土物理性质计算
土的物理性质指标
第一章 土的物理性质及工程分类第一节 土的组成与结构一、 土的组成天然状态下的土的组成（一般分为三相） ⑴ 固相：土颗粒—构成土的骨架决定 土的性质—大小 、形状、 成分、组成、排列 ⑵ 液相：水和溶解于水中物质⑶ 气相：空气及其他气体（1）干土=固体+气体（二相）（2）湿土=固体+液体+气体（三相）（3）饱和土=固体+液体（二相）二、土的固相（一）、土的矿物成分和土中的有机质。
土粒的矿物成分不同、粗细不同、形状不同、土的性质也不同矿物成分取决于（1）成土母岩的成分（2）所经受的风化作用①物理风化——原生矿物（化学成分无变化） ②化学风化——次生胯矿物（化学成分变化）次生矿物（1）三大黏土矿物①高岭石（土）②伊利石（土）③蒙脱石（土）（2）水溶盐①难溶：CaCO 3②中溶：石膏 CaSO4.2H2O③易溶：NaCl kcl CaCl2 K Na 的 SoO42- CO 32- 2.各粒组中所含的主要矿物成分土颗粒据粒组范围划分不同的粒组名称石英、长石——砾石、砂的主要矿物成分——性质稳定、强度高云母——薄片状——强度低、压缩性大、易变形粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性（1） 蒙脱石——透水性小多个晶体层——结构不稳定、颗粒最小、亲水性（2） 伊利石——介于两者之间，较接近蒙脱石（3） 高岭石——颗粒相对较大——亲水性较弱晶体结构较稳定ρd 粘土中的水溶盐3.土中的有机质——亲水性强，压缩性大，强度低（二）土的粒组划分（三）土的颗粒级配1． 颗粒大小分析试验——颗分试验方法（1）筛分法：适用60—0.075mm 的粗粒土（2）密度计法：适用小于0.075mm 的细粒土2． 颗粒级配曲线——半对数坐标系3． 级配良好与否的判别（一） 定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配（级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配（4） 曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好（5） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良（二） 定量判别 （1）不均匀系数 1060d d C u（2）曲率系数1060230d d d C c = +图 103060d d d 分别表示级配曲线上纵坐标为60% 30% 10%时对应粒径第二节 土的物理性质指标土的性质：（1）土三相组成中各项性质（2）三相之间量的比例关系工程中常用土的物理性质指标评价土体工程性质优劣的基本指标一、 土的三相草图土的颗粒，水，气体混杂在一起，为分析问题方便常理想地将三相分别集中。
土的物理性质及计算说明
土的物理性质及计算说明土是一种自然界广泛存在的物质，具有许多独特的物理性质。
本文将介绍土的物理性质及其计算说明。
1.颜色：土的颜色是由其中的有机物、氧化物和矿物质组成决定的。
常见的土壤颜色有黑色、褐色、红色、黄色等。
颜色反映了土壤的有机质含量、氧化还原状态、矿物质成分等。
2.质地：土壤的质地是指土壤中各种粒子的相对含量和颗粒大小。
根据国际土壤分类系统，土壤的颗粒大小可分为粉砂、细砂、中砂、粗砂、细砾石、粗砾石和卵石等七个级别。
质地直接影响土壤的通透性、持水能力和肥力等。
3.密度：土壤的密度是指土壤体积单位质量，也可理解为空气和水以外的土壤物质所占的体积。
计算土壤密度需要先称量一定体积的土样，然后根据质量和体积计算得出密度。
4.孔隙度：土壤中颗粒间的空隙被称为孔隙。
孔隙度是指土壤中孔隙容积与总体积之比。
孔隙度反映了土壤的通气性、水分保持能力等。
常见的孔隙度有总孔隙度、实际体积和饱和孔隙度等。
5.含水量：土壤中含水量是指土壤含有的水分与土壤质量的比值。
常见的表示方式有体积含水量和重量含水量。
体积含水量是指一定体积土壤中所含水分的体积占比，重量含水量是指一定质量土壤中所含水分的质量占比。
6.存水量：土壤的存水量是指土壤在一定条件下能储存的水分量。
计算土壤存水量需要考虑土壤的质地、孔隙度等因素。
常见的计算方法包括黏性土法、重测土法和定容法等。
7.渗透性：土壤的渗透性是指水分在土壤中传导的能力。
计算土壤的渗透性可以使用定浸方法，即在一定条件下，测定在单位时间内通过一定土壤层的水分量。
8.多孔介质传热：土壤是典型的多孔介质，能够通过孔隙传导、对流和辐射等方式进行热传导。
计算土壤的传热性质需要考虑土壤的热导率、比热容等参数。
9.弹性模量：土壤的弹性模量是指土壤在受到外力作用下对形变进行恢复的能力。
计算土壤的弹性模量需要进行应力-应变试验，并通过斯托克斯公式进行计算。
10.力学性质：土壤的力学性质是指土壤的抗剪强度、压缩性和承载力等。
土力学第五讲
测定emax、 emin时人为因素影响较大
Dr 主要应用于填方质量的控制，对于天然土尚难应用
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11
现场试验法
标准贯入试验
静力触探试验 63.5kg的钢锤，提升76cm，使 贯入器贯入土中30cm所需要的 锤击数N63.5－－标准贯入试验（先
打入土中15cm不计数） 砂类土的密实度
2
换算关系式推导
md ( 1 + w ) r d r r s w s w r = = ? V 1 + e 1 + e ( 1 + w )
干密度计算：
md r r 1 r r s sw d d r = = = Þ = = d V1 + e1 + w 1 + ed r r sw s
孔隙比：
d ( 1 + w ) r d r r s w s w e = -1e = -1 =s-1 r r r d d
同样的e=0.35，对砂1处于最密实状态，而对砂2未达到最密实。 缺点：用一个指标e无法反映土的粒径级配的因素 华北电力大学 可再生能源学院
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方法的评价 优点：应用方便简捷 缺点：无法反映土的粒径级配的好与坏
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相对密实度法
emax e Dr emax emin
2．分类 根据土的密实度进行划分，粉土的密实度以孔隙比为划分标准：e≥0.85为稍密； 0.7≤e<0.85为中密；e＜0.7为密实。
3．工程性质 粉土的性质介于砂类土与粘性土之间。它既不具有砂土透水性大、容易 排水固结、抗剪强度较高的优点，又不具有粘性土防水性能好、不易被水
冲蚀流失、具有较大粘聚力的优点。在许多工程问题上，表现出较差的性
土力学第二章-土的物理性质指标
直接测定指标-4
• 土体的含水率： 反映土体含水的多少。等于土体在105º -110º C的温 度下烘至恒量时所失去的水份的重量或质量与土颗粒 的重量或质量之比。 W m (%) (%) Ws ms • 砂土含水少，粘性土含水多。 • 测定方法： 烘干法、酒精燃烧法、电炉炒干法
间接测定指标-3
• 饱和容重：指土体处于饱和状态时的容重，或指饱和 土体的容重，这时土体的孔隙中全部充满水。 Ws Vv sat ( KN / m 3 ) V • 饱和密度：指土体处于饱和状态时的密度，或指饱和 土体的密度，这时土体的孔隙中全部充满水。 ms Vv sat ( g / cm3 ) V • 饱和容重与饱和密度的关系：
直接测定指标-1
• 土颗粒比重： 指土体在105º -110º C的温度下烘至恒量时的重量或 质量与土颗粒同体积的4º C时蒸馏水的重量或质量之比。 ms Ws Gs Gs Vs 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
间接测定指标-1
• 孔隙比： 反映土体孔隙的多少。等于土体中孔隙的体积与土 颗粒的体积之比。它是一个相对指标。
• 孔隙率： 反映土体孔隙的多少。等于土体中孔隙的体积与整 个土体的体积 之比。它是一个绝对指标。
Vv e Vs
Vv n (%) V
间接测定指标-2
• 土体的饱和度： 反映土体含水的多少，等于土体孔隙中水的体积与孔隙 的体积之比 V Sr (%) Vv • 干土的饱和度为0， 饱和土的饱和度为100%， 一般土的饱和度介于0-100%之间。 • 理论上，饱和土的饱和度为100%， 但因土体中存在封闭孔隙，实际饱和度达到80%的土就 称为饱和土。
土壤物理性质测量
土壤物理性质的测定1、土壤密度=土壤比重的测定（比重瓶法）(密度=比重*1000 kg/m3)仪器设备：比重瓶（50ml或100ml），天平（感量0.001g），电炉或砂浴，滴管。
测定步骤：将比重瓶盛满无二氧化碳的水（煮沸5分钟后冷却的水），静置10分钟加塞，使多余的水从瓶塞毛细管中溢出，用滤纸擦干比重瓶外壁、称重（W1）。
然后将比重瓶中的水倒出一半，将通过1mm筛孔的10g风干土土样用小漏斗小心装入比重瓶中，轻轻摇动，使土样与水充分混合；为了除去土和水中的空气，须将比重瓶加热煮沸1小时，在煮沸过程中经常晃动比重瓶，以驱除水及土样中的空气，使水和土更好的接触。
冷却后，用滴管加满无二氧化碳的水，在室温下再静置10min，加塞，使多余的水从瓶塞毛细管中溢出，用滤纸擦干比重瓶外壁，称量（W2)。
结果计算 d=W/(W+W1-W2)式中：d—－土壤比重，g／cm3W—－烘干土样质量，gW1—－加满水的比重瓶质量，gW2—－加有水和士样的比重瓶质量，g注：①含可溶性盐较多的土样，需用非极性液体（如汽油、媒油等）代替水，用其空抽气法排除土中空气。
②本方法中加入风干样在计算时需换算成烘干样，即需测定风干样中吸湿水含量，计算其水分换算系数（K）按下式计算、K= m/m1式中：m—－烘干样（土）质量，gm1—－风干样（土）质量，g2、土壤容重的测定（环刀法）仪器设备:200cm3环刀（高5．2cm ，半径3．5cm ）或其他规格的环刀、天平（感量0.0lg 及0.lg ）、小刀、铁锹、烘箱、铝盒、瓷盘、滤纸等。
测定步骤：选定代表性测定地点，挖掘土壤剖面，根据剖面发生层次或机械分层，用环刀采取土样，每层土壤应不少于三个重复。
采样过程中必须保持环刀内土壤结构不受破坏，注意环刀内不要有石块或粗根侵入，如果土壤过份紧实，可垫上木板轻轻打入。
待取出环刀后，用锋利的削刀切去环刀两端多余的土，使环刀内的土壤体积与环刀容积相等，最后将环刀两端用盖子盖好，分别放入塑料袋内并写好标签，带回室内备用。
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，
第二章土的物理性质指标
液限wl
强结合水膜最大
出现相当数量自由水
§2.3 黏性土的物理特性
测定塑限的方法： 搓滚法和液、塑限联合测定法
。 测定液限的方法：
碟式仪法和液、塑限联合测定法
液、塑限联合测定法： 塑限－5秒入土2mm时的含水率 17mm液限－ 5秒入土17mm时的含水率
圆锥体入土深度与含水量的关系
§2.3 黏性土的物理特性
§2.3 黏性土的物理特性
密实度 稠度
土的物理性质指标
(三相间的比例关系)
表 示
土的物理状态
粗粒土的松密程度
影响
粘性土的软硬状态
力学特性
土的物理状态指标
§2.3 黏性土的物理特性 粘性土最主要的物理状态特征与含水量有关
粘性土 含水量
较硬 变软 流动
§2.3 黏性土的物理特性
粘性土的状态转变过程
粘性16土~2：0k2N.7/2m~32.76 粉 土：2.70~2.71 砂类13土~1：8k2N.6/5m~32.69
1280~%23~k6N0/%m3
d
e
sdd11(sd1s(1ewew1)w1w)
w
e
dds
(1
d (1w)ww)
1
V Vs Vw Va
天然容重 g
干密度：土被烘干时的密度，
d ms / V
干容重： d dg
饱和密度：土被饱和时的密度，
sat
ms
wVv V
饱和容重：sat satg
浮容重： sat w
表示土体密度和容重的指标
土的三相比例指标
Vs= ms ／ ρs=96.43 ／2.7＝35.7cm3 Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3 按式（1－10），于是 e= Vv ／ Vs＝24.3 ／35.7=0.68 （4）按式（1－11） n= Vv ／ V＝24.3 ／60=40.5％ （5）根据ρw的定义 Vw = mw ／ρw=11.57 ／1＝11.57cm3 于是按式（1－12） St= Vw ／ Vv=11.57 ／24.3＝48％
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。
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一、土的固体颗粒
．土的颗粒级配
⑴粒组的概念：
⑵确定各粒组相对含量的方法
【校园现场观察土的特点】
【现场提问答疑】
【本次课总结】
1．土是由固体（土粒）、液体（水）和气体（空气）三相所组成；2．粒径级配曲线的特点及用途；
3．常见土的结构及构造形式。
【复习思考】
1．粘土颗粒表面哪一层水膜对土的工程性质影响最大，为什么？2．为什么土的级配曲线用半对数坐标？
【课后作业】
土的三相图只是理想化地把土体中的三相分开，
土体三相所占的比例。
二、物理性质指标
土的物理性质指标中有三个基本指标可直接通过土工试验测定
依上图，将m ＝（1＋ω）G s V s ρω和V ＝（1＋e ）V s 代入V
m =
ρ中可得： 11－）＋（＝
ρ
ρωω
s G e
e 已是“已知”的指标。
根据各间接指标的定义，利用三相简图ρ
G
【现场提问答疑】
【本次课小结】
1．各指标的定义；
2．利用三相图进行指标间的相互换算。
【复习思考】
1．在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定的？用何方法？2．在三相比例指标中，哪些指标的数值可以大于1，哪些不行？
稠度界限——粘性土由某一种状态过渡到另一状态的分界含水量。
塑限——土从塑性状态转变为半固体状态时的分界含水量。
液限——土从液性状态转变为塑性状态时的分界含水量。
【学生讲台解答】
【学生讨论、互评】
【教师点评】
【提问答疑】
【本次课小结】
1．评价无粘性土的密实度有多个指标；
2．对同一种土其塑限和液限是不变的。
3．对土进行分类时，应按有关规范进行分类；4．击实曲线所反映的土的击实特性；
5．控制含水量在工程中的应用。
【复习与思考】
1．判断砂土松密程度有几种方法？
2．地基土分几大类？各类土的划分依据是什么？
3．土的压实性与哪些因素有关？何谓土的最大干密度和最优含水率？4．在实际工程中如何凭经验判断土料是否处于最优含水量附近？
【课后作业】。