Kysymys:
Maaperän turpoaminen ja massa / tilavuus-suhteet
Gon
2015-02-04 10:48:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kosteuspitoisuus, kiintoaineiden ominaispaino, alkutilavuus ja paino. Minua pyydetään laskemaan tämän tiivistetyn maaperän kostea yksikköpaino, kuivayksikön paino ja kyllästymisaste. Tämä on jo tehty. Tämä tiivistetty maaperänäyte upotettiin sitten veteen. Kahden viikon kuluttua todettiin, että näyte oli paisunut ja sen kokonaistilavuus oli kasvanut 5%. Sitten minua pyydetään laskemaan maaperänäytteen uusi yksikköpaino ja kosteuspitoisuus kahden viikon upotuksen jälkeen veteen.

Kosteuspitoisuuden ja kokonaistilavuuden tiedetään muuttuvan, mutta mitkä ominaisuudet pysyvät vakioina upottaminen? Voidaanko S (r) ottaa yhdeksi?

Okei, joten nyt tiedän Sr, V (yhteensä) ja ominaispaino, riittääkö tämä ongelman ratkaisemiseksi?
Olen CE / geotekniikka ja mielestäni täällä on tarpeeksi tietoa (tiedän sen jälkeen kun aloitan vastauksen laatimisen). Lisäksi: uskon, että tämä kysymys on hyvä esimerkki sellaisista kotitehtäviin liittyvistä kysymyksistä, joita itse asiassa haluamme sivustolla, koska viimeinen rivi on kysymys käsitteen selittämisestä eikä "tee töitä minulle".
Se on teoreettinen kysymys, jos olet käynyt luokan ennen sen pitäisi olla sinulle selvää, mitä minä kysyn. mutta muotoilen sitä uudelleen vielä kerran
Onko vaarassa lisätä komplikaatioita, ovatko bakteerit tai kemialliset reaktiot voineet muuttaa maaperän kemiallista koostumusta?
@Adam Miller varma, että se on mahdollista, mutta erittäin epätodennäköistä. Suurin osa maaperästä on pääasiassa piidioksidia, ellei kyseessä ole jonkinlainen turve, ja piidioksidi on suurimmaksi osaksi kemiallisesti inertti. Se ei vain ole jotain, jonka näet tapahtuvan todellisessa maailmassa hyvin usein.
Kaksi vastused:
#1
+4
Rick supports Monica
2015-02-09 23:26:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Annetut tiedot, jotka kuvaavat tiivistettyä maaperänäytettä, ovat seuraavat:

  • alkuperäinen kosteuspitoisuus, $ \ omega_ {init} $
  • ominaispaino, $ G_s $
  • alkutilavuus, $ V_ {init} $
  • alkupaino, $ W_ {init} $

täydellisyys: seuraavat tiedot on jo määritetty:

  • kostean yksikön paino, $ \ gamma_ {wet} $ käyttämällä suhdetta $ \ gamma_ {wet} = \ frac {W_ {init}} { V_ {init}} $
  • kuiva yksikköpaino, $ \ gamma_ {d-init} $ käyttäen suhdetta $ \ gamma_ {d-init} = \ frac {\ gamma_ {wet}} {1+ \ omega_ {init}} $
  • kylläisyys, $ S $ suhteella $ S = \ frac {V_ {vesi}} {V_ {voids}} = \ frac {V_ {vesi}} {V_ {init} -V_ {kiinteät aineet}} = \ frac {\ frac {W_ {init} \ omega_ {init}} {\ gamma_w}} {V_ {init} - \ frac {\ gamma_ {d} V_ {init}} {G_s \ gamma_w}} $

(missä $ \ gamma_w $ on veden yksikköpaino)


Ongelma

Ongelma on määrittää yksikön paino ja kosteuspitoisuus sen jälkeen, kun maaperänäyte on upotettu ja sen on annettu turvota 5%.

Tämän ongelman tärkeimmät yksityiskohdat ovat:

Tämä tiivistetty maaperänäyte upotettiin sitten veteen ... Kahden viikon kuluttua ...

Kahden viikon ajan veteen upotetun maaperän voidaan / pitäisi olettaa ** tulleen tyydyttyneeksi ($ S = 100 \% $); ts. tyhjien tilojen koko ilma on poistunut, ja tyhjätila on nyt 100% täytetty vedellä.

Luettelo maaperänäytteen ominaisuuksista, joiden voidaan olettaa pysyvän vakiona upotuksen jälkeen, on melko lyhyt:

  • Ominaispaino, $ G_s $
  • Paino kiintoaineiden, $ W_s $

Kaikki muut ominaisuudet, kuten kyllästys, yksikköpaino, kuivayksikön paino, kosteus / vesipitoisuus, tyhjiösuhde jne., riippuvat tyhjiöt ja veden määrä maaperässä. Sekä veden määrä (se oli veden alla) että tilavuus (se on paisunut) ovat muuttuneet, joten KAIKKI nämä ominaisuudet muuttuvat myös.

Kun kaikki tämä on tunnistettu, ongelman loppuosa on vähäpätöinen:

  • Uusi märkäyksikön paino: $ \ gamma_ {new} = \ gamma_ {sat-new} = \ frac {W_s + W_ {w-new}} {V_ {new}} = \ frac {\ gamma_ {d-init} V_ {init} + \ gamma_w (V_ {uusi} -V_ {kiinteät aineet)} {V_ {vew}} = \ frac {\ gamma_ {d-init} V_ {init} + \ gamma_w (V_ {uusi} - \ frac {\ gamma_ {d} V_ {init}} {G_s \ gamma_w})} {V_ {init} (1 + 5 \%)} $
  • Uusi kosteuspitoisuus: $ \ omega_ {new} = \ frac {W_ {w-new}} {W_ {solids}} = \ frac { \ gamma_w (V_ {uusi} -V_ {kiinteät aineet)} {W_ {kiinteät aineet} = \ frac {\ gamma_w (V_ {init} (1 + 5 \%) - \ frac {\ gamma_ {d} V_ {init }} {G_s \ gamma_w})} {\ gamma_ {d-init} V_ {init}} $

Maaperän turvotuskäyttäytymisen mekanismi

yksinkertaistettu tehokas jännitysyhtälö on seuraava:

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

Missä $ \ sigma ^ {\ prime} $ on tehokas stressi , $ \ sigma $ on kokonaisstressi ja $ u $ on huokosveden paine.

Yllä oleva yhtälö olettaa staattisen ehdon. Kuitenkin, kun yksinkertaistettu tehokas jännitysyhtälö on epätasapainossa, syntyy dynaaminen tila ja maaperän on joko tiivistyttävä (ts. "Kutistuttava") tai turpoava. Maaperän turpoaminen tapahtuu, kun yksinkertaistetun tehollisen jännitysyhtälön kaksi puolta eivät ole tasapainossa, ja:

  1. Maaperän tyhjätilassa on positiivinen huokosveden paine ja
  2. maamatriisin sisällä oleva tehokas stressi on suurempi kuin ulkoisesti käytetty kokonaisjännitys miinus huokosveden paine. vahva>

Sanoi toisen tavan: kun maaperä tiivistetään, käytetään jonkin verran kokonaisjännitystä . Kun tasapaino on saavutettu, tämä kokonaisstressi liittyy johonkin tehokkaan stressin ja huokosveden paineen yhdistelmään. Jos kokonaisstressi muuttuu, edellinen tehokkaan stressin ja huokosveden paineen yhdistelmä maaperässä pysyy aluksi, mutta tämän aiheuttaman epätasapainon on oltava hajota ajan myötä. Jotta epätasapaino hajoaisi, onteloiden on joko kasvava tilavuus (turpoaminen) tai määrän väheneminen (konsolidoituminen) epätasapainon luonteesta riippuen.

Tässä tapauksessa kokonaisjännitys on poistettu / vähentynyt. huokosveden paine "työntää" maahan matriisihuokosien "seinämiä" vasten (kuten aina tapahtuu, kun $ u>0 $ - vaikka yksinkertaistettu tehokas jännitysyhtälö on tasapainossa). kokonaisstressin pienenemisen vuoksi sisäistä stressiä (ts. tehokas stressi ) käytetään liikaa, ja se on lievitettävä vähentämällä * huokosveden painetta * (eli äänenvoimakkuuden kasvu). Tai toisin sanoen, käytetty kokonaisjännitys ei riitä estämään huokosten laajenemista sisäisen huokosveden paineen työntymisen vuoksi. Siksi maaperä turpoaa, kunnes tämä epätasapainoinen tila on ratkaistu.


** Tämän oletuksen syyt ovat jonkin verran monimutkaisia, eikä oletus ole aina tarkka. Useimpien maaperämekaniikan / geoteknisten ongelmien konservatiivisin olettama on kuitenkin yleensä maaperän kyllästyminen. Siksi, jos on syytä uskoa, että maaperä voi olla tyydyttynyt, vaikka epävarmuutta onkin, oletamme melkein aina, että maaperä on itse asiassa kylläistä.

#2
+1
hazzey
2015-02-07 23:42:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Katso maaperän tyypillinen kaavio, joka näyttää maaperän / veden / ilman:

Soil

Yksinkertainen

Ajattelu yksinkertaisella tavalla kohteet, jotka voivat muuttua:

  • Maaperä ei voi muuttua. Maaperää ei lisätty. Olisi hyvä olettaa, ettei myöskään tapahtunut merkittäviä kemiallisia reaktioita.
  • Vesimassa voi muuttua. Se istui vedessä.
  • Ilma ei voi lisääntyä, jos näyte upotettiin. Ohita jälleen kaikki suuret kemialliset reaktiot, jotka saattavat aiheuttaa kaasua.
  • Massalla ja tilavuudella on hyvin määritelty suhde kullekin aineelle.

Näistä kohteista ainoa tapa, jolla määrä voisi kasvaa, jos veden määrä kasvaa. Tämä tarkoittaisi aukkojen määrän lisääntymistä.

Se on yksinkertainen (ehkä naiivi) tapa ajatella sitä.

Täällä Atterberg Limits tulevat peliin. Ne määrittelevät vesipitoisuuden, missä maaperän fysikaaliset ominaisuudet muuttuvat.

Monimutkainen

Monimutkaisempi tapa ajatella järjestelmää olisi harkita kemiallista muutokset maaperään. Ilman liian tarkkoja asioita, joita en ole pätevä selittämään, on mahdollista, että voi tapahtua kemiallisia reaktioita, jotka aiheuttavat maaperän määrän kasvavan itsestään. Ajattele, kuinka ruoste on kemiallinen reaktio, joka aiheuttaa tehokkaasti teräksen volyymin kasvun. Tämä muuttaisi myös massaa.

Kemiallisten reaktioiden sisällyttäminen seokseen luo kysymyksiä, kuten:

  • Onko järkevää verrata tämän uuden maaperäyhdiste vanhaksi maaperän yhdisteeksi?
  • Onko reaktio palautuva? esim. Saako näytteen kuivaaminen kaiken palata alkuperäisiin massaihin ja määriin?

Ilman muita rajoituksia työssämme on vaikea antaa lopullista vastausta.

Pääsin eroon vastauksen ** monimutkaisesta ** osasta. * ... todettiin, että näyte oli paisunut ... * Turvotus on hyvin määritelty maaperän mekaniikan terminologia, mikä tarkoittaa, että maaperän näytemäärä on kasvanut puhtaasti fysikaalisten prosessien ansiosta. Täällä ei ole mitään kemikaalia.


Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...