第三章_土的物理性质及工程分类
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土力学与地基基础(3、土的物理性质)
土的三相比例指标换算公式（续）
例题：
一块原状土样，经试验测得土的天然密度ρ＝1.67t／m3， 含水量ω＝12.9％，土粒相对密度ds=2.67。求孔隙比e、孔 隙率n和饱和度Ｓr。 （1） e
d s (1 ) w
2.67(1 0.129) 1 1 0.805 1.67
（2）三个基本物理指标
①土的天然密度ρ 定义：土单位体积的质量称为土的密度(单位为g／cm３或 t／m３)，即： m V
测定方法：采用“环刀法”测定。用一个圆环刀(刀刃向 下) 放臵于削平的原状土样面上，垂直边压边削至土样伸出环刀 口为止，削去两端余土，使与环刀口面齐平，称出环刀内土 的质量，求得它与环刀容积之比值即为土的密度。 天然状态下土的密度变化范围很大，一般为ρ＝1.6～ 2.2g／cm3。 规范中一般使用“重度”，单位kN/m3。
IL可以用来表示粘性土
所处的软硬状态；
IL不能反映原状土的结
构状态；
用IL判断扰动土的软硬
状态是合适的。原状
土要比扰动土坚硬。
（3）粘性土的灵敏度和触变性
灵敏度St：用来衡量粘性土结构性对强度的影响的指标。
qu St qu
1.0<St≤2.0 低灵敏 2.0<St≤4.０ 中等灵敏 St>4.0 高灵敏
（2）三个基本物理指标（续）
③土粒相对密度（比重）ds 土的固体颗粒质量与同体积4℃时纯水的质量之比，称 为土粒相对密度(又称为比重)，即：
式中：ρs－土粒密度(g／cm3)； ρw1－纯水在4℃时的密度(单位体积的质量)，等于 lg／cm3或1t／m3。 土粒相对密度可在实验室采用“比重瓶法”测定。土的 比 重值变化不大，其经验值为：砂土2.65～2.69、粉土2.70～ 2.71、粉质粘土2.72～2.73、粘土2.74～2.76；有机质土 2.4～2.5、泥炭土1.5～1.8。(详见教材表2.5)
东大《土的物理性质及工程分类》
土的物理性质及工程分类填空题：答案：1、强度低、压缩性大；2、岩石、固体土颗粒、水；3、2mm、0.075mm；4、水质量、土粒质量；5、塑性指数、液性指数；6、岩石、砂土、粘性土；7、Cd<5、Cd>10；8、土的密度、土的天然含水量、土粒比重、环刀法、烘干法。
1、土（区别于其它工程材料）主要工程特性是____强度低_____、____压缩性大______和渗透性大。
2、土是由____岩石______风化生成的松散沉积物。
它由____固体土颗粒______、___水_______和气体三相组成的。
3、砂土是指粒径大于____2mm______的颗粒不超过总质量50％，而粒径大于__0.075mm________的颗粒超过总质量50％的土。
4、土的含水量为土中的____水质量______与_____土粒质量_____之比。
5、工程上按__塑性指数________的大小对粘性土进行分类，将粘性土分为粘土和粉质粘土两大类。
粘性土的软硬状态由____液性指数______划分，据其将粘性土分为坚硬、硬塑、可塑、流塑五种不同的状态。
6、作为建筑地基的土，可分为____岩石__、碎石土、___砂土__、粉土、___粘性土__和人工填土。
7、工程上常用不均匀系数Cd来反映粒径级配的不均匀程度，把____Cd<5______的土看作级配均匀，把____Cd>10______的土看作级配良好。
8、在土的三相比例指标中，三项基本的试验指标是__土的密度___、__土的天然含水量__和_土粒比重_________，它们分别可以采用____环刀法______、____烘干法______和比重瓶法。
选择题：答案：1、B、D；2、A；3、A；4、A；5、C；6、B；7、A、B、C；8、B、C；9、A；10、A。
1、下列指标可用来评价砂土密实度的是（B、D）。
（A）、含水量（B）、孔隙比（C）、土粒比重（D）、相对密实度2、颗粒级配曲线很陡时说明（A）。
《土力学与地基基础》第3章 土的物理性质和工程分类
以及固、液两相相互作用所表现出来的性质。
土的三相比例指标
土的物理性质 无黏性土的密实度
黏性土的物理状态特征
土的物理性质指标（三相比例指标）
土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，能 直接反映土的状态和物理力学性质，间接反映土的工程 特性。
因此，需要对土的组成情况进行数量上的研究，这
就需要进行土工试验。（课本第40页）
围，形成一层不能自由移动的水。
2、自由水：是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。
它的性质和普通水一样，能传递静水压力。
结合水： （课本第37页）
强结合水：是指紧靠土粒表面的结合水 弱结合水：是指紧靠于强结合水的外围形成的一层结合水
弱结合水 强结合水
土颗粒
结合水使土的颗粒互不 接触，便具有滑移的可能； 同时又使颗粒间具有一定的 联结强度，所以黏性土又具 有黏性和可塑性。
0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
200g
10
5.0 10
2.0 16
1.0 18
0.5 24
0.25 0.1
0.075
22 38
72
土的粒径级配累积曲线
100
P
90 80
%
70
95
60 50
87
40
78
30 20
66
10
55
0
36
粒径(mm)
土的粒径越大，需要土试样越多。
颗粒级配曲线——根据标准筛各筛颗粒重量，计算出各级
工程上，Cu＜5的土为均匀土(级配不良土)； Cu＞10的土为不均匀土(级配良好的土)。
（课本第36页）
曲率系数Cc——描述的是级配曲线的整体形状。
土的特性
第1章土的物理性质及其工程分类§1.1 土的三相组成自然界的土是由岩石经风化、搬运、堆积而形成的。
因此，母岩成分、风化性质、搬运过程和堆积的环境是影响土的组成的主要因素，而土的组成又是决定地基土工程性质的基础。
土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，通常称为土的三相组成，随着三相物质的质量和体积的比例不同，土的性质也就不同。
1.1.1土的固相土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质，称为土粒。
对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。
1. 土的矿物成分土中的矿物成分可以分为原生矿物和次生矿物两大类。
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。
次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物以及碳酸盐等。
次生矿物按其与水的作用可分为易溶的、难溶的和不溶的，次生矿物的水溶性对土的性质有重要影响。
粘土矿物的主要代表性矿物为高岭石、伊利石和蒙脱石，由于其亲水性不同，当其含量不同时土的工程性质就各异。
在以物理风化为主的过程中，岩石破碎而并不改变其成分，岩石中的原生矿物得以保存下来；但在化学风化的过程中，有些矿物分解成为次生的粘土矿物。
粘土矿物是很细小的扁平颗粒，表面具有极强的和水相互作用的能力。
颗粒越细，表面积越大，这种亲水的能力就越强，对土的工程性质的影响也就越大。
在风化过程中，在微生物作用下，土中产生复杂的腐殖质，此外还会有动植物残体等有机物，如泥炭等。
有机颗粒紧紧地吸附在无机矿物颗粒的表面，形成了颗粒间的连接，但是这种连接的稳定性较差。
从外表上看到的土的颜色，在很大程度上反映了土的固相的不同成分和不同含量。
红色、黄色和棕色一般表示土中含有较多的三氧化二铁，并说明氧化程度较高。
黑色表示土中含有较多的有机质或锰的化合物；灰蓝色和灰绿色的土一般含有亚铁化合物，是在缺氧条件下形成的；白色或灰白色则表示土中有机质较少，主要含石英或含高岭石等粘土矿物。
第三章____土的物理性质与工程分类.
3. 4.
1. 无粘性土的密实度
土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据 土颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧 密到松散的不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程 性质有着密切关系
1）相对密实度Dr
砂土在最松 散状态时的 孔隙比
emax e Dr emax emin
砂土在天然状 态下孔隙比
按工程特性分
根据有机质含量分类
特殊性岩土
1.软土 —— 主要由细粒土组成的孔隙比大（一般 大于1),天然含水率高（接近或大于液限），压缩性 高（a>0.5MPa）和强度低的土. ①淤泥 —— 天然含水率大于液限，天然孔隙比 大于或等于1.5。 ②淤泥质土 —— 天然含水率大于液限，天然孔 隙比大于1而小于1.5
d.粘性土的分类
根据堆积时代分
1）老堆积土：第四纪更新世Q3及其以前 2）一般堆积土：全新世堆积 3）新近堆积土：全新世以后 IP>17 粘土；
根据塑性指数Ip分
17≥IP>10粉质粘土； IP≤10粉土或砂类土 湿陷性土 、红粘土 、软土（包括淤 泥和淤泥质土）、 多年冰土、膨胀土 、盐滞土 、混合土 、填土污染土等 无机土 ：Q＜5% 有机质土 ：5%≤Q≤10% 泥炭质土 ：10％＜Q≤60％ 泥炭 ：Q＞60％
块石
卵石 碎石
棱角形为主
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
圆砾
角砾
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
c.砂土的分类 粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒 径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土
土力学地基基础土的物理性质及工程分类
第20页/共64页
3 土中气体
土的固体颗粒之间存在孔隙，没有 被水填充的部分为土的气体组成。土中 气体主要分为两类： （1）自由气体：与大气相通，土层受压 时会逸出，一般对工程无影响。 （2）封闭气泡：与大气隔绝，一般存在 于黏土中，土层受压时，封闭气泡缩小， 卸荷时气泡又膨胀，形成有弹性的“橡 皮土”，使土体压实困难，渗透性降低。
第21页/共64页
第三节 土的物理性质指标
土的三相分布草图：固相集中于下部， 液相居中部，气相集中于上部，以适当比 例画成的一个草图，左侧标出各相的质量， 右侧注明各相的体积。如下图所示：
第22页/共64页
第三节 土的物理性质指标
1 土的三项基本物理性质指标 2 反映土的松密程度的指标 3 反映土中含水程度的指标 4 特定条件下土的密度（重度）
第33页/共64页
4 特定条件下土的密度（重度）
（3）土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ①物理意义
土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ：地下水位以 下，土体单位体积所受的重力，再扣除浮力的 部分。 ②表达式
式中ϒw为水的重度，可取10kN/m3。 ③常见值
ϒ’ =8~13kN/m3。
第34页/共64页
土的物理性质指标汇总
第23页/共64页
1 土的三项基本物理性质指标
（1）土的密度ρ和土的重度ϒ ①物理意义
土的密度ρ：单位体积土的质量，g/cm3。 土的重度ϒ：单位体积土所受的重力，即ϒ = ρg = 9.8ρ ≈ 10 ρ，kN/m3。 ②表达式
③常见值 ρ =1.6~2.2 g/cm3， ϒ=16~22kN/m3。
土的结构一般分为下列三种 ①单粒结构：粗粒土（卵石、砂土等）在沉积 过程中，每个颗粒在自重作用下单独下沉达到 稳定状态。 ②蜂窝结构：土颗粒较细（粒径小于0.02mm） 时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由 于土粒之间的分子引力大于土粒自重，使得下 沉的土粒被吸引而不再下沉。一粒粒依次被吸 引，形成很大孔隙的蜂窝状结构。
3 土中气体
土的固体颗粒之间存在孔隙，没有 被水填充的部分为土的气体组成。土中 气体主要分为两类： （1）自由气体：与大气相通，土层受压 时会逸出，一般对工程无影响。 （2）封闭气泡：与大气隔绝，一般存在 于黏土中，土层受压时，封闭气泡缩小， 卸荷时气泡又膨胀，形成有弹性的“橡 皮土”，使土体压实困难，渗透性降低。
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第三节 土的物理性质指标
土的三相分布草图：固相集中于下部， 液相居中部，气相集中于上部，以适当比 例画成的一个草图，左侧标出各相的质量， 右侧注明各相的体积。如下图所示：
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第三节 土的物理性质指标
1 土的三项基本物理性质指标 2 反映土的松密程度的指标 3 反映土中含水程度的指标 4 特定条件下土的密度（重度）
第33页/共64页
4 特定条件下土的密度（重度）
（3）土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ①物理意义
土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ：地下水位以 下，土体单位体积所受的重力，再扣除浮力的 部分。 ②表达式
式中ϒw为水的重度，可取10kN/m3。 ③常见值
ϒ’ =8~13kN/m3。
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土的物理性质指标汇总
第23页/共64页
1 土的三项基本物理性质指标
（1）土的密度ρ和土的重度ϒ ①物理意义
土的密度ρ：单位体积土的质量，g/cm3。 土的重度ϒ：单位体积土所受的重力，即ϒ = ρg = 9.8ρ ≈ 10 ρ，kN/m3。 ②表达式
③常见值 ρ =1.6~2.2 g/cm3， ϒ=16~22kN/m3。
土的结构一般分为下列三种 ①单粒结构：粗粒土（卵石、砂土等）在沉积 过程中，每个颗粒在自重作用下单独下沉达到 稳定状态。 ②蜂窝结构：土颗粒较细（粒径小于0.02mm） 时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由 于土粒之间的分子引力大于土粒自重，使得下 沉的土粒被吸引而不再下沉。一粒粒依次被吸 引，形成很大孔隙的蜂窝状结构。
工程地质学--第三章 土的物理性质
2015-4-22
中国地质大学工程学院
17
工程地质学概论:第三章 土的物理性质
二、界限含水量——稠度界限
• 土从某种稠度状态转变为另一种状态时的界限含水量 称为稠度界限
0 缩限 塑限 液限
固态 半固态 可塑状态 流动状态
工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp • 液性界限，相当于土从塑性状态转变为液性状态时的 含水量，简称液限 wL • 塑性界限，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时 的含水量，简称塑限 wp 常见值为17~28%
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工程地质学概论:第三章 土的物理性质
2、饱和度
• 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， 它能说明土中空隙被水充满的程度，以百分数表示。 V Sr w 100% Vv • 饱和度值愈大，表明土中空隙中充水愈多。数值变化0~100%，当 土处于干燥状态时，饱和度为0；当土中空隙全被水充填时，饱和 度为100%。 • 干土：Sr=0；饱和土：Sr=100%。 • 在工程实践中，按饱和度的大小将土的饱水程度划分为三种状态： Sr<50%为稍湿的；50%≤Sr≤80% 为很湿的；Sr>80% 为饱和的。
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工程地质学概论:第三章 土的物理性质
第二节 粘性土的稠度与可塑性
土粒与水相互作用所表现出的某些性质，也称为土的水理性质， 如与结合水有关的稠度、塑性、膨胀性、收缩性、崩解性等，与水 的流动有关的透水性、毛细性等性质。 粘性土的稠度与可塑性是土粒与水相互作用后所表现出来的物理 性质。 细粒土和粘性土，因土中水分在量和质方面的变化而明显地表现 出不同的物理状态，具有不同的性质，如随含水率从少到多，土可 由固态、半固态变为可塑态，最终变为流动状态。
土的物理性质和工程分类
砂土
定义：粒径d＞2 mm的颗粒含量不超过全重 50％，且d ＞0.075 mm的颗粒含量超过全重 50％的土
分类依据：粒径级配、各粒组含量
定名
表2.5 砂土的分类
土的名称
粒组含量
砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂
粒径d＞2 mm的颗粒占总质量的25％～50％ 粒径d＞0.5 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.25 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的85％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的50％
碎石土
定义：土的粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重50 ％的土
分类依据：粒组含量和颗粒形状
定名
土的名称 漂石 块石 卵石 碎石 圆砾 角砾
表2.4 碎石土的分类
颗粒形状
粒组含量
圆形及亚圆形为主 粒径d＞200 mm的颗粒含量超过全重的50
棱角形为主
％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞20 mm的颗粒含量超过全重的50％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重的50％
工程性质
密实碎石土：骨架颗粒含量＞70％，交错排列，连 续接触
中密碎石土：骨架颗粒含量＝60％～70％，交错排 列，大部分接触
稍密碎石土：骨架颗粒含量＝55％～60％，排列混 乱，大部分不接触
松散碎石土：骨架颗粒含量＜55％，排列十分混乱， 绝大部分不接触
土的固体颗粒
土粒的矿物成分
原生矿物：单矿物颗粒；多矿物颗粒 次生矿物
蒙脱石 伊利石 高岭石 腐殖质
土的固体颗粒
土颗粒的大小与形状
土颗粒粒组
粒组名称
巨 漂石、块石 粒 组 卵石、碎石
定义：粒径d＞2 mm的颗粒含量不超过全重 50％，且d ＞0.075 mm的颗粒含量超过全重 50％的土
分类依据：粒径级配、各粒组含量
定名
表2.5 砂土的分类
土的名称
粒组含量
砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂
粒径d＞2 mm的颗粒占总质量的25％～50％ 粒径d＞0.5 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.25 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的85％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的50％
碎石土
定义：土的粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重50 ％的土
分类依据：粒组含量和颗粒形状
定名
土的名称 漂石 块石 卵石 碎石 圆砾 角砾
表2.4 碎石土的分类
颗粒形状
粒组含量
圆形及亚圆形为主 粒径d＞200 mm的颗粒含量超过全重的50
棱角形为主
％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞20 mm的颗粒含量超过全重的50％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重的50％
工程性质
密实碎石土：骨架颗粒含量＞70％，交错排列，连 续接触
中密碎石土：骨架颗粒含量＝60％～70％，交错排 列，大部分接触
稍密碎石土：骨架颗粒含量＝55％～60％，排列混 乱，大部分不接触
松散碎石土：骨架颗粒含量＜55％，排列十分混乱， 绝大部分不接触
土的固体颗粒
土粒的矿物成分
原生矿物：单矿物颗粒；多矿物颗粒 次生矿物
蒙脱石 伊利石 高岭石 腐殖质
土的固体颗粒
土颗粒的大小与形状
土颗粒粒组
粒组名称
巨 漂石、块石 粒 组 卵石、碎石
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它是一个重要的物理性能指标，可用来评价天然土层的密实程度。一般 地， e<0.6的土是密实的低压缩性土， e>1.0的土是疏松的高压缩性土。
三相量比例关系的其它常用指标
1.土的孔隙比和孔隙率 孔隙率：土中孔隙体积与土总体积之比，以百分数计。
砂类土：28-35% 粘性土：0-50%,有的可达60-70%
1.土的密度 密度：单位体积土的质量。Mg/m3, g/cm3
m
V
粘性土 =1.8～2.0g/cm3 砂 土 =1.6～2.0g/cm3 腐殖土 =1.5～1.7g/cm3
测定方法：一般用“环刀法” ，用 一个圆环刀（刀刃向下）放在削 平的原状土样面上，徐徐削去环 刀外围的土，边削边压，使保持 天然状态的土样压满环刀内，称 得环刀内土样的质量，求得它与 环刀容积之比值即为其密度。
当研究这些量的相对比例关系时，总是取某一定数量的土体来分析， 例如，取 V = 1cm3 ，或 m =1g，或 Vs = 1cm3 等，因此又可以消去一个 未知量。这样，对于一定数量的三相土体，只要知道其中三个独立的量， 其他各个量就可从图中直接换算得到。
三相草图是土力学中用以计算三相量比例关系的一种简单而又很实 用的工具。
3 土的饱和密度和干密度
饱和密度:土中孔隙被水充满时土的密度，Mg/m3, g/cm3
sat
ms
VV w
V
干密度：单位土体积中土粒的质量 ， Mg/m3, g/cm3
d
ms V
密度与重度
重度＝密度×g
g sat sat g d d g
天然重度
饱和重度
干重度
对于地下水位以下的土体，由于受到水的浮力作用，将扣除水浮 力后单位体积土所受的重力称为土的有效重度(土浸泡在水中受到浮力
重度干重度dFra bibliotekdms V
sat
ms
Vs w V
ms Vs w V
mg g V
d
ms V
g
d
g
ms Vs w
常用换算公式
ds
Sre w
单位
常见的数值范围
粘性土：2.72~2.76 粉 土：2.70~2.71 砂类土：2.65~2.69
w
Sre ds
；w
d
1
d (1 w)
ds (1 w) 1 e
土中的土粒、水和气三部分的质量(或重力)与体积之间的比例关系， 随着各种条件的变化而改变。
土粒一般由矿物质组成，构成土的固体部分。土粒构成土的骨架。 土骨架间布满相互贯通的孔隙。这些孔隙有时完全被水充满，称为饱和 土；有时一部分孔隙被水占据，另一部分被气体占据，称为非饱和土； 孔隙完全充满气体时，则称为。水和溶解于水的物质构成土的液体部分。 空气和其他一些气体构成土的气体部分。
w
d
(1 w)
d
ds 1 e
w
sat
ds e 1 e
w
sat w
ds 1 1 e
w
d
s (1 w) 1 e
w
d
ds 1 e
w
ds e
g/cm3
g/cm3 g/cm3 g/cm3 kN/m3 kN/m3
3
20%~60% 1.6~2.0g/cm3
1.3~1.8g/cm3 1.8~2.3g/cm3 0.8~1.3g/cm3 16~20kN/m3 13~18kN/m3
3
三相指标换算
n Vv 100% V
n e 100% 1 e
e n 1 n
2 土的饱和度 饱和度：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。
Sr
Vw Vv
100%
砂土湿度状态的划分
砂土湿度状态 饱和度 Sr（%）
稍湿 Sr≤50
很湿 50<Sr≤80
饱和 Sr>80
砂土根据饱和土Sr的指标值分为稍湿、很湿和饱和三种湿度状态。显然， 干土的饱和度Sr =0，而完全饱和土的饱和度Sr =100%。
土样
铝盒
烘箱
电子天平
基本指标
在测定土的密度、土粒比重和土的含水量这三个基本指标后，就 可以根据三相草图计算出三相组成各自在体积上与质量上的含量。
土的密度
土粒比重 ds 土的含水量 w
三相量比例关系的其它常用指标
1.土的孔隙比和孔隙率 孔隙比:土中孔隙体积与土粒体积之比，以小数记。
e Vv Vs
这三种组成部分本身的性质以及它们之间的比例关系和相互作用， 决定土的物理力学性质。因此，研究土的性质，必须研究土的固体、液 体和气体的三相组成。
一.土的三相草图
土的三相比例指标
在上述变量中ma = 0，独立的量有 Vs、Vw、 Va、 mw和 ms五个。 1 cm3 水的质量通常等于 1g ，故在数值上 Vw = mw。
w mw 100% m ms 100%
ms
ms
含水量w是标志土的湿度的一个重要物理指标。天然土层的含水量变 化范围很大，它与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。 一般说来，对同一类土，当其含水量增大时，则其强度就降低。
测定方法：土的含水量一般用“烘干法”测定。先称小块原状土样的 湿土质量m，然后置于烘箱内维持100～105℃烘至恒重，再称干土 质量ms，水的质量mw为湿土和干土质量之差。
2.土的重度 重度:单位体积土的重量，是重力的函数。kN/m3
G mg g
VV
G为土的重量，g为重力加速度，工程上为了计算方便，取g=10m/s2。
3 土粒相对密度（比重） 相对密度:土粒密度（单位体积土粒的质量）与4℃时纯水密度之比。
ds
ms V
1
w1
s / w1
w1为4℃时纯水的密度， w1=1g/cm3;s为土粒的密度，即单位体积土粒的 质量。故实用上，土粒相对密度在数值上等于土粒的密度。
土的名称 土粒相对密度
土粒相对密度参考值
砂土
粉土
粘性土
粉质粘土
粘土
2.65～2.69 2.70～2.71 2.72～2.73
2.74～2.76
测定方法：土粒相对密度或比重可在试验室内用比重瓶法测定。 由于土粒相对密度变化不大,通常可按经验数值选用。
4 土的含水量 含水量：土中水的质量与土粒质量之比，用w表示，以百分数计。
时的重度），以 ′表示，当认为水下土是饱和时，它在数值上等于饱 和重度sat。
有效重度
ms g
Vs w
V
sat
w
sat d
三相指标换算
名 称 符号
土粒比重 d s
含水量
w
密度
三相比例表达式
ds
ms Vs wl
w mw 100 % ms
m V
干密度
d
饱和密度 sat
有效密度
三相量比例关系的其它常用指标
1.土的孔隙比和孔隙率 孔隙率：土中孔隙体积与土总体积之比，以百分数计。
砂类土：28-35% 粘性土：0-50%,有的可达60-70%
1.土的密度 密度：单位体积土的质量。Mg/m3, g/cm3
m
V
粘性土 =1.8～2.0g/cm3 砂 土 =1.6～2.0g/cm3 腐殖土 =1.5～1.7g/cm3
测定方法：一般用“环刀法” ，用 一个圆环刀（刀刃向下）放在削 平的原状土样面上，徐徐削去环 刀外围的土，边削边压，使保持 天然状态的土样压满环刀内，称 得环刀内土样的质量，求得它与 环刀容积之比值即为其密度。
当研究这些量的相对比例关系时，总是取某一定数量的土体来分析， 例如，取 V = 1cm3 ，或 m =1g，或 Vs = 1cm3 等，因此又可以消去一个 未知量。这样，对于一定数量的三相土体，只要知道其中三个独立的量， 其他各个量就可从图中直接换算得到。
三相草图是土力学中用以计算三相量比例关系的一种简单而又很实 用的工具。
3 土的饱和密度和干密度
饱和密度:土中孔隙被水充满时土的密度，Mg/m3, g/cm3
sat
ms
VV w
V
干密度：单位土体积中土粒的质量 ， Mg/m3, g/cm3
d
ms V
密度与重度
重度＝密度×g
g sat sat g d d g
天然重度
饱和重度
干重度
对于地下水位以下的土体，由于受到水的浮力作用，将扣除水浮 力后单位体积土所受的重力称为土的有效重度(土浸泡在水中受到浮力
重度干重度dFra bibliotekdms V
sat
ms
Vs w V
ms Vs w V
mg g V
d
ms V
g
d
g
ms Vs w
常用换算公式
ds
Sre w
单位
常见的数值范围
粘性土：2.72~2.76 粉 土：2.70~2.71 砂类土：2.65~2.69
w
Sre ds
；w
d
1
d (1 w)
ds (1 w) 1 e
土中的土粒、水和气三部分的质量(或重力)与体积之间的比例关系， 随着各种条件的变化而改变。
土粒一般由矿物质组成，构成土的固体部分。土粒构成土的骨架。 土骨架间布满相互贯通的孔隙。这些孔隙有时完全被水充满，称为饱和 土；有时一部分孔隙被水占据，另一部分被气体占据，称为非饱和土； 孔隙完全充满气体时，则称为。水和溶解于水的物质构成土的液体部分。 空气和其他一些气体构成土的气体部分。
w
d
(1 w)
d
ds 1 e
w
sat
ds e 1 e
w
sat w
ds 1 1 e
w
d
s (1 w) 1 e
w
d
ds 1 e
w
ds e
g/cm3
g/cm3 g/cm3 g/cm3 kN/m3 kN/m3
3
20%~60% 1.6~2.0g/cm3
1.3~1.8g/cm3 1.8~2.3g/cm3 0.8~1.3g/cm3 16~20kN/m3 13~18kN/m3
3
三相指标换算
n Vv 100% V
n e 100% 1 e
e n 1 n
2 土的饱和度 饱和度：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。
Sr
Vw Vv
100%
砂土湿度状态的划分
砂土湿度状态 饱和度 Sr（%）
稍湿 Sr≤50
很湿 50<Sr≤80
饱和 Sr>80
砂土根据饱和土Sr的指标值分为稍湿、很湿和饱和三种湿度状态。显然， 干土的饱和度Sr =0，而完全饱和土的饱和度Sr =100%。
土样
铝盒
烘箱
电子天平
基本指标
在测定土的密度、土粒比重和土的含水量这三个基本指标后，就 可以根据三相草图计算出三相组成各自在体积上与质量上的含量。
土的密度
土粒比重 ds 土的含水量 w
三相量比例关系的其它常用指标
1.土的孔隙比和孔隙率 孔隙比:土中孔隙体积与土粒体积之比，以小数记。
e Vv Vs
这三种组成部分本身的性质以及它们之间的比例关系和相互作用， 决定土的物理力学性质。因此，研究土的性质，必须研究土的固体、液 体和气体的三相组成。
一.土的三相草图
土的三相比例指标
在上述变量中ma = 0，独立的量有 Vs、Vw、 Va、 mw和 ms五个。 1 cm3 水的质量通常等于 1g ，故在数值上 Vw = mw。
w mw 100% m ms 100%
ms
ms
含水量w是标志土的湿度的一个重要物理指标。天然土层的含水量变 化范围很大，它与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。 一般说来，对同一类土，当其含水量增大时，则其强度就降低。
测定方法：土的含水量一般用“烘干法”测定。先称小块原状土样的 湿土质量m，然后置于烘箱内维持100～105℃烘至恒重，再称干土 质量ms，水的质量mw为湿土和干土质量之差。
2.土的重度 重度:单位体积土的重量，是重力的函数。kN/m3
G mg g
VV
G为土的重量，g为重力加速度，工程上为了计算方便，取g=10m/s2。
3 土粒相对密度（比重） 相对密度:土粒密度（单位体积土粒的质量）与4℃时纯水密度之比。
ds
ms V
1
w1
s / w1
w1为4℃时纯水的密度， w1=1g/cm3;s为土粒的密度，即单位体积土粒的 质量。故实用上，土粒相对密度在数值上等于土粒的密度。
土的名称 土粒相对密度
土粒相对密度参考值
砂土
粉土
粘性土
粉质粘土
粘土
2.65～2.69 2.70～2.71 2.72～2.73
2.74～2.76
测定方法：土粒相对密度或比重可在试验室内用比重瓶法测定。 由于土粒相对密度变化不大,通常可按经验数值选用。
4 土的含水量 含水量：土中水的质量与土粒质量之比，用w表示，以百分数计。
时的重度），以 ′表示，当认为水下土是饱和时，它在数值上等于饱 和重度sat。
有效重度
ms g
Vs w
V
sat
w
sat d
三相指标换算
名 称 符号
土粒比重 d s
含水量
w
密度
三相比例表达式
ds
ms Vs wl
w mw 100 % ms
m V
干密度
d
饱和密度 sat
有效密度