土の基本的物理量の変換式
穴に当てはまる数式を脳内計算できたら解答を見る
一部は途中計算も載せてある
$ V_sと$ W_sによる記述
体積
$ V_v = eV_s
$ V_t = V_s+V_v=(1+e)V_s
$ 1が土粒子、$ eが間隙に対応する
$ V_w = eS_rV_s
$ V_a = e(1-S_r)V_s
重量
$ W_w=wW_s
$ W_t=(1+w)W_s
$ 1が土粒子、$ wが間隙水に対応する
$ W_w=\frac{w}{1+w}W_t
$ V_tと$ W_tで覚えたほうが書きやすそうtakker.icon
全体($ 1+e)に対して間隙($ e)を取り出すか、土粒子を取り出すか($ 1)と操作と形が対応していてわかりやすい
$ V_s=\frac{1}{1+e}V_t
$ V_v=\frac{e}{1+e}V_t
$ W_s=\frac{1}{1+w}W_t
$ W_w=\frac{w}{1+w}W_t
table:anki
\(V_s=\){{c1::\(\frac{1}{1+e}\)}}\(V_t\)
\(V_v=\){{c1::\(\frac{e}{1+e}\)}}\(V_t\)
\(W_s=\){{c1::\(\frac{1}{1+w}\)}}\(W_t\)
\(W_w=\){{c1::\(\frac{w}{1+w}\)}}\(W_t\)
$ e=\frac{V_v}{V_s}=\frac{V_t-V_s}{V_s}=\frac{\frac{W_s}{V_s}}{\frac{W_s}{V_t}}-1=\frac{\gamma_w}{\gamma_d}G_s-1
解釈
$ e=\frac{\gamma_s-\gamma_d}{\gamma_d}=\frac{{\gamma_d}^{-1}-{\gamma_s}^{-1}}{{\gamma_s}^{-1}}
重量は全て同じ基準$ W_sを使っている
$ {\gamma_d}^{-1}が土全体の体積、$ {\gamma_s}^{-1}が土粒子の体積を表すから、結局分子は間隙の体積を表すことになる
$ w=\frac{W_w}{W_s}=\frac{W_t-W_s}{W_s}=\frac{\gamma_t-\gamma_d}{\gamma_d}=\frac{\gamma_t}{\gamma_d}-1
$ S_r=\frac{V_w}{V_v}=\frac{1}{eV_s}\frac{W_w}{\gamma_w}=\frac{w}{e}\frac{W_s}{\gamma_wV_s}=\frac{w}{e}G_s
単位体積重量の逆数を使ってこう展開することもできる
$ S_r=\frac{V_w}{V_v}=\frac{{\gamma_w}^{-1}\frac{W_w}{W_s}}{{\gamma_d}^{-1}-{\gamma_s}^{-1}}=\frac{w}{e}\frac{{\gamma_w}^{-1}}{{\gamma_s}^{-1}}=\frac{w}{e}G_s
$ e=wG_s{S_r}^{-1}
table:anki
\(e=\){{c1::\(\frac{\gamma_w}{\gamma_d}G_s-1\)}} \(e=\frac{V_v}{V_s}=\frac{V_t-V_s}{V_s}=\frac{\frac{W_s}{V_s}}{\frac{W_s}{V_t}}-1=\frac{\gamma_w}{\gamma_d}G_s-1\)
\(w=\){{c1::\(\frac{\gamma_t}{\gamma_d}-1\)}} \(w=\frac{W_w}{W_s}=\frac{W_t-W_s}{W_s}=\frac{\gamma_t-\gamma_d}{\gamma_d}=\frac{\gamma_t}{\gamma_d}-1\)
\(S_r=\){{c1::\(\frac{w}{e}G_s\)}} \(S_r=\frac{V_w}{V_v}=\frac{1}{eV_s}\frac{W_w}{\gamma_w}=\frac{w}{e}\frac{W_s}{\gamma_wV_s}=\frac{w}{e}G_s\)
単位体積重量
$ \gamma_s=\frac{W_s}{V_s}=G_s\gamma_w
$ \gamma_s=\frac{W_s}{V_s}=\frac{\frac{1}{1+w}W_t}{\frac{1}{1+e}V_t}=\frac{1+e}{1+w}\gamma_t
$ \gamma_t=\frac{W_t}{V_t}
$ \gamma_d=\frac{W_s}{V_t}
$ \gamma_{sat}=\frac{W_s+\gamma_wV_v}{V_t}
$ \gamma_s=\frac{W_s}{V_s}=\frac{\frac{1}{1+w}W_t}{\frac{1}{1+e}V_t}=\frac{1+e}{1+w}\gamma_t
$ \gamma_d=\frac{W_s}{V_t}=\frac{\frac{1}{1+w}W_t}{V_t}=\frac{1}{1+w}\gamma_t
$ \gamma_{sat}=\frac{W_s+\gamma_wV_v}{V_t}=\gamma_d+\frac{e}{1+e}\gamma_w=\frac{1}{1+w}\gamma_t+\frac{e}{1+e}\frac{1+e}{1+w}\frac{1}{G_s}\gamma_t=\frac{G_s+e}{1+w}\frac{1}{G_s}\gamma_t
これは覚えなくていいや
飽和土のとき$ \gamma_t=\gamma_{sat}になるが、これは上式に$ e=wG_sを入れると導かれる
検算として、$ e=wG_sで$ \gamma_t=\gamma_{sat}になることを確認するのはいい方法かも
table:anki
\(\gamma_s=\){{c1::\(\frac{1+e}{1+w}\)}}\(\gamma_t\) \(\gamma_s=\frac{W_s}{V_s}=\frac{\frac{1}{1+w}W_t}{\frac{1}{1+e}V_t}=\frac{1+e}{1+w}\gamma_t\)
\(\gamma_d=\){{c1::\(\frac{1}{1+w}\)}}\(\gamma_t\) \(\gamma_d=\frac{W_s}{V_t}=\frac{\frac{1}{1+w}W_t}{V_t}=\frac{1}{1+w}\gamma_t\)
$ \gamma_s=\frac{1}{\frac{1}{1+e}}\gamma_d=(1+e)\gamma_d
$ \gamma_t=(1+w)\gamma_d
$ \gamma_{sat}=(1+w{S_r}^{-1})\gamma_d=\frac{G_s+e}{G_s}\gamma_d
$ \gamma_s=G_s\gamma_w
$ \gamma_d=\frac{1}{1+e}G_s\gamma_w=\frac{G_s+e\cdot0}{1+e}\gamma_w=\frac{G_s}{1+w{S_r}^{-1}G_s}\gamma_w
$ \gamma_t=\frac{1+w}{1+e}G_s\gamma_w=\frac{G_s+eS_r}{1+e}\gamma_w=\frac{1+w}{1+w{S_r}^{-1}G_s}G_s\gamma_w
$ \gamma_{sat}=\frac{1+w{S_r}^{-1}}{1+e}G_s\gamma_w=\frac{G_s+e\cdot1}{1+e}\gamma_w=\frac{1+w{S_r}^{-1}}{1+w{S_r}^{-1}G_s}G_s\gamma_w
もし飽和土($ S_r=1)なら$ \gamma_{sat}=\frac{1+w}{1+wG_s}G_s\gamma_wになる
不飽和土では成立しないので注意(1敗)takker.icon
ちょうど$ e\cdot0, $ eSr, $ e\cdot1と、求める単位体積重量と含水比とが連動しあっている
table:anki
\(\gamma_d=\){{c1::\(\frac{G_s+e\cdot0}{1+e}\)}}\(\gamma_w\) \(\gamma_d=\frac{1}{1+e}\gamma_s=\frac{G_s+e\cdot0}{1+e}\gamma_w\)
\(\gamma_t=\){{c1::\(\frac{G_s+eS_r}{1+e}\)}}\(\gamma_w\) \(\gamma_t=\frac{1+w}{1+e}\gamma_s=\frac{G_s+eS_r}{1+e}\gamma_w\)
\(\gamma_{sat}=\){{c1::\(\frac{G_s+e\cdot1}{1+e}\)}}\(\gamma_w=\){{c1::\(\frac{1+w{S_r}^{-1}}{1+w{S_r}^{-1}G_s}G_s\)}}\(\gamma_w\)
$ \gamma_s=\frac{1+e}{1+w{S_r}^{-1}}\gamma_{sat}
$ \gamma_d=\frac{1}{1+w{S_r}^{-1}}\gamma_{sat}
$ \gamma_t=\frac{1+w}{1+w{S_r}^{-1}}\gamma_{sat}
検算
✅$ \frac{G_s+e}{1+w}\frac{1}{G_s}\frac{1+w}{1+w{S_r}^{-1}}=\frac{G_s+e}{G_s+w{S_r}^{-1}G_s}=\frac{G_s+e}{G_s+e}=1