土的基本物理性质
土质土力学03土的物理性质
环刀
3 土的物理性质
（3）饱和密度(重度)
sat
m Vv w s V
ma(0) mw m ms
sat sat g
A w W S
体积
Va Vw
Vv
V
Vs
volume
质量 mass
3 土的物理性质
（4）干密度（重度）
ms V
ma(0) mw m ms
d
A a W S
d sat
当土在天然状态下为干燥时，测得的密
度为干密度，饱和时（土处于地下水位 面附近及以下）为饱和密度。
3 土的物理性质
(6) 土的有效重度（浮重度） 当土浸没在水中时，其颗粒会受到浮力的作用，土体所受的 重力应扣除浮力。计算地下水位以下土层的自重应力时应当 考虑浮力的影响，此时采用有效重度计算。 有效重度是扣除浮力以后的颗粒所受重力与土的总体积之比， 用’表示，有效重度又称为浮重度（浮容重）。有效重度 除于重力加速度称为土的有效密度（浮密度），用’表示。 计算式为： m s g Vs w ' sat w V ms Vs w ' sat w sat 1
V
土的有效重度的影响因素与土的密度相同。
3 土的物理性质
2．土的含水性 土的含水性是指土的含水情况，说 明土的干湿程度。 可用土中含水的质量来表示，也可 用水充填孔隙的程度表示。
3 土的物理性质
(1) 土的天然含 水量（含水率）
ma(0) mw
mw 100% ms
用百分数表示 实测指标（烘干 法）
3 土的物理性质
土的工程性质主要指土的物理性质
土的基本物理性质指标
土的基本物理性质指标土壤是地壳的重要组成部分，具有一系列基本的物理性质指标。
这些性质指标包括土壤颗粒组成、孔隙度、比表面积、容重、水分特性曲线、渗透性和热传导等。
这些性质指标对土壤的肥力、水分管理、生态环境等方面都有重要影响。
以下将详细介绍土壤的基本物理性质指标。
1.颗粒组成土壤由不同大小的颗粒组成，主要有砂粒、粉粒和黏粒三种。
其中，砂粒是直径大于0.02 mm的颗粒，粉粒是直径在0.002-0.02 mm之间的颗粒，黏粒是直径小于0.002 mm的颗粒。
颗粒组成对土壤的质地和通气性有重要影响。
2.孔隙度孔隙度是指土壤中孔隙容积与总体积之比，它决定了土壤的保水性和透气性。
孔隙度的大小与土壤的颗粒组成、压实度等因素有关。
3.比表面积比表面积是指单位质量土壤的表面积。
比表面积越大，表示土壤颗粒的细小程度越高，对水分和养分的吸附能力也越强。
4.容重容重是指土壤单位体积的质量。
容重的大小与土壤的颗粒组成、孔隙度等因素有关。
容重较大则表示土壤的压实度高，根系伸展和水分渗透受到限制。
5.水分特性曲线水分特性曲线描述了土壤中水分随土壤水势的变化关系。
这个曲线反映了土壤的持水能力、排水性能和水分利用能力。
6.渗透性渗透性是指土壤中水分通过土壤的能力，它受到土壤的孔隙度、颗粒组成和压实度等因素的影响。
渗透性的好坏对土壤的排水、保水和根系生长都有重要影响。
7.热传导热传导是指土壤中热量传导的能力，它影响了土壤的热环境和植物生长。
土壤的热传导能力取决于土壤的颗粒组成、含水量和密实度等因素。
在土壤的物理性质中，各项指标相互关联、相互作用。
例如，孔隙度和颗粒组成决定了土壤的通气性和保水性，而渗透性和容重指标影响了土壤的水分利用能力。
这些物理性质指标的变化都会对土壤的可利用性、水分管理和植物生长产生重要影响。
总之，了解土壤的基本物理性质指标对于科学合理地利用土地、提高农作物产量、保护生态环境等方面具有重要意义。
市政科普1——土的物理性质
sat ms w Vv V
质量
体积
sat sat g
sat w
§1 土的物性与分类
天然密度 干密度 饱和密度
§1.4 土的物理状态 一. 物理性质指标
Air
各种密度重度之间的大小关系：
m V sat ms d V ms w Vv sat V
粗 中
20 5
砂粒
细 粗 中 细 极细
粉粒 粘粒 胶粒 mm 0.05 0.005 0.002
2
0.5 0.25
1. 表 格 法 表 示 的 粒 组 划 分
粒组名称
漂石、块石颗粒 卵石、碎石颗粒 粗 圆砾、角砾 颗粒 中 细 粗 砂粒
粒径范围／ mm
>200 200～20 20～10 10～5 5 ～2 2～0.5
土的含水率
§1.4 土的物理状态 一. 物理性质指标
定义: 土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示 表达式:
m m ms w(%) w ms ms
ma=0
Air Water Soil
Va Vw
m
mw ms
Vv V
Vs
质量
体积
注意: 其实是含水比, 可达到或超过100％
§1 土的物性与分类
§1.4 土的物理状态 一. 物理性质指标
Air
表示土中密度和重度的指标
ms m w m V Vs Vw Va
单位: kg/m3 或 g/cm3 m
ma=0 mw ms
Va
g 单位: kN/m3
Water
Soil
Vw
Vs
Vv V
土的基本性质
施工技术
(一)土的组成 土由土颗粒（固相）、 水（液相）和空气 （气相）三部分组成，
可用三相图表示。
（二）土的物理性质
1．土的可松性与可松性系数
施工技术
天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯 实，仍不能完全恢复原来，这种现象称为土的可松性。 土的可松性用可松性系数表示，即： KS 式中
施工技术
在5％～30％之间，为潮湿土
＞30％为湿土
在一定含水量的条件下，用同样的机具，可使 回填土达到最大的干密度，此含水量称为最佳 含水量。
砂土为 8％～12％ 粉土为 9％～15％
粉质粘土 12％～15％ 粘土为 19％～23％
施工技术 3．土的天然密度（ρ）和干密度(ｐd)土在天然状态下 单位体积的质量，叫土的天然密度。用: ρ＝ 表示
ms
ms—土中固体颗粒经温度为105℃后的质量
土的含水量测定方法： 把土样称量后放入烘箱内进行烘干（100～ 105°C），直至重量不在减少为止，称量。第一次 称量为含水状态土的质量M，第二次称量为烘干后 土的质量mS，利用公式 可计算出土的含水量。
一般土的干湿程度用含水量表示：
含水量＜5％，为干土
用百分数表示：n=Vv/V×100% 5．土的渗透系数 土的透水系数是表示单位时间内水穿透土层的能力。 以m/d表示。它影响施工降水与排水的速度。土的 渗透系数 见表
土的实际干密度可用“环刀法”测定。先用环刀取样， 测出土的天然密度（p），并烘干后测出含水量（ω）
4.土的空隙比和空隙率:
施工技术
土的空隙比和空隙率反映了土的密实程度.空隙比 和空隙率越小土越密实。 空隙比e是土的空隙体积Vv与固体体积Vs的比值.用 下式表示:e=Vv/Vs
土的三项基本物理性质指标
土的三项基本物理性质指标土的物理力学基本指标知识点主要分为：质量密度；孔隙比；孔隙率；含水量；饱和度；界限含水量；液限；塑限；塑性指数；液性指数；渗透系数；内摩擦角与黏(内)聚力等。
土的物理力学基本指标土的三相(固体颗粒、水和气)组成特性，构成了其许多物理力学特性。
相同成分和结构的土中，土的三相之间具备相同的比例。
土的三相共同组成的重量和体积之间的比例关系相同，则土的重量性质(重、轻情况)、不含水性(含水程度)和孔隙性(规整程度)等基本物理性质各不相同，并随着各种条件的变化而发生改变。
比如对同一成分和结构的土，地下水位的增高或减少，都将发生改变土中水的含量;经过压实,其孔隙体积将增大。
这些情况都可以通过适当指标的具体内容数字充分反映出。
土的物理力学基本指标主要有: ①质量密度；②孔隙比；③孔隙率；④含水量；⑤饱和度；⑥界限含水量:黏性土由一种物理状态向另一种物理状态转变的界限状态所对应的含水量；⑦液限:土由流动状态转入可塑状态的界限含水量，是土的塑性上限，称为液性界限，简称液限；⑧塑限:土由可塑状态转为半固体状态时的界限含水量为塑性下限，称为塑性界限，简称塑限；⑨塑性指数:土的液限与塑限之差值；⑩液性指数:土的天然含水量与塑限差值与塑性指数之比值；⑾渗透系数:土被水透过称为土的渗透性，水在土孔隙中流动则为渗流。
在一定水力梯度下，渗流速度反映土的渗透性强弱，渗透系数是渗流速度与水力梯度成正比的比例系数；⑿内摩擦角与黏(内)聚力:土的抗剪强度由滑动面上土的黏聚力(阻挡剪切)和土的内摩阻力两部分组成，摩阻力又与法向应力成正比，其中内摩擦角反映了土的摩阻性质。
因而内摩擦角与黏聚力是土抗剪强度的两个力学指标。
土的工程性质_4章_土的物理性质
评价：（1）优点：理论上完善； ：（1 优点：理论上完善； 评价：（ 缺点：实际上难以操作。 （2）缺点：实际上难以操作。
3．影响孔隙性的因素 ． 不同类型的土，由于其粒度成分、矿物成分、结构排列、土层埋 藏条件及沉积历史的不同，孔隙性有显著差异。 粗粒土颗粒较粗大，颗粒间孔隙较大，孔隙的体积受颗粒的组 成(颗粒的大小和均一程度)、颗粒的形状及排列待征的影响。 不均较土，由于部分孔隙被细小颗粒充填，所以孔隙比均粒土 小，孔隙体积也小于均粒土；土的矿物成分决定土的形状和光 滑程度，从而影响土的孔隙性。 应该指出，土中颗粒间不仅存在孔隙，而且还发育着各种不同 的裂隙，土中的裂隙大部分是次生的，最常见的裂隙，如胀缩 裂隙、卸荷裂隙、土体变形(如滑坡)裂隙、黄土中的垂直裂隙 以及致密粘土中的网纹裂隙等。实际上，裂隙和孔隙往往是同 时存在的，可以将裂隙看作是线性孔隙。裂隙的存在使土产生 各向异性，裂隙往往是控制土体工程性质(如渗透性、热学性、 抗剪性等)的决定因素。
4.0 概述
土的物理性质实际是研究土中三相物质在质量 与体积间的相互比例关系，以及固、 与体积间的相互比例关系，以及固、液两相相 互作用所表现出来的性质. 互作用所表现出来的性质. 前者称为土的基本物理性质 前者称为土的基本物理性质，主要研究土 土的基本物理性质， 的密实程度及土的干湿状况； 的密实程度及土的干湿状况； 后者反映固、液两相的相互作用， 后者反映固、液两相的相互作用，亦称为 土的水理性质，主要研究土的稠度与塑性、 土的水理性质，主要研究土的稠度与塑性、 土的膨胀性与收缩性、 土的膨胀性与收缩性、土的透水性和毛细 性等。 性等。
土壤的物理化学性质
土壤的物理化学性质壤是发育于地球陆地表面具有生物活性和孔隙结构的介质，是地球陆地表面的脆弱薄层土壤是各种陆地地形条件下的岩石风化物经过生物、气候诸自然要素的综合作用以及人类生产活动的影响而发生发展起来的。
接下来店铺为你整理了土壤的物理化学性质，一起来看看吧。
土壤的物理性质(1)土壤质地和结构土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，其中固体颗粒是组成土壤的物质基础，约占土壤总重量的85%以上。
根据固体颗粒的大小，可以把土粒分为以下几级：粗砂(直径2.0~0.2mm)、细砂(0.2~0.02mm)、粉砂(0.02~0.002mm)和粘粒(0.002mm以下)。
这些大小不同的固体颗粒的组合百分比称为土壤质地。
土壤质地可分为砂土、壤土和粘土三大类。
砂土类土壤以粗砂和细砂为主、粉砂和粘粒比重小，土壤粘性小、孔隙多，通气透水性强，蓄水和保肥性能差，易干旱。
粘土类土壤以粉砂和粘粒为主，质地粘重，结构致密，保水保肥能力强，但孔隙小，通气透水性能差，湿时粘、干时硬。
壤土类土壤质地比较均匀，其中砂粒、粉砂和粘粒所占比重大致相等，既不松又不粘，通气透水性能好，并具一定的保水保肥能力，是比较理想的农作土壤。
土壤结构是指固体颗粒的排列方式、孔隙和团聚体的数量、大小及其稳定度。
它可分为微团粒结构(直径小于0.25mm)、团粒结构(0.25~10mm)和比团粒结构更大的各种结构。
团粒结构是土壤中的腐殖质把矿质土粒粘结成0.25~10mm直径的小团块，具有泡水不散的水稳性特点。
具有团粒结构的土壤是结构良好的土壤，它能协调土壤中水分、空气和营养物质之间的关系，统一保肥和供肥的矛盾，有利于根系活动及吸取水分和养分，为植物的生长发育提供良好的条件。
无结构或结构不良的土壤，土体坚实，通气透水性差，土壤中微生物和动物的活动受抑制，土壤肥力差，不利于植物根系扎根和生长。
土壤质地和结构与土壤的水分、空气和温度状况有密切的关系。
(2)土壤水分土壤水分能直接被植物根系所吸收。
土料物理特性—土的物理性质
引申：
❖ 土的干重度（rd）：土单位体积中土固体颗粒的重量。
❖ 土的饱和重度（rsat）：土中孔隙完全被水充满时土的重度。
❖ 土的有效重度(浮重度)（r′）：在地下水位以下的土受到水的浮力作用，扣除浮力 后的情况，即：单位体积土粒的重量与同体积水的重量之差。
9.2推导指标
密度与重度是一一对应的。 重度r = 密度ρ x 重力加速度g
sat
ms mv V
ms
wVv
V
❖ 单位：g/cm3 ❖ 土的饱和密度一般为：1.8～2.3g/cm3。
9.2推导指标
❖ 6、土的有效密度(浮密度)（ρ′）：在地下水位以下的土受到水的浮力作用，扣除 浮力后的情况，即：单位体积土粒的质量与同体积水的质量之差。
❖ 单位：g/cm3
' ms wVs
9.1基本指标
❖ 土的物理性质：是土的三相的质量与体积间的相互比例关系，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
9.1基本指标
❖ 土的三项比例指标：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。
9.1基本指标
❖ 土的重力密度（r）：简称土的重度，为土的总重量与总体积之比。
mg g
V
❖ 单位：g/cm3单位：kN/m3 ❖ 砂土16～20kN/m3，粉土、黏性土18～20kN/m3 ❖ 不需测量，直接用密度进行换算。
重度r = 密度ρ x 重力加速度g
9.1基本指标
❖ 土的含水率（w）：也称为土的含水量。为土中水的质量与土粒质量之比。
重量之比。
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注意: 其实是含水比, 可达到或超过100％
土的孔隙性
孔隙是土的重要结构特征之一。主要是指土 孔隙的大小、形状、分布特征、连通情况及 总体积等。
按成因和存在的部位，分为： 按 颗大 粒小 间可的分孔为隙： 粗 颗大 粒孔 内隙的孔(直隙径>1mm) 细 集小 粒孔 内隙的孔(直隙径l～0.0lmm) 细 集微 粒孔 间隙的孔(直隙径10～0.1μm) 超 颗微 粒孔 ～隙集粒(孔间径的<大0.孔1μ隙m)。
②土粒密度:
ma=0
msm mw s Vs
（g/cm3）
ms
Air Water
Soil
Va
Vv
Vw
V
Vs
质量
体积
土粒密土度粒是密指度土颗仅粒与质组量成m土s，粒与的其体矿积物V密s之度比有，关即 ， 土是粒土单中位各体种积矿的质物量密。度的加权平均值。因大多数
造岩矿物的密度相差不大。
土中主要矿物成分的密度值
砂类土：28～35% 粘性土：30～50%
体积
用百分数表示
有的可达60～70%
❖表示土中孔隙含量的指标：
孔隙比
e Vv Vs
在某种程度上反映 土的松密
孔隙率 (孔隙度)
n(%) Vv
V
n e e n 1e 1n
Air Water
Vv=e V=1+e
Soil Vs=1
体积
❖表示土中含水程度的指标
含水量
w(%) mw
ma=0
ms m
mw
Air Water
Va
Vv
Vw
V
饱和含水率：
ms
Soil
Vs
饱s和at含水率V反vm映s了w土质中量孔1隙00充%满液态水时的含水特体征，积也
反映了孔隙体积的多少。粘性土饱水时体积将膨胀，孔隙体积 随之改变，水的质量也相应改变，故粘性土饱和含水率不能实 测，可通过其它指标计算得到；而无粘性土可以用灌水饱和的 方法测定。
2.30～4.00
2.70～5.30
砾石、砂土为2.65～ 2.68 ；粉土为2.62～ 2.68 ；
粉质粘土为2.68～2.72；粘土为2.70～2.76。
土粒比重
土粒的密度与4˚C时纯蒸 馏水的密度的比值。
Gs
s 4C
w
4C w
单位: 无量纲
：4˚C时纯蒸馏水的密度 4wC =1.0g/cm3
矿物名称
密度 (g/cm3)
石 英 2.65～2.66
正长石 2.50～2.60
斜长石 2.71～2.76
黑云母 2.70～3.00
白云母 2.76～3.10
角闪石 2.90～3.40
经辉验石值为3：.20～3.60
矿物名称
橄榄石 方解石 白云石 滑石 石膏
褐铁矿
绿泥石
密度 (g/cm3)
3.30～4.40
❖表示土中含水程度的指标
饱和度
ma=0
Air
Va
在S r工程实VV践wv 中m，
mw
按饱
和度
Water
的大小将土
Vv Vw
的饱水
V
程度划为如下三种状ms态： Soil
Vs
Sr<50％为稍湿的；质量 Sr＝50％～80％为很湿的；
体积
S饱是体r>和土 积80度中 的％，水 比为主的值饱要体和用积的来与。评孔价隙砂土的SS饱rr==01水程:: 干饱度土和。土
s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量
土粒比重一般范围: 粘性土 2.70～2.75 砂 土 2.65 ～2.80
比重瓶法
土粒比重在数值上等于土粒的密度
③土的含水量（率）
ma=0
w(%)
mw
m
m
s
mw
m ms
ms
ms
质量
Air Water
Soil
Va
Vv
Vw
V
Vs
体积
是 土中水的质量与土粒质量之比, 百分数表示
ma=0 mw
m
ms
Air Water
Soil
质量
m ms m ma
Va Vw Vv V
ma
0, m V
V Vs Va V
Vs
Vv Va V
体积
物性指标是比例关系:
可假设任一参数为1
其它指标
实验室测定
剩下三个独立变量
对于饱和土, Va=0 剩下两个独立变量
2.室内测定的三个物理性质指标
①土的密度 ②土粒的比重 ③土的含水量
①土体的(天然)密度：
是土单位体 ma=0
积的质量
m
mw
Air Water
Va
Vv
Vw
V
ms
Soil
Vs
m m质s 量mw
体积
V Vs Vw Va 环刀法或蜡封法
常见值在1.6～2.29 g／cm3，泥炭沼泽土仅 为1.4～1.6 g／cm3或更小。
2.60～2.80
2.80～2.95
2.70
2.20～2.40 3.60.～ 4.00
2.65～3.70
矿物名称
高岭石 水云母 蒙脱石 腐殖质 次生SiO2 次生AI2O3 次生Fe2O3
密度 (g/cm3)
2.60～2.68 2.64～2.68 2.20～2.70 1.25～1.40 2.27～2.64
力学特 性
特点: 指标概念简单，数量很多 要点：名称、概念或定义、符号、表达式、
单位或量纲、常见值或范围、联系与区别
基本方法: 三相草图法
三
ma=0
相
草
m
mw
图
ms
Air Water
Soil
Va
Vv
Vw
V
Vs
质量
体积
共有九个参数: V Vv Vs Va Vω ms m ω ma m
三相草图
已知关系五个:
❖表示土中密度和容重的指标
天然密度 干密度
mma=0 m s mAwir
V Vs Vw Va
m
d
mw
ms ms V
Water Soil
Va
Vv
Vw
V
Vs
饱和密度
sat
m 质 量
s
wVv
V
体积
是土被完全烘干时的密度, 等于单位体积
内土粒的质量
❖表示土中密度和容重的指标
g 天然
密度
土的物理性质是指三相的质量与体积之间 的相互比例关系及固、液二相相互作用表 现出来的性质。
前者称为土的基本物理性质，主要研究土 的密实程度和干湿状况；
后者主要研究粘性土的可塑性、胀缩性及 透水性等。
一、土的基本物理性质
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 细粒土的稠度状态
❖表示土中孔隙含m量a=0的指标： Air
孔隙比 m mw
Water
Va
Vv
Vw
V
e Vv
ms
Soil
Vs
Vs 质量
体积
是土中孔隙体积与固体颗粒体积之比, 无量纲
❖表示土中孔隙含量的指标
孔隙率 (孔隙度)
ma=0
m
mw
n(%) Vv V
ms
Air Water
Soil
Va
Vv
Vw
V
Vs
质量 是土中孔隙体积 与总体积之比,
m ms mw
V Vs Vw Va
天然容重
kN/m3
干密度
dБайду номын сангаас
ms V
d d g 干容重
饱和密度
sat
ms
wVv
V
sat sat g 饱和容重