土的常用物理性质指标换算公式
土的三相比例指标及换算关系推导共5
第1页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P 可由下式表示：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1.60〜2.20g/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 是干土料的质量m s 与基体积V s 之比，由下式表示：satm(g/cm 3)V(1 — 8a )第2页s^(g/cm 3)(1 — 9)3.土的含水量w 是土中水的质量m w 与固体（土粒）的质量 m s 之比，由下 式表示：w 匹 100%（ 1 - 10）m s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。
2010版公路水运工程试验检测人员过渡考试 2材料-大纲要求的知识点
材料--大纲要求的知识点1 土工试验(1)土的三相组成及物理性质指标换算了解：土的形成过程。
土是由地壳表面的岩石经过物力风化化学风化和生物风化作用之后的产物。
岩石暴露在大气中，受到温度变化的影响，体积经常发生膨胀和收缩，不均匀的膨胀和收缩使之产生裂缝，同时长期经受风霜雨和雪的侵蚀以及动植物的破坏，逐渐由整块岩石崩解成大小不等和形状不同的碎块，这个过程叫物理风化。
物理风化只改变岩石颗粒的大小和形状，不改变颗粒的成分。
物理风化后形成的碎块与氧气二氧化碳和水接触，经过化学变化，变成更细的颗粒并且成分也发生改变，产生与原来岩石成分不同的矿物，这个过程叫做化学风化。
在此基础上，加之生物活动的参与，从而产生有机质的积聚，经过这些风化作用所形成的矿物颗粒堆积在一起，其间贯穿着孔隙，孔隙间存在着水和空气。
这种松散的固体颗粒（有时还会含有有机质）水和气体的集合体即是土。
熟悉：土的三相组成；土的物理性质指标及指标换算。
土是由土颗粒（固相）水（液相）及气体（气相）三种物质组成的集合体。
土的密度土颗粒的比重（或土粒密度）土的含水量干密度饱和密度浮密度孔隙比孔隙率饱和度指标换算：上述土的三相比例指标中，土粒比重G、含水量ω和重度γ三个指标是通过试验测定的。
在测定这三个基本指标后，可以导得其余各个指标常用图2-21所示三相图进行各指标间关系的推导，令γw=1gf/cm3，令Vs=e，V＝1＋e，Ws=VsG=G，Ww＝ωWs=ωG,W=G(1+ω)。
常用图2-21所示三相图进行各指标间关系土的三相比例指标换算公式如下：掌握：含水量试验；密度试验；相对密度试验含水量试验（烘干法）一、定义土的含水量是在105-110℃下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒量后干土质量的比值，以百分数表示，本法是测定含水量的标准方法。
二、适用范围粘质土、粉质土、砂类土和有机质土类。
三、主要仪器设备烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持105-110℃的其他能源烘箱，也可用红外线烘箱天平：感量0.01g。
(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，
土的物理指标
烘
干后重量为1.67N，已知土粒的相对密度ds=2.66，求： γ、ω、e、Sr、γd、γsat、 γ/。 解：
土重度 W 1.8 7 1 0 31.7 8K/N m 3
V 10 10 06
含水量 W w 1% 0 1 0 .8 7 1 .6 7 1% 0 1 0.9 1 % 8
W s
1 .67
和人工换填地基，土体压实质量控制的标准。也就是说
土的干重度越大，表明土体压得越密实，即工程质量越好
饱和重度γsat
土中孔隙vv全被水充满时，单位体积的重量
rsast a t W s V VvrwkN/m 3
浮重度γ'
在地下水位以下的土，土受到的浮力即等于同
体积的水重VS·γw，地下水位以下土的单位体
积的重量称为有效重度。
rWs Vs rw V
rsa t d
单位kN/m3
土的空隙比评价天然土层的密实程度。一般e＜0.6的土 是密实的地低压缩性土。e＞1的土是疏松的高压缩性土。 空隙率反映土的密实程度。例如：粗粒土的孔隙率比细 粒土的小。
• （六）反映土中含水程度的指标 • 1．含水率 • 2．土的饱和度Sr
请各位领导，批评指正。 谢谢大家！！！
，γ＜18kN/m3 的土一般是比较松软。
Wm gWm gg
VV
土重度γ与密度ρ关系为 g
（二） 土的含水量ω 土中水的重量和土粒的重量之比称为含水量。用百分 数表示。
Ww 100%
Ws
反映土的干湿程度，通常用烘干法测定。天然土层的含水
量变化范围大，砂为0~40%，黏土为20~60%。
（三）土粒的相对密度ds
解：因为是饱和土，所以Sr=1
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
土力学物理指标计算和换算公式表
参数代号 参数名称 ρ ρ ρ
d sat
参数代号 参数名称 γ γ γ
d sat
天然密度 干密度 饱和密度 含水率 孔隙比 孔隙率 饱和度 土粒比重
土的重Байду номын сангаас 干重度 饱和重度
ω e n Sγ Gs
vv 土中孔隙体积 g ρ 重力加速度
4°C水的密度 w（4°C）
w
求解（Output） 参数 ρ ρ ρ
d sat
求解（Output） 参数 γ γ γ
d sat
数值 1 1 1 1 1 1 1 9.8 1
数值 1 1 2 1 1 1 1 1
数值 9.8 9.8 19.6
ω e n Sγ Gs
参数代号 参数名称 m ms mw v vs vw 土质量 土粒质量 土中水质量 土体积 土颗粒体积 土中水体积
土力学参数换算及计算表（作者：kalabelmo）
使用说明 该表格主要是针对《土力学》第一章的土的物理性质指标计算，而编制的 计算表格，笔者将个参数都编入公式中，可方便使用人，直接输入相关已知 参数，表格自动计算出其他物理指标，方便快捷，节省时间，提高计算速度， 改善工作或学习效率，希望大家支持！ 具体使用方法，即在下表第一栏（已知（Input））下的数值栏输入已知 的参数；则自动输出第二栏、第三栏（求解（Output））下的数值栏的指标 值； 该表格已经试给出第一栏的参数值，使用者可根据自己的实际值随意更改； 不影响表格使用，谢谢大家！ 土力学各参数换算表 已知（Input） 参数 m ms mw v vs vw vv g ρ
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
土的三相比例指标及换算关系推导共5
第1页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P 可由下式表示：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1.60〜2.20g/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 是干土料的质量m s 与基体积V s 之比，由下式表示：satm(g/cm 3)V(1 — 8a )第2页s^(g/cm 3)(1 — 9)3.土的含水量w 是土中水的质量m w 与固体（土粒）的质量 m s 之比，由下 式表示：w 匹 100%（ 1 - 10）m s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。