土的三相指标相互转换

1、第四节土的三相比例指标以上三节介绍了土的组成和结构，特别是土颗粒的粒度和矿物成分，是从本质方面了解土的工程性质的根据。但是，为了对土的基本物理性质有所了解，还需要对土的三相：土粒（固相）、土中水（液相）和土中气体（气相）的组过情况进行数量上的研究。在不同成分和结构的土中，土的三相之间具有不同的比例。土的三相组成的重量和体积之间的比例关系，表现岀土的重量性质（轻、重情况）、含水性（含水程度）和孔隙性（密实程度）等基本物理性质各不相同，并随着各种条件的变化而改变。例如对同一成分和结构的土，地下水位的升高或降低，都将改变土中水的含量经过压实，其孔隙体积将减小。这些情况都可以通过相应指标的具体数字反映

2、岀来。表示土的三相比例关系的指标，称为土的三相比例指标，亦即土的基本物理性质指标包括土的颗粒比重、重度。含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。一、指标的定义(Trw=1gf/cm31kN/m3 )Va 一土中气体积；VV 一土中孔隙体积；VV= Vw+ VaV 一土的总体积，V= Vs+ Vw+ Va(一) 土的颗粒比重 G土粒重量与同体积的 4C时水的重量之比， 称为颗粒比重，它在数值上为单位体积土粒的重量，即：式中：水在 4 C时单位体积的重量，等于 1gf / cm3或Itf / m3 10kN / m3。颗粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.652.75。有机质为2.42.5 ;泥

3、炭土为1.51.8 ;而含铁质较多的粘性土可达2.83.0。同一种类的士，其颗粒比重变化幅度很小。颗粒比重可在试验室内用比重瓶法 测定。一般土的颗粒比重值见表2-3。由于颗粒变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。土的颗粒比重参考值表2-3土的名称砂土粉土粘性土粉质粘土粘土颗粒比重（二）土的重度丫单位体积土的重量称为土的重度（单位为 kN /m3=tf /m3 X10 1 )，即:(2-5)土的重度取决于土粒的重量，孔隙体积的大小和孔隙中水的重量，综合反映了土的组成和结 构特征重度值将愈小。当土的结构不发生对具有一定成分的土而言，结构愈疏松，孔隙体积愈大, 变化时，则重度随孔隙中含水数量的增加而

4、增大。天然状态下土的重度变化范围较大。一般粘性土 Y=18 20kN / m3 ;砂土丫 =16 20kN /m3 ;腐植土 丫 =15 17kN / m3重度一般用“环刀法”测定，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容积内，称得环刀内土样重量，求得它与环刀容积之比值即天然重度。（三）土的干重度丫 d、饱和重度丫 sat和浮重度丫土的干重度丫 d(2-6)单位体积中固体颗粒部分的重量。称为土的干重度丫d，即:土的饱和重度y sat在工程上常把干重度作为评定土体紧密程度的标准，以控制填土工程的施工质量。土孔隙中充满水时的单位

5、体积重量。称为土的饱和重度丫sat即：FOB2 j-r卜（2-7）土的浮重度丫在地下水位以下，单位土体积中土粒的重量扣除浮力后，即为单位土体积中土粒的有效重量,称为土的浮重度或水下重度丫 ，即：“ (2-8)（四）土的含水量 W土中水的重量与上粒重量之比，称为土的含水量，以百分数计，即:= 100%吧(2-9)含水量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。一般干的粗砂土，其值接近于零，而饱和砂土，可达35 %;坚硬的粘性土的含水量为20 %30 %，而饱和状态的软粘性（如淤泥），则可达60 %或更大。一般说来，同一类土

6、，当其含水量增大时，则其强度就降低。土的含水量一般用“烘干法”测定。先称小块原状土样的湿土重，然后置于烘箱内维持 100 105 C烘至恒重，再称干土重，湿、干土重之差与干土重的比值，就是土的含水量。（五）土的饱和度 S土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，称为土的饱和度，以百分率计，即：7 （2-10）饱和度值愈大，表明土孔隙中充水愈多。孔隙完全为水充满时，Sr=100 %，土处于饱和状态；孔隙中全是气体，没有水分，Sr =0 %，土处于干燥状态（这种状态自然界实际很少）。工程实际中，按饱和度常将土划分为如下三种含水状态：Sr<50% 稍湿的Sr = 50 %80 %很湿的Sr>

7、;80% 饱水的应指岀，粘性土因主要含结合水，由于结合水膜厚度的变化将使土体积发生膨胀、收，改变土中孔隙的体积，即孔隙体积可因含水量而变化，所以，对粘性土通常不按饱和，而按稠度指标液性指数人评述其含水状态（参见26节）。对于粉土，由于毛细作用引起的假塑性，按液性指数评价状态已失去意义， 根据对全国各地粉土资料的综合分析，岩土工程勘察规范确定按含水量评述粉土的含水（湿度）（六）土的孔隙比 e和孔隙率n土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比，即：- （2-11）孔隙比用小数表示。它是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密实程度。一般e v 0.6的土是密实的低压缩性土，e > 1.0

8、的土是疏松的高压缩性土。土的孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比，以百分数表示。孔隙率和孔隙比都说明上中孔隙体积的相对数值。孔隙率且直接说明土中孔隙体积占土体积的百分比值，概念非常清楚，但不便于工程应用，因地基土层在荷载作用下产生压缩变形时，孔隙体积（Vv）和土体总体积（V）都将变小，显然，孔隙率不能反映孔隙体积在荷载作用前后的 变化情况。而一般情况下，土粒体积（ Vs ），则可看作不变值，故孔隙比就能反映土体积变化 前后孔隙体积的变化情况。因此，工程计算中常用孔隙比这一指标。自然界上的孔隙率与孔隙比的数值取决于土的结构状态，故为表征土结构特征的重要指标。数值愈大，土中孔隙体积愈大，土结构愈疏

9、松；反之，结构愈密实。由于土松密程度差别极大，土的孔隙比变化范围也大，可由0.2到4.0，相应孔隙率由20 %到80 %，但常见值孔隙比为 0.51.2，相应孔隙率为33 %66 %。并如上所述，无粘性土虽孔隙较大，但因数量少，孔隙比相对较低，一般为0。50 . 8，孔隙率相应为 33 %45 %;粘性则因孔隙数量多和大孔隙的存在， 孔隙比常相对较高，一般为 0.671.2，相应孔隙率为40 %55 %，少数近代沉积的未经压实 的粘性土，孔隙比甚至在 4.0以上，孔隙率可大于 80 %。二、指标的换算关系上述土的三相比例指标中，土粒比重G、含水量3和重度丫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