土的三相比例指标

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，表现出土的重量性质（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

2、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出来。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、指标的定义为了便于说明和计算，用图2-20所示的土的三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系，图中符号的意义如下：Ws土粒重量；Ww土中水重量；W土的总重童；WWsWwVs土粒体积；Vw土中水体积；rwV=Ww（rw=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

3、量与同体积的4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： (2-4)式中：水在4时单位体积的重量，等于1gfcm3或Itfm310kNm3。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2.652.692.702.712.722.732.742

4、.76（二）土的重度单位体积土的重量称为土的重度（单位为kNm3=tfm3×101），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。对具有一定成分的土而言，结构愈疏松，孔隙体积愈大，重度值将愈小。当土的结构不发生变化时，则重度随孔隙中含水数量的增加而增大。天然状态下土的重度变化范围较大。一般粘性土=1820kNm3；砂土=1620kNm3；腐植土=1517kNm3。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

5、它与环刀容积之比值即天然重度。（三）土的干重度d、饱和重度sat和浮重度'土的干重度d 单位体积中固体颗粒部分的重量。称为土的干重度d，即：(2-6)土的饱和重度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体积重量。称为土的饱和重度sat即：(2-7)土的浮重度' 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'，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：(2-9)含水量是标志土的湿度的一个重要物理指标。

6、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2030，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，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100105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：(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

7、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       Sr5080 很湿的       Sr>80% 饱水的应指出，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，

8、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e0.6的土是密实的低压缩性土，e1.0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

9、，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3366。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。508，孔隙率相应为3345；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4055，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、含水量和重度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标。常用图