土的物理状态指标
土的三项基本物理指标
土的三项基本物理指标土是我们日常生活和工程建设中经常接触到的一种物质。
要了解土的性质，就需要关注一些重要的物理指标。
其中，土的三项基本物理指标分别是土的密度、土的含水率和土的孔隙比。
首先来说说土的密度。
土的密度简单来讲，就是单位体积土的质量。
它反映了土的密实程度。
密度越大，说明土颗粒之间排列得越紧密；密度越小，则土颗粒之间的空隙相对较大。
在实际工程中，土的密度对于计算地基承载力、判断填土的压实程度等都具有重要意义。
比如说，在修建道路时，如果填土的密度不够，就容易出现下沉、塌陷等问题。
土的密度又分为天然密度、干密度和饱和密度。
天然密度就是土在天然状态下单位体积的质量。
干密度则是把土中的水分全部去除后，单位体积土的质量。
饱和密度是指土在饱和状态下单位体积的质量。
测定土的密度，常用的方法有环刀法、灌砂法和灌水法等。
环刀法适用于细粒土，操作相对简单。
灌砂法和灌水法适用于测定粗粒土和巨粒土的密度。
接下来谈谈土的含水率。
土的含水率指的是土中水的质量与土粒质量之比，用百分数表示。
含水率的大小直接影响着土的物理力学性质。
比如，含水率高的土，其强度往往较低，压缩性较大。
在工程中，准确测定土的含水率对于判断土的状态（如坚硬、可塑、流塑等）以及计算土的干密度等都非常重要。
常见的测定土含水率的方法有烘干法、酒精燃烧法等。
烘干法是测定含水率的标准方法，但需要较长的时间。
酒精燃烧法速度较快，但精度相对较低，适用于现场快速测定。
最后说说土的孔隙比。
孔隙比是指土中孔隙体积与土粒体积之比。
它反映了土中孔隙的大小和数量。
孔隙比越大，说明土中的孔隙越多，土越疏松；孔隙比越小，土越密实。
孔隙比在评价土的压缩性和渗透性方面有着重要的作用。
压缩性高的土，孔隙比较大；渗透性好的土，孔隙比通常也相对较大。
要确定土的孔隙比，需要先测定土的密度、含水率等指标，然后通过计算得出。
总的来说，土的密度、含水率和孔隙比这三项基本物理指标，是我们认识和研究土的性质的重要依据。
土的基本物理指标 几个基本概念
土的基本物理指标，密度、干密度、饱和度、重度、孔隙比
5、土的密度：单位体积土的质量称为土的质量密度，简称土的密度。
6、土的重力密度：单位体积土所受的重力称土的重力密度，简称土的重度。
7、土粒相对密度（比重）：土粒密度（单位体积土粒的质量）与4°C 时纯水密度rw1之比，称为土粒相对密度，或称土粒比重。
8、土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比（用百分数表示）称为土的含水量。
含水量的数值和土中水的重力与土粒重力之比（用百分比表示）相同。
9、土的干密度：单位体积土中土粒的质量称为土的干密度。
工程上常以土的干密度来评价土的密实程度，并常用这一指标控制填土的施工质量。
10、土的饱和重度：土中孔隙完全被水充满时土的重度称为饱和重度。
11、土的干重度：土的单位体积内土粒所受的重力为土的干重度。
12、土的有效重度：地下水位以下的土受到水的浮力作用，扣除水浮力后单位体积土所受的重力称为土的有效重度，又称浮重度。
13、土的孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比称为土的孔隙比。
14、土的孔隙率：土中孔隙体积与总体积之比（用百分数表示）称为土的孔隙率。
15、土的饱和度：土中水的体积与孔隙体积之比（用百分数表示）称为土的饱和度。
习惯上根据饱和度Sr的数值，把细砂、粉砂等土分为稍湿（Sr≤50）、很湿（50<Sr≤80）、饱和（Sr>80）三种湿度状态。
土的物理状态指标
土的物理状态指标土壤的物理状态指标是指在土壤中反映土壤无机颗粒体积与有机质含量、空隙率、密度、质地组成、结构等土壤结构与颗粒组成指标。
1.质地组成土壤的质地是指土壤中不同颗粒大小的比例与组成.常用的表示质地组成的指标是粒径分析的百分含量，以传统方法中的砂、粉砂、粉砂、粘壤、黏土粒分别占全样品重的百分数表示的指标.2.容重与真密度容重是指土壤体容量的实际重量,它是土壤在一定体积内所含固体颗粒的质量.真密度是指粘土、砂壤、壤土及泥炭等等岩石中粒子质量与体积的比值.3.孔隙度与毛管持水量土壤孔隙度是指单位体积土壤中孔隙和孔隙之间的比例.孔隙度的大小直接影响土壤的空气、水分和温度等环境因子的变化，也直接关系到作物根系的通气、透水及根系扩张等,在土壤中空气、水分和其他溶解物存在于微型孔隙和孔隙中，并因孔隙类型和表面特性而加速植物根部对空气和水分的吸收.4.水分含量土壤水分含量是评价土壤湿度状态的重要指标之一,直接关系到土壤水分平衡与作物生长.土壤中水分的总量由孔隙度、毛管力、渗透压、吸力及土壤水分位能和液相上升下降等因素共同维持.5.土壤结构土壤结构是土壤物理状态指标中的一个重要方面,是指土壤颗粒聚集成团的方式与组织性,有机质、黏涂粘土、胶体玻璃体与细菌植物等微生物活性的结果反映在结构化上的展现的土层结构的通称.裂隙是土壤结构的一种，是指较大颗粒粘粒聚集成群或更大颗粒凝结聚集在一起以形成特殊结构.6.水稳性水稳性是指土壤中的颗粒在水的多波动环境中对于比较危险的作物、生物和物理变化越小，越不容易因为外力、水分和气候等因素的变化而发生不稳定的断裂.7.通透性土壤通透性是直接影响植物根部伸长，水和空气进入植物根部的物理因素，在同一温度下，土壤对空气、水的吸引力越大，通透性越好.总之，土壤的物理状态指标对于评价土壤质量、产量以及农业生产起着重要的作用.通过合理的管理和调控土壤的物理状态，能够提高土壤的保墒性、耕性以及养分持水的能力，从而提高农作物产量和质量。
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。
土的物理力学性质及其指标
土的物理力学性质及其指标1. 体积重是指土壤单位体积的质量，通常用单位是千克/立方米（kg/m^3）或兆帕（MPa）表示。
体积重是土壤力学性质的重要参数，它直接影响土体的承载能力和稳定性。
体积重的大小与土壤颗粒密度、含水量和孔隙度有关。
2.孔隙比是指土壤中孔隙体积与总体积的比值，即孔隙度。
孔隙比能够反映土壤孔隙结构和孔隙连通性，对土壤的透水性、保水性和通气性等性质有重要影响。
孔隙比的大小与土壤颗粒颗粒的形态、大小和堆积密度等因素有关。
3.毛细吸力是指土壤孔隙中水分上升或下降所受到的作用力。
毛细吸力与土壤含水量、孔隙度、土壤颗粒大小和水表面张力等因素有关。
毛细吸力对土壤水分运移和供水能力有着重要影响，也是评价土壤保水能力和透水性的重要指标。
4.剪切强度是指土壤在剪切应力作用下的抗剪能力。
剪切强度是土体抗剪破坏的重要参数，直接影响土壤的稳定性和承载力。
土壤的剪切强度与土壤颗粒间的内聚力、黏聚力和有效应力等有关。
此外，还有一些与土壤物理力学性质相关的指标，如孔隙水压力、压缩系数、孔隙率等。
5.孔隙水压力是指土壤孔隙中水分所受到的压力。
它与土壤含水量、孔隙度和毛细吸力等因素有关。
孔隙水压力对土壤水分状态和土壤力学性质具有重要影响。
6.压缩系数是指土壤在外力作用下体积变化与应力之间的关系。
压缩系数反映土壤的压缩性质，与土壤的固结和液化等问题密切相关。
7.孔隙率是指土壤孔隙体积与总体积的比值，即孔隙系数。
孔隙率能够反映土壤孔隙结构和蓄水性能，也是评价土壤质地和透水性的一项重要指标。
这些物理力学性质和指标是描述土体力学性质和水分运移特性的重要参数，对土壤科学研究、土壤工程设计和农田管理等具有重要的理论和实际意义。
土的经验参数
土的经验参数一、物理指标1.比重：土壤的比重是指单位体积土壤的质量与同体积纯水的质量之比，通常用干重比重和湿重比重表示。
2.含水量：土壤的含水量是指土壤中水分的质量与干重土壤质量之比，常用百分比表示。
3.孔隙度：土壤的孔隙度是指土壤中孔隙体积与总体积之比，常用百分比表示。
4.总容重：土壤的总容重是指单位体积土壤的质量，通常用干重表示。
5.粒径分布：土壤的粒径分布是指不同粒径组分在土壤中的含量分布状况。
二、压缩指标1.压缩系数：土壤的压缩系数是指单位压力下土壤体积变化的比例，通常用体积压缩系数和线性压缩系数表示。
2.压缩指数：土壤的压缩指数是指土壤在其中一固定压力下的压缩变化量与干重土壤质量之比，表示土壤的可压缩性。
3.压缩模量：土壤的压缩模量是指土壤在荷载作用下的压缩刚度，通常用单位应力下的压缩应变表示。
三、变形模量1.杨氏模量：土壤的杨氏模量是指土壤在单位应力下的应变、变形关系，反映土壤的刚度。
2.泊松比：土壤的泊松比是指土壤沿径向收缩时垂直于径向的应变与径向应变之比，反映土壤的可压缩性和变形能力。
3.弯曲模量：土壤的弯曲模量是指土壤在受弯曲荷载作用下的弯曲刚度，通常用单位应力下的弯曲应变表示。
1.内摩擦角：土壤的内摩擦角是指土壤在剪切状态下达到极限强度时，切线与水平方向之间的夹角，反映土壤抗剪性能。
2.剪切模量：土壤的剪切模量是指土壤在剪切应力作用下的应变、剪切关系，反映土壤的刚度。
以上是土的经验参数的主要内容，在土壤工程设计和分析中起到重要的作用。
不同类型的土壤具有不同的参数值，通过对土的经验参数的研究可以更好地了解土壤的物理和力学特性，为土壤工程设计提供依据。
土力学土的物理状态指标
• 塑限p ： 指半固态与塑态之间含水率的分界点
• 液限L ： 指塑态与液态之间含水率的分界点
界限含水率的测定
• 测试仪器：土的界限含水率用液塑限联合测定仪测定。 • 测试方法： 1）<0.5mm 的干土200g 加水浸润， 2）将浸润土装满调土杯，放入光电式液塑限联合测定仪下， 3）观察圆锥下沉到土体中的下沉深度，
粘性土的稠度及可塑性
• 稠度： 反映粘性土的软硬、干湿程度，可粗略反映土体的强度。
• 稠度状态： 指粘性土在某一含水率下所具有的物理状态。
• 可塑性： 指粘性土在某一含水率下可以塑成任何形态而不发生开 裂，在外力去后，能保持既得形状的性能。
粘性土的界限含水率
• 界限含水率： 指粘性土体从一种物理状态转变到另一种物理状态 时含水率的分界点
Dr
emax e emax emin
• 砂土处于最松状态时，有最大孔隙比，相对密度为0； • 砂土处于最紧密状态时，有最小孔隙比，相对密度为1。 • 砂土处于天然状态时，孔隙比介于最大 和最小之间，
相对密度在0-1之间。
砂土的状态划分
• 按相对密度划分砂土状态：
疏松状态 Dr<0.33
中密状态 Dr=0.33-0.67
粘性土的状态划分
• 按照液性指数的大小，粘性土的状态可划分为： 坚硬状态：IL<0 硬塑状态：IL=0-0.25 可塑状态：IL=0.25-0.75 软塑状态：IL=0.75-1.0 流塑状态：IL>1.0
砂土的相对密度
• 相对密度：
综合反映砂土处于最松状态、最紧密状态和天然状态
之间孔隙比的关系。
土体含水不同，圆锥下沉到土体中的入土深度不同， 4）测出圆锥3个不同入土深度与对应的3个含水率， 5）在双对数坐标上画出入土深度与含水率的关系直线， 6）2mm入土深度对于的含水率就是塑限，
土的物理状态指标
1.砂土的密实度
1） 孔隙比e
2） 相对密实度Dr
3）
标准贯入试 验锤击数N
1.1无 黏性 土的 物理 状态 指标
2.碎石土的密实度
1.1无 黏性 土的 物理 状态 指标
2.碎石土的密实度
1.1无 黏性 土的 物理 状态 指标
1.黏性土的界限含水量
黏性土的稠度状态随着含水量的增加可分为固态、
半固态、可塑状态及流动状态，如图1 6 所示。当含水
量很大时，土是一种黏滞流动的液体，即泥浆，这种状态 1.2黏
称为流动状态。随着含水量的减少，黏滞流动的特点渐渐
性
消失而显示出塑性（即土在外力作用下可塑成任何形状而
土
不产生裂纹，并且外力移去后仍能保持既得形状的性质），
的 物
这种状态称为可塑状态。当含水可塑状态变为半固体状态。当含水量很小时， 状
土的体积不再随含水量的减少而减小，这种状态称为固体
态
状态。
指
标
1.黏性土的界限含水量 图1-6 黏性土的物理状态与含水量的关系
1.2黏 性 土 的 物 理 状 态 指 标
2.黏性土的塑性指数IP
塑性指数是液限ωL和塑限ωP的差值，即黏性土处在可 塑状态时含水量的变化范围，用IP表示，即
1.2黏 性 土 的 物 理 状 态 指 标
3.黏性土的液性指数IL
液性指数是指土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数IP 之比，用IL表示，即
式中，ω、ωL、ωP为黏性土的天然含水量、液限和塑限，用 百分率表示，计算时去掉百分号。
液性指数是表示黏性土软硬程度（稠度）的物理指标。 《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）根据液性指数I L将黏性土划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑五种状态，见 表1-10。
土的物理状态指标
St = qu qu′
Ｓｔ
粘性土分类
Ｓｔ
粘性土分类
1
不灵敏
４８
灵敏
12
低灵敏
８ １６
很灵敏
24
中等灵敏
＞１６
流动
粘性土的触变性
某些饱和粘土在动力荷载作用下 土的结构受到破坏 会 失去强度呈溶胶状 在外力停止作用后 重新形成土的结构 絮凝成土体 强度有所恢复 这种现象称为土的触变性
相对密度 反映无粘性土的密实状态
假定第一种砂是理想的均匀圆球 不 均匀系数Ｃｕ 1.0 这种砂最密实时的排列 见图ａ 这时的孔隙比ｅ ０．３５ 如果砂粒 的比重Ｇ ２．６５ 则最密时的干密度ρｄ
１．９６／ｃｍ３
第二种砂同样是理想的圆球 但其级 配中除大的圆球外 还有小的圆球可以充 填于孔隙中 即不均匀系数Cu 1.0，如图 ｂ 显然 这种砂最密时的孔隙比ｅ ０．３５ 就是说这两种砂若都具有同样的孔隙比ｅ ０．３５时，对于第一种砂 已处于最密实的状 态 而对于第二种砂则不是最密实
（三）片堆结构
片堆结构的粘粒是在分散状态下沉积而形成的 亦称分散 结构 其特点是以面 — 面连结为主 粘土片呈定向排列 密度 较大 具有明显的各向异性的力学性质
实际上自然界土的结构要复杂得多 由粘土片组成的集合 体 可大可小 粘土片之间可以是定向排列也可是随机排 列 具有微细的空隙 由集合体相互组构时 集合体之间既可 以是定向排列的 也可以是随机排列的 它们之间有较大一些 的空隙 反映出结构形式在层次上也是有变化的 此外 在粘 性土中也会含有一些砂粒和粉粒 它们比粘拉要大多 在形成 土的结构过程中 在这些粗颗粒的周围常包裹着一层粘粒 使 粗颗粒之间不是直接接触 土中的粘粒含量即使不占优势 也 能反映出粘性土的性质
土的物理指标
土的物理指标一、密度密度是指单位体积内的质量，是衡量物质紧密程度的指标。
对于土来说，密度的大小与其成分、结构和含水量有关。
一般来说，干燥的土壤密度较大，含水量较高的土壤密度较小。
密度的测量可以帮助我们了解土壤的组成和结构，进而对土壤的肥力和透气性进行评估。
二、孔隙度孔隙度是指土壤中孔隙的占据比例，是衡量土壤空隙大小的指标。
孔隙度的大小与土壤的质地和结构有关。
孔隙度越大，土壤的透水性和透气性就越好，有利于植物的生长。
孔隙度的测量可以为土壤的灌溉和排水提供参考，保证土壤的湿润度和通气性。
三、含水量含水量是指土壤中水分的含量，是衡量土壤湿润程度的指标。
土壤中的水分对植物的生长和发育起着至关重要的作用。
含水量的测量可以帮助我们了解土壤的水分状况，合理安排灌溉和排水，保证植物的正常生长。
四、比表面积比表面积是指单位质量土壤的表面积，是衡量土壤颗粒间接触面积的指标。
比表面积的大小与土壤颗粒的大小和形状有关，一般来说，颗粒越小，比表面积越大。
比表面积的测量可以帮助我们了解土壤颗粒间的物质交换和化学反应，从而指导土壤改良和肥料的施用。
五、抗压强度抗压强度是指土壤在受到外力作用时的抵抗能力，是衡量土壤承载力的指标。
土壤的抗压强度与其密度、含水量和颗粒间的接触状态有关。
抗压强度的测量可以帮助我们了解土壤的承载能力，指导土壤的工程设计和土壤的利用。
通过对土的密度、孔隙度、含水量、比表面积和抗压强度等物理指标的了解和测量，可以更好地评估土壤的质量和特性，从而指导农业生产、土壤改良、土壤保护和土地利用等方面的工作。
同时，对土壤物理指标的研究也有助于深入理解土壤与植物、水分和环境的相互作用，为保护生态环境和可持续发展提供科学依据。
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土的物理状态指标
土的物理指标
1.4.1土的三相比例指标
因为土是三相体系，不能用一个单一的指标来说明三相间量的比例关系，需要若干个指标来反映土中
固体颗粒、水和空气之间的量关系。
在土力学中，通常用三相草图来表示土的三相组成
图1－10
为了确定土的三相比例指标，需要通过试验室测定土的重力密度、含水量和土粒比重，有关实验方法参见《土工试验
规程》，这里不予讲述。
得到这三个基本指标图1－10土的三相草图后，其它指标就可通过三相草图的关系得到。
（1）土的重度（g）
土的重度定义为土单位体积的重量，单位为（kN/m3）。
其定义式为：
（2）土粒比重（d s）
土粒比重定义为土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比，其定义式为：
土粒的比重给出的是矿物组合体的密度，由于土中矿物成分相对比较稳定，故土的比重一般变化不大
或
土的稠度。
1、无粘性土（粗粒土）的密实程度
无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良好的天然地基；呈松散状态
时，则是不良地基。
对于同一种无粘性土，当其孔隙比小于某一限度时，处于密实状态，随着孔隙比的增大，则处于
中密、稍密直到松散状态。
无粘性土的这种特性，是因为它所具有的单粒结构决定的。
以下介绍与无粘性土的最大和最小孔隙比、相对密实度等有关的密实度指标。
无粘性土的最小孔隙比是最紧密状态的孔隙比，用符号e min表示；其最大孔隙比是土处于最疏松
状态时的孔隙
比，用符号e max表示。
e min一般采用“振击法”测定；e max一般用“松砂器法”测定。
对于不同的无粘性土，其e min与e max的测定值也是不同的，e max与e min之差(即孔隙
比可能变化的
范围)也是不一样的。
一般土粒粒径较均匀的无粘性土，其e max与e min之差较小；对不均匀的
无粘性土，则
其差值较大。
无粘性土的天然孔隙比e如果接近e max(或e min)，则该无粘性土处于天然疏松(或密实)
状态，这可
用无粘性土的相对密实度进行评价。
无粘性土的相对密实度以最大孔隙比e max与天然孔隙比e之差和最大孔隙比e max与最小孔隙比e min之差
的比值Dr表示，即：
从上式可知，若无粘性土的天然孔隙比e接近于e min，即相对密实度Dr接近于1时，土呈密
实状态；当e
接近于e max时，即相对密实度Dr接近于0，则呈松散状态。
根据Dr值可把砂土的密实度状态
划分为下列三种
l≥Dr>0.67密实的
0.67≥Dr>0.33中密的
0.33≥Dr>0松散的
相对密实度试验适用于透水性良好的无粘性土，如纯砂、纯砾等。
相对密实度是无粘性粗粒土密实度的指标，它对
于土作为土工构筑物和地基的稳定性，特别是在抗震稳定性方面具有重要的意义。