土的物性指标计算
土的物理性质指标
土的物理性质指标…10
饱和度
定义：土中水的体积与孔隙体积之比，用%表示。 物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。
公式： Sr
Vw Vv
范围：0~1 工程应用：饱和度可以反映土的干湿程度，砂土根据饱和度Sr的指标 值分为稍湿、很湿与饱和三种湿度状态，其划分标准见下 表： 砂土湿度状态 饱和度Sr(%) 稍湿 Sr ≤50 很湿 50< Sr ≤80 饱和 Sr>80
◇e<0.6 低压缩性土 ◇e>1.0 高压缩性土
土的物理性质指标…9
孔隙率
定义：土中孔隙所占总体积之比，用百分数表示。 物理意义：表示土中孔隙大小的程度。
公式： n
Vv V
单位：% e gd n 1 换算公式： 1 e ds g w
范围：粘性土和粉土:(30~60);砂土: (25~45)。
土的物理性质指标…1
土的三相比例指标 是其物
理性质的反映，但与其力学性 质有内在联系，显然固相成分 的比例越高，其压缩性越小， 抗剪强度越大，承载力越高。 三相比例指标反映了土的 干燥与潮湿、疏松与紧密，是 评价土的工程性质的最基本的 物理性质指标，也是工程地质 勘察报告中不可缺少的基本内 容。 三相比例指标可分为两种 ，一种是试验指标（基本指标 ）；另一种是换算指标。
V V
单位：kN/m31 e
土的物理性质指标…8
土的孔隙比
定义：土中孔隙体积与土粒体积之比。 公式： e Vv
Vs
单位：无量纲 换算公式：e d s g w 1 (1 w)d s g w 1 gd g 范围：粘性土和粉土:(0.4~1.2)；砂土: (0.3~0.9)。
V
单位：kN/m3 范围：13~18 换算公式：
土的基本物理性质指标计算及换算
1∙1 土的物理性质指标计算1」」土的基本物理性质指标计算与换算1.1 土的物理性质指标计算1.1.1 土的基本物理性质指标计算与换算土由固体颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）三部分组成，这三部分之间的比例关系随着周围条件的变化而变化，三者相互之间的不同比例.反映出土的不同物理状态.如干燥.稍湿或很湿、密实、稍密或松殺。
这些指标是最基本的物理性质指标，对于评价土的物理力学和工程性质，进行土的工程分类具有很重要的意义。
为了研究土的物理性质）就要掌握土的三个组成部分之间的比例关系。
表达这三部分之间关系的指标，称为土的物理性质指标。
土的三相物质是混合分布的■为研究阐述和计算方便.一般用图所示三相图表示，把土的固体颗粒、水、空气各自划分开来。
气体的质量比其他两部分质但小很多，一般忽略不计。
ffll-1 土的三相給成示藏图l-±Ktt; 2—水；3—空气注 E —土的总质■ （IH a m i÷ Ww）;m.—土的固体.5IeLM质Ib 叫—土中水的质ILw. ------ 土中代体的ft*, Λt ft≡≡0∣V——土的总体积（V= V B t V w÷ V i）;v∙—土中固体L的体积；V W—土中水所占的体釈,V a——土中空气所占的体积（V.—土中空熬的体衩（V^V e4 v w>.-S土的质量密度和重力密度土的质■密度和•力密度1. 土的质最麼度单位体积土的质量称为土的质最密度.简称土的密度■用符号F 表示，其基本表达 式为；式中∙V——土的总体积；Tn --- 土的总质量O土的密度亦可用以下換算公式计算＜fP β Pd(I + S)九 τ S r e或P =I - e •"式中Pd —土的干密度(√m 3);W ---- 土的含水屋(％〉；e ---- 土的孔ffiC 比；儿——土的相对密度,S —土的饱和庚；"—蒸憎水的密度，一瑕取^ = It∕m 3C土的密度一般由试验方法(环Zi 法)直接测定.即根据特制环刀所取的土重除以环刀 的容积即得。
土的物理性质指标及其换算
A W S
体积
Va Vw
Vv
V
W /V
（2）重力密度（重度、 容重 unit weight）
ms
Vs
(Ws Ww ) /(Vs Vv ) m g / V g 9.81 (kN / m )
3
质量 mass
volume
分析：密度和重度综合反映了土 的物质组成与结构
（3）饱和重度（密度） （saturated unit weight）
砂土的密实度分类
砂土按相对密度Ｄｒ分类(p17)
Ｄｒ １Dr>0.67 0.67Dr>0.33 0.33Dr>0 砂土密实程度 密实的 中密的 疏松的
四 土的物理性质指标的测定及指 标之间的换算
1、土的物理性质指标与土的物质组 成、结构的关系 2、指标的测定与计算 3、各指标间的换算
1、土的物理性质指标与土的物质组成、结 构的关系
A W S
体积
Va Vw
Vv
V
Vs
水体积 Vw
土粒体积 Vs 总体积 V=Vv +Vs 孔隙体积 Vv
质量 mass volume
土的三相图 Three phase diagram
一、土的质量和重量
1 土粒的比重 （specific gravity）
ma(0) mw
m ms
A W S
体积
Va Vw
第三节
土的物理性质指标及其换算
土的物理性质是表征土的物理状态的一系 列性质
如:重量、含水性、孔隙性等
土的物理性质指标是评价和判断土的工程 性质的重要依据。
A W S
以质量计： 空气质量 ma 0 水质量 mw
土的三个基本物性指标试验
⼟的三个基本物性指标试验⼟的三个基本物性指标试验第⼀节⼟粒⽐重试验（⽐重瓶法）⼀、试验⽬的测定⼟粒⽐重，为计算⼟的孔隙⽐、饱和度以及为⼟的其他物理⼒学试验（如颗粒分析的密度计法试验、压缩试验等）提供必要的数据。
⼆、基本原理⼟粒⽐重是指⼟在温度100～105oC下烘⾄恒重时的质量与同体积纯⽔在4oC时质量的⽐值。
⼟粒的质量可⽤精密天秤测得。
⼟粒的体积⼀般应⽤排出与⼟粒同体积之液体的体积⽅法测得，通常⽤⽐重瓶法。
此法适⽤于粒径⼩于5mm或者含有少量5mm颗粒的⼟。
粒径⼤于5mm的⼟，则⽤虹吸筒法。
对于砂⼟，可⽤⼤型的李⽒⽐重瓶法，其原理均与⽐重瓶法相似。
在⽤⽐重瓶法测定⼟粒体积时，必须注意，所排开的液体体积必须能代表固体颗粒的真实体积。
⼟中含有⽓体，试验时必须把它排尽，否则影响测试精度。
可⽤煮沸法或抽⽓法排除⼟内⽓体。
所⽤的液体⼀般为纯⽔。
若⼟中含有⼤量的可溶盐类、有机质、胶粒时，则可⽤中性液体，如煤油、汽油、甲苯和⼆甲苯，此时必须⽤抽⽓法排⽓。
三、仪器设备1、⽐重瓶：容量为100cm3或50cm3, 有短颈式与长颈式两种(图2-1)；2、分析天秤：称量200g，最⼩分度值0.001g；3、恒温⽔槽；准确度应为±1oC；4、砂浴：能调节温度；5、真空抽⽓设备(图2-2)；6、温度计：测定范围为0～50oC，精确⾄0.5oC；7、其它：烘箱、纯⽔、中性液体、⼩漏⽃、⼲⽑⼱、⼩洗瓶、磁钵及研棒、孔径为2mm 筛等。
图2-1 ⽐重瓶a-短颈式b-长颈式图2-2 抽⽓装置⽰意图1-压⼒表2-真空缸3-⽐重瓶接真空泵四、操作步骤 1、⼟样的制备取有代表性的风⼲⼟样约100g, 充分研散，并全部过2mm 的筛。
将过筛风⼲⼟及洗净的⽐重瓶在100～105oC 下烘⼲；取出后置于⼲燥器内，冷却⾄室温称量后备⽤。
2、测定⼲⼟的质量称烘⼲⼟15g , 通过漏⽃装⼊已知质量的烘⼲⽐重瓶中，然后在分析天平上称得瓶加⼟的质量(精确⾄0.001g )，减去瓶的质量即得⼟粒质量m s 。
土的物理指标计算
A过水断面 c m2
学
k 渗透系数 cm/s
i 水力坡降水力梯度 H 水 头 损 失水 头 差
L渗流途径 cm
第二章
第24页/共41页
二、渗透力
土 • 流经土体的水流会对土颗粒和土体施加作用力 • 每单位土体内土颗粒所受的渗流作用力称为渗 透力，用j表示。
力
学
A=1
当h1=h2时，无渗流发生
当h1>h2时，向上渗流
松砂器法确定
学 •Dr=0时，土处于最疏松状态；Dr=1时，土处于最密实状态。
1 Dr 0.67 密实的
0.67 Dr 0.33 中密的
0.33 Dr 0 松散的
第二章
第11页/共41页
土 天然状态砂土的密实度
力 标准贯入试验锤击数N63.5 N63.5≤10
学
10<N63.5≤15 15<N63.5≤30
w mw 100%
力 ms • 一般所说的含水量指的是天然含水量。
• 土的孔隙中全被水充满时的含水量，称为饱和含水量
学
wsat。
wsat
Vv w
ms
100%
• 饱和含水量既能反映土孔隙中全部充满水时含水多少。 又能反映土的孔隙率大小。
第二章
第7页/共41页
2、饱和度
土 • 土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值称为土 的饱和度，以百分数表示。
i i
icr icr
i icr
土体处于稳定状态 土体发生流土破坏 土体处于临界状态
允许坡降i
i [i] icr Fs
第二章
第29页/共41页
土 2、管涌 （Piping） 指在渗透水流的作用下，土 中的颗 粒被水流逐渐带走，最 终导致土体内形成贯通的渗流 管道，造成土体坍塌的现象。
土力学：第一章3(三相比例计算)
（2）土的 饱和密度 和 饱和容重
ρ sat
=
ms + mw V
=
ms
+ Vv ρw V
( g / cm3)
ρw = 1g / cm3
γ sat
= Ws + Ww V
= Ws
+ Vvγ w V
γ w = 10 kN/m3 (KN / m3)
土的饱和密度常见值为1.80~2.30 g/cm3。
试验步骤：
1.将比重瓶烘干，称取比重瓶的质量 m1 。 2.装烘干土15克入100ml比重瓶内称瓶加土的质量 m2。 3.为排除土中的空气，将已装有干土的比重瓶，注纯水至瓶的一半处，摇动比
重瓶放置一定时间。将瓶放在砂浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂 及砂质粉土不应少于30分钟；粘土及粉质粘土不应少于1小时。煮沸时注意不 使土液溢出瓶外。
(1) ∵
ρs
=
ms Vs ⋅ ρw
＝ ms 1×1
= 2.73 g
质量（g)
体积（cm3)
1.092
水 1.092
ms = 2.73 g
(2) ∵ w = mw = 40 % ms
∴ mw = 0.4× 2.73 = 1.092 g
(3) ∵ Sr = 1.0
Sr
= Vw Vv
= 1.0
在数值上 Vw = mw
ms / dsρw
气
0
液
ρ − ρd ρ
固
ρd
体积
质量
2）导出指标之间的关系式
¾
ρ d
与
w、G、ρ的关系式
由含水率公式可得： w = mw ms
土的物理性质指标换算公式
土的物理性质指标换算公式土壤的物理性质是指土壤固有的一些属性，这些属性可以通过一些指标来进行测量和描述。
常用的土壤物理性质指标包括土壤的颗粒组成、容重、孔隙度、水分保持能力等。
下面我们将分别介绍这些指标的换算公式。
1.颗粒组成：土壤的颗粒组成可以用不同粒径的粒子百分含量来衡量，常用的粒子粒径有砂粒（粒径 > 0.05mm）、粉粒（粒径为0.05-0.002mm）、黏粒（粒径 < 0.002mm）。
颗粒组成可以通过湿筛分析法来测定，其中不同粒径的颗粒质量除以总质量即可得到百分含量。
2.容重：土壤的容重是指单位体积土壤的质量，可以通过测量土壤的体积和质量来计算。
常用的换算公式为：容重 = 土壤的质量 / 土壤的体积。
容重的单位一般为g/cm³或kg/m³。
3.孔隙度：孔隙度是指单位体积土壤中孔隙空间的比例，可以用来衡量土壤的通气和排水性能。
孔隙度可以通过测量土壤的容重和颗粒密度来计算。
常用的换算公式为：孔隙度=(1-容重/颗粒密度)×100%。
孔隙度的单位为%。
4.饱和水分量：饱和水分量是指土壤中完全饱和状态下所含有的水分量，可以通过浸水法来测定。
常用的换算公式为：饱和水分量=(饱和土壤质量-干土质量)/干土质量×100%。
饱和水分量的单位为%。
5.田间持水量：田间持水量是指土壤在田间条件下能够保持的有效水分量，可以通过田间试验来测定。
一种常用的换算公式为：田间持水量=(采样湿土重-干土重)/采样湿土重×100%。
田间持水量的单位为%。
6.毛管持水力：毛管持水力是指土壤中毛细管作用下能够保持的有效水分量，可以通过压汞法或毛细管法来测定。
换算公式可以根据不同的实验方法而有所不同。
以上是常见的几个土壤物理性质指标的换算公式。
需要注意的是，不同的指标可能需要使用不同的实验方法和测量仪器，具体的换算公式也会有所差异。
因此，在进行土壤物理性质指标的测量和换算时，需要根据具体的实验方法和仪器来选择相应的公式。
土的三相组成及物性指标换算
一、土的三相组成及物性指标换算：了解：土的形成过程。
广泛分布在地壳表面的土,主要特征是分散性、复杂性和易变性。
因其组成是由固体颗粒和孔隙及存在于孔隙中的水和气体的分散体系,土颗粒之间没有或只有很弱的联结,因而土的强度低且易变形。
由于受不同自然力作用且于不同的环境下沉积,构成土的分布和性质方面的复杂性。
又因为土具有分散性,它的性质极易受到外界温度和湿度的变化而发生变化,表现出多变性。
土的这些特征无疑都将反映到它的物理、化学和力学性质中。
在工程建设中,土往往是作为不同功能的研究对象。
如在土层上修建房屋、桥梁、道路、堤坝时,土对路堤、是用来支承建筑物传来的载,这时士是被用作地基土坝等土工构筑物,土则被用作为建筑材料;对于隧道、涵洞及地下建筑物,这时土成为建筑物周围的介质或环境。
对于土的不同用途,在测试的内容上亦有所不同。
熟悉：（1）、土的三相组成。
( 一 ) 三种组成物质的基本状况1. 固相 : 土的固相物质分为元机矿物颗粒和有机质 ,成为土体的骨架。
矿物颗粒由原生矿物和次生矿物组成。
原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物 ,如石英、长石、云母等。
原生矿物经化学风化作用后发生化学变化而形成新的次生矿物 ,如三氧化二铁、三氧化二铝、次生二氧化硅、粘土矿物及盐类等。
次生矿物按其与水相互作用的程度,可分为可溶于水与不可溶于水的土颗粒。
溶于水的按其溶解的难易性,又可分为易溶、中等溶解和难溶的土颗粒。
次生矿物的成分和性质比较复杂,对土的工程性质影响较大。
土在风化过程中,往往有微生物参与,在土中产生有机质成分。
在土中有机质成分分解完善的 ,称为腐殖质土。
若土中有机质成分分解不完善,尚存在有残余物的称为泥炭。
有机质成分对土的工程性质产生不利影响 ,在公路工程中不应采用。
2. 液相: 土的液相是指土孔隙中存在的水。
一般把这种水看成与自由水一样 ,是无色、无味、无嗅的中性液体,其密度等于 lg/cm3, 容重为 9.81KN/m3, 在0℃时冻结 ,在100℃时沸腾。