деталь цієї проблеми:

Цей ущільнений зразок ґрунту потім був занурений у воду .... Через два тижні ...

Зразок ґрунту, який був занурений у воду протягом двох тижнів, можна вважати ** насиченим ( ); тобто все повітря в порожнечих просторах витекло, і порожнеча тепер просто на 100% заповнена водою.$S=100\%$

Перелік властивостей ґрунтових зразків, які можна вважати постійними після занурення, досить короткий:

• Питома вага,$G_s$
• Вага твердих речовин,$W_s$

Всі інші властивості, такі як насиченість, одиниця ваги, вага сухої одиниці, вміст вологи / води, коефіцієнт порожнеч тощо, залежать від обсягу порожнеч та кількості води в ґрунті. Змінилися і кількість води (вона була занурена), і об'єм (вона набрякла), тому ВСІ з цих властивостей також зміняться.

Після того, як усе це було розпізнано, решта проблеми залишається дрібницею:

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

Механізм поведінки набухання ґрунтів

Спрощене ефективне рівняння напружень таке:

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

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

Наведене рівняння передбачає статичну умову. Однак, коли спрощене ефективне рівняння напружень є незбалансованим, виникає динамічний стан, і грунт повинен або консолідуватись (тобто «усаджуватися»), або набухати. Набухання ґрунту відбувається, коли дві сторони спрощеного ефективного рівняння напруження не врівноважені, і:

1. Всередині порожнистого простору ґрунту існує позитивний тиск порової води
2. ефективне напруга всередині матриці грунту більше , ніж прикладена ззовні повного напруга мінус тиск парової води.

Сказав інший спосіб: коли грунт ущільнюється, застосовується деяка кількість загального напруження . Після досягнення рівноваги цей повний стрес пов'язаний з деяким поєднанням ефективного стресу та тиску води в порох . Якщо загальний стрес змінюється, попередня комбінація ефективного напруги та напору води в ґрунтовій матриці спочатку залишається, але дисбаланс, який це спричиняє, повинен з часом розмиватися. Щоб дисбаланс розсіювався, порожнечі повинні або збільшуватися в об'ємі (набухання), або зменшуватися в об'ємі (консолідація), залежно від характеру дисбалансу.

$u>0$

** Причини такого припущення дещо складні, і припущення не завжди може бути точним. Однак, загалом, найбільш консервативне припущення для більшості механічних / геотехнічних проблем ґрунту - це насичення ґрунту. Тому, якщо є підстави вважати, що грунт може бути насиченим, навіть якщо є невизначеність, ми майже завжди припускаємо, що грунт насправді насичений.

Подивіться типову схему ґрунту, що показує грунт / вода / повітря:

Простий

Розмірковуючи про це, елементи, які можуть змінитись:

• Маса ґрунту не може змінюватися. Грунт не додавали. Добре було б припустити, що і великих хімічних реакцій не відбулося.
• Водна маса може змінюватися. Це сиділо у воді.
• Повітря не може збільшитися, якщо зразок був занурений. Ще раз ігноруйте будь-які основні хімічні реакції, які можуть створити газ.
• Маса і об'єм мають чітко визначене співвідношення для кожної речовини.

З цих предметів єдиним способом збільшення обсягу може бути, якби збільшився об'єм води. Це означало б збільшення обсягу порожнеч.

Це простий (можливо, наївний) спосіб подумати про це.

Тут також вступають грані Аттерберзькі межі . Вони визначають вміст води, де змінюються фізичні властивості ґрунту.

Складні

Складнішим способом думати про систему було б розглянути хімічні зміни ґрунту. Без занадто конкретизації предметів, які я не кваліфікований для пояснення, можливо, можуть виникнути хімічні реакції, які призведуть до збільшення об'єму ґрунту самостійно. Подумайте, як іржа - це хімічна реакція, яка ефективно викликає збільшення сталі в об'ємі. Це також змінило б масу.

Включення хімічних реакцій у суміш створює такі питання:

• Чи має сенс порівнювати властивості цієї нової ґрунтової суміші зі старою ґрунтовою сполукою?
• Чи реакція оборотна? наприклад, чи викликає висихання зразка все, що повертається до початкових мас і обсягів?

Без додаткових обмежень щодо того, з чим ми працюємо, важко дати остаточну відповідь.