土的物理性质指标换算关系..
土的物理性质指标及其换算详解
ma(0)
buoyant unit weight） mw m
' ms Vs w g
V
Hale Waihona Puke mssat wA W
S
Va Vv
Vw V
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图 Three phase diagram
二、 土的含水性及其指标
1 土的含水量（water
ma(0)
A
content）
细砂，粉砂 e<0.70 0.7e0.85 0.85<e0.95 e>0.95
粉土
e<0.75 0.75e0.9 e>0.90
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
孔隙性对土的含水性和重量具有决定性意义
2、指标的测定与计算
土的基本物理性质指标： Gs、（ ）、w、e、n、Sr、 d（d） 三个基本实测指标： Gs、（ ）、w 四个基本导出指标： e、n、Sr、 d（d）
3、各指标间的换算
（1）各指标之间的关系
d
e(n)
Sr
w 一定
Sr一定
Gs
w
正比关系
反比关系
（2）几个常用的重要关系
1.
d
1 w
2.e Gs w 1 d
3. Sr e Gs w
4. e n 1 n
n e 100% 1 e
1.
d
1 w
mg
V
土工考试用资料
土的物理性质指标土的物理性质指标就是表示土中三相比例关系的一些物理量。
土的物理性质指标，可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水量、密度和土粒比重，称为直接测定指标；；另一类是可以根据试验测定的指标换算的，如孔隙比、孔隙率和饱和度等，称为间接指标。
为便于说明，常利用三相图。
如图，图中m 表示质量，V 表示体积，下标a 、w 、s 和v 分别表示空气、水、土粒和孔隙。
下面我们详细介绍以下土的各项指标。
一、土的试验指标 1、含水率ω土的含水率，亦称为含水量，定义为土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示，其表达式为： %100%100⨯-=⨯=s s sw m m m m m ω其中，s m 是将土放入100～105℃的烘箱中烘至恒量称得，实验方法：先称m ，再烘干后称s m 。
测定的方法常用烘干法。
2、土的密度ρ与容重（重度）γ土的密度(ρ)：亦称湿密度、天然密度，定义为单位体积土的质量，用ρ表示，其单位为：3m Mg (或3cm g )。
其表达式为：as w s w V V V m m Vm +++==ρ测定方法：对于粘性土，常用环刀法、蜡封法、注水法、注沙法。
土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量，用γ表示，其单位为：3m KN 。
它与土的密度有如下关系：g ⨯=ργ 式中：g —为重力加速度。
工程中常用的密度有： ①湿密度（ρ）：即土的密度。
其表达式为：as w s w V V V m m Vm +++==ρ测定方法：对于粘性土，常用环刀法、蜡封法、注水法、注沙法。
②饱和密度（sat ρ）：土中孔隙完全为水充满时的密度。
VV m wv s sat ρρ+=式中：sat ρ——水的密度（工程计算中可取1g/cm 3）③浮密度（ρ'）：土单位体积中土粒质量与同体积水的质量之差。
VV m ws s ρρ-='或w m ρρρ-='④干密度（d ρ）：土单位体积中土粒的质量。
(整理)土的三相比例指标及换算关系推导
土的三相比例指标土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标。
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。
为了推导土的三相比例指标，通常把在土体中的实际上处于分散状态的三相物质理想化地分别集中在一起，构成如图1－4所示的三相图。
在图1－4中，右边注明各相图的体积，左边注明各相的质量或重力。
土样的体积V 为土中空气的体积Va 、水的体积Vw 和土粒的体积Vs 之各；土样的质量m 为土中空气质量ma 、水的质量mw 和土粒的质量ms 之和；通常认为空气的质量可以忽略，则土样的质量就仅为水和土料质量之各。
图1－4 土的三相图三相比例指标可分为二种，一种是试验指标；另一种是换算指标。
一、试验指标通过试验测定的指标有土的密度、土料密度和含水量。
1． 土的密度是单位体积土的质量，如令土的体积为V ，质量为m ，则土的密度ρ可由下式表示：1s sat d γλγ=-3(/)mg cm Vρ= （1－8a ） 土的密度常用环刀法测定，其单位是g/cm 3，一般土的密度为1.60～2.20 g/cm 3。
对天然土求得的密度称为天然密度，相应的重度称为天然重度，以区别于其他条件下的指标，如下面要讲到的干密度、饱和密度和饱和重度等。
2． 土粒密度s ρ是干土料的质量s m 与基体积s V 之比，由下式表示：3(/)ss sm g cm V ρ=（1－9）3． 土的含水量w 是土中水的质量w m 与固体（土粒）的质量s m 之比，由下式表示：100%wsm w m =⨯ （1－10） 含水量常用烘干法测定，是描述土的干湿程度的重要指标，常以百分数表示。
土的天然含水量变化范围很大，从干砂的含水量接近于零到蒙脱土的含水量可达百分之几百。
二、换算指标除了上述三个试验指标之外，还有六个可以计算求得的指标，称为换算指标，包括土的干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、有效重度、孔隙比、孔隙率和饱和度。
土力学土的物理性质指标
• 土颗粒比重：
指土体在105º-110ºC的温度下烘至恒量时的重量或
质量与土颗粒同体积的4ºC时蒸馏水的重量或质量之比。
Gs
Ws
Vs
Gs
ms
Vs
水的容重=9.81KN/m3，水的密度=1g/cm3
土颗粒的比重与土体中的水和气体无关
土颗粒比重一般介于2.65-2.75之间
• 测定方法：
比重瓶法、浮称法、虹吸筒法
1) 土颗粒体积
8) 浮密度
2) 孔隙体积
9) 湿密度
3) 土颗粒质量
10) 干密度
4) 水的质量
11) 孔隙率
5) 水的体积
12) 饱和度
6) 气体体积
13) 土颗粒的容重
7) 饱和密度
14) 土体的容重
• 已知，
求解-1
• 1）由
可得，
则土颗粒体积为：
• 2）孔隙体积为：
• 3）由
可得，土颗粒质量为：
Ws Vs (KN / m3 )
V
• 浮密度：指土体淹没在水下面的有效密度，这时土颗粒 受到水的浮力作用，其有效质量减小。
ms Vs (g / cm3 )
V • 浮容重与浮密度的关系：
9.81
间接测定指标-5
• 干容重：指干土的容重，这时土体的孔隙中没有水。
d
Ws V
(KN
s 9.81s
直接测定指标-3
• 土体的容重：指单位体积土体的重量。 也称湿容重、
天然容重。 W (KN / m3 )
V • 土体的密度：指单位体积土体的质量。也称湿密度、
天然密度。 m (g / cm3 )
V
• 土体的容重一般介于16.0-19.0KN/m3，
土力学与地基基础汇总
V
V
ms +Vv
V
V
sat
ρd
=
ms V
ds（1＋ω）ρw dsρw ωdsρw
四、指标间的换算
质量m
气 水
Vv=e
体积V
1+e
土粒
Vs＝1
换算关系式：
e = ds ρw －1 = ds (1 + ω) ρw －1
ρd
ρ
ρsat
=
ms
+VV ρw V
=
(ds + e) ρw 1+e
sat
w
(ds－1)w
土力学与地基基础
土的物理性质指标
土的三相比例指标
一、土的三相图
Vw Va Vv
mw
质量m
气 水
土粒
体积V
m
Vs V
ms
二、直接指标
m
mw
质量m
气 水
Vw Va Vv
体积V
1.土的密度ρ：单位体积土的质量
m ρ= =
ms + mw
V Vs +Vw +Va
ms
土粒
Vs V
工程中常用重度来表示单位体积
五、例题分析
【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干
后的，含干水土量ω质、量密为度16ρ7g、。重若度土粒、的干相重对度密度d 、ds为孔2隙.6比6，e、求饱该和土度样Sr、 饱和重度sat和有效重度
【解答】
ω=
mω
187－167 ×100 % =
= 11.98%
ms
167
=
0.1198×2.66 0.593
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。
土的物理性质指标换算关系
❖天然密度：单位体积天然土样的质量(g/cm3或kg/m3)
➢计算公式:
m/V
➢测量方法: 环刀法
➢常 见 值:1.6---2.2
❖含水量：土中水的质量与土颗粒质量之比(百分数)
➢计算公式:
w mw / ms
➢测量方法: 烘干法、燃烧法
❖土粒比重(土颗粒相对密度): 土颗粒的质量与同体积
100%
说明：与密度指标相对应，存在重度（容重）指标，即 天然重度、干重度、有效重度指标。
各种密度之间的比较
sat d
§2.3土的物理性质指标
2.3.2 指标的换算
土的密度、含水量、土粒比重是通过试验测定 ，其他指标可由这三个指标换算得到。
孔隙比与孔隙率的关系
n Vv e V 1e
则
e wsat d s
wsat 饱和含水率
2020/4/2
9
浮密度与比重和孔隙比的关系
ms Vs w s w ds 1w
V
1 e
1 e
2020/4/2
10
的4℃时的纯水的质量之比(无量纲)
➢计算公式: d s s / w
➢测量方法: 比重瓶法
B导出指标（6个）——根据直接指标换算
❖干 密 度：单位体积土样中土颗粒的质量
➢计算公式: d ms / V
❖饱和密度：单位体积土样在饱和状态下的质量
➢计算公式:
sat
ms
wVV
V
❖有效密度(浮密度): 地下水位以下，单位体积土颗粒
e n 1 n
2020/4/2
6
干密度与湿密度和含水率的关系
m V
d
wd
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的4℃时的纯水的质量之比(无量纲)
计算公式: 测量方法:
ds s / w
比重瓶法
B导出指标（6个）——根据直接指标换算
干 密 度：单位体积土样中土颗粒的质量
计算公式:
d ms / V
饱和密度：单位体积土样在饱和状态下的质量
计算公式:
sat
ms wVV V
2018/9/27 10
有效密度(浮密度): 地下水位以下，单位体积土颗
粒的质量与同体积水的质量之差
计算公式:
ms wVs sat w V
孔隙比:土中的孔隙体积与土颗粒体积之比
计算公式:
e VV / Vs
孔隙率:土中孔隙体积占土样总体积的百分比
计算公式:
Vv n 100% V
A基本指标（3个）——通过试验测定
天然密度：单位体积天然土样的质量(g/cm3或kg/m3) 计算公式: m /V
测量方法: 环刀法
常 见 值:1.6---2.2
含水量：土中水的质量与土颗粒质量之比(百分数)
计算公式:
w mw / ms
测量方法: 烘干法、燃烧法
土粒比重(土颗粒相对密度): 土颗粒的质量与同体积
孔隙比与孔隙率的关系
Vv e n V 1 e
n e 1 n
2018/9/27
6
干密度与湿密度和含水率的关系
m d w d d 1 w V 1
d
1 w
2018/9/27
7
孔隙比与比重和干密度的关系
ms s d V 1 e
e
饱和度:孔隙中水的体积占孔隙体积的百分比
计算公式:
Vw Sr 100% VV
说明：与密度指标相对应，存在重度（容重）指标，即 天然重度、干重度、有效重度指标。
各种密度之间的比较
sat d
§2.3土的物理性质指标
2.3.2 指标的换算
土的密度、含水量、土粒比重是通过试验 测定，其他指标可由这三个指标换算得到。
ds w
d
1
2018/9/27
8
饱和度与含水率、比重和孔隙 比的关系
Vw wd s w Sr Vv e e
当土饱和时，即为Sr=100％ 则
w s
e wsat d s
wsat
2018/9/27
饱和含水率
9
浮密度与比重和孔隙比的关系
ms Vs w s w d s 1 w V 1 e 1 e