任务1.3 土的物理状态指标测试

土力学与地基基础（第二版）《土力学与地基基础》（第二版）土的物理状态指标测试任务1.3图1.3土的三相示意图图中符号意义如下:V———土的总体积；Vv———土的孔隙部分体积；Vs———土的固体颗粒实体的体积；Vw———水的体积；Va———气体体积；m———土的总质量；mw———水的质量；ms———固体颗粒质量。1.三相图1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试2.确定三相比例关系的基本试验指标（1）土的密度(ρ)土的密度定义为土在天然状态下单位体积的质量，用下式表示：在天然状态下,单位体积土所受的重力,称为土的天然重度，简称重度，用下式表示：式中g——重力加速度（g=9.81m/s2，工程上有时为了计算方便,取g=10m/s2）；WT——土样的总重力。任务1.3土的物理状态指标测试1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征2.确定三相比例关系的基本试验指标（1）土的密度(ρ)土的密度和重度的关系式为：任务1.3土的物理状态指标测试1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试2.确定三相比例关系的基本试验指标（2）土粒相对密度(或比密度)土粒相对密度定义为土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比，即：式中ρs——土粒的密度，即单位体积土粒的质量，；ρw——4℃时纯蒸馏水的密度（g/cm3）。1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试2.确定三相比例关系的基本试验指标（2）土粒相对密度(或比密度)单位体积土粒的重力称为土粒重度。Gs与γs

的关系式：式中Ws——土样内土粒重力。1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试2.确定三相比例关系的基本试验指标（3）土的含水率w土的含水率定义为土中水的质量与土粒质量之比,以百分数表示，即：式中w——土的含水率。1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试3.确定三相量比例关系的其他常用指标（1）表示土中孔隙含量的指标工程上常用孔隙比e或孔隙度n

表示土中孔隙的含量。孔隙比e——指孔隙体积与固体颗粒实体体积之比，表示为：孔隙度n——指孔隙体积与土体总体积之比，用百分数表示，亦即：1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试3.确定三相量比例关系的其他常用指标（2）表示土中含水程度的指标孔隙中充满水的程度，就是土的饱和度Sr：1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试3.确定三相量比例关系的其他常用指标（3）表示土的密度和重度的几种指标①饱和密度ρsat

和饱和重度γsat饱和密度——孔隙完全被水充满时土的密度，表示为：孔隙中完全充满水时土的重度称为饱和重度，用下式表示：1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试3.确定三相量比例关系的其他常用指标（3）表示土的密度和重度的几种指标②干密度ρd

与干重度γd单位体积土体中的土粒质量称为土的干密度，用下式表示：单位体积土体中的土粒重力称为土的干重度，用下式表示：1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试3.确定三相量比例关系的其他常用指标（3）表示土的密度和重度的几种指标③土的浮重度γ'土的浮重度等于单位体积土体中的土粒重力减去与土粒体积相同的水的重力，其定义式为：1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试土的物理性质指标的类别、名称、符号、定义表达式、常用换算关系式和单位列于表1.5中。表1.5土的物理性质指标注：重度γ

和土粒重度γs

并不是实测指标，为了查阅方便，本表将其列入实测指标栏内。1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试【例题1.1】土样总质量为132.0g，总体积为80.0cm3，此土样烘干后质量为108.0g，土粒相对密度Gs=2.65。试求此土样的含水率、孔隙比、孔隙度、饱和度和干重度。例题1.1图【解】由题设条件，给出此土样的三相简图。由于已知土样的质量、体积和土粒相对密度，故可以直接计算。土中水的质量为土粒体积土中水的体积土中气体体积1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试例题1.1图

按定义可求得含水率孔隙比孔隙度饱和度干重度1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试

【解】直接用表1.5所列的定义表达式或换算关系式计算。土的重度土粒重度孔隙比饱和度1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征任务1.3土的物理状态指标测试饱和重度浮重度干重度1.3.1

土的三相组成在量上的比例特征1.3.2土的物理状态指标任务1.3土的物理状态指标测试1.粗粒土(无黏性土)的物理状态指标（1）粗粒土(无黏性土)的密实度土的密实度通常指单位体积中固体颗粒的含量。土颗粒含量多，土就密实；土颗粒含量少，土就疏松。1.3.2土的物理状态指标任务1.3土的物理状态指标测试1.粗粒土(无黏性土)的物理状态指标（1）粗粒土(无黏性土)的密实度将现场土的孔隙比e与该种土所能达到最密实的孔隙比emin

和最松时的孔隙比emax

相对比，来表示孔隙比为e时土的密实度。这种度量密实度的指标称为相对密实度Dr，表示为式中e——现场粗粒土的天然孔隙比；emax——土的最大孔隙比；emin———土的最小孔隙比。1.3.2土的物理状态指标任务1.3土的物理状态指标测试1.粗粒土(无黏性土)的物理状态指标（1）粗粒土(无黏性土)的密实度当Dr=0时，e=emax，表示土处于最松状态。当Dr=1时，e=emin，表示土处于最密实状态。用相对密实度Dr判定粗粒土的密实度标准见表1.6。表1.6砂类土密实程度的划分标准因为emin

和emax

都难以准确测定，天然砂土的密实度只能在现场进行原位标准贯入试验，根据锤击数N63.5，按表1.6的标准间接判定。1.3.2

土的物理状态指标任务1.3土的物理状态指标测试1.粗粒土(无黏性土)的物理状态指标（1）粗粒土(无黏性土)的密实度粉土的密实程度用天然孔隙比大小划分，见表1.7。表1.7粉土密实程度的划分任务1.3土的物理状态指标测试【例题1.3】一砂样的天然重度γ=18.4kN/m3，含水率w=19.5%，土粒相对密度Gs=2.65，最大干重度γdmax=15.8kN/m3，最小干重度γdmin=14.4kN/m3。试求其相对密实度Dr,并判定其密实程度。【解】按式（1.21），砂样的干重度为：按式（1.9）求砂样的孔隙比e：1.3.2土的物理状态指标任务1.3土的物理状态指标测试相应于最大干重度的孔隙比是砂样的最小孔隙比emin，相应于最小干重度的孔隙比是砂样的最大孔隙比emax。emin

和emax

同样可按上式求出:由式（1.25）得据Dr=0.73查表1.6，可判定此砂类土处于密实状态。1.3.2土的物理状态指标任务1.3土的物理状态指标测试1.粗粒土(无黏性土)的物理状态指标（2）无黏性土的潮湿程度《铁路桥涵地基和基础设计规范》规定碎石类土和砂类土的潮湿程度按饱和度的大小来划分。粉土潮湿程度按其天然含水率w

划分。表1.9碎石类土和砂类土潮湿程度的划分表1.10粉土潮湿程度划分1.3.2土的物理状态指标任务1.3土的物理状态指标测试2.黏性土(细粒土)的物理状态指标（1）黏性土(细粒土)的稠度稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力。从物理概念分析，土的稠度实际上是反应土中水的形态。图1.9土中水与稠度状态1.3.2土的物理状态指标任务1.3土的物理状态指标测试2.黏性土(细粒土)的物理状态指标（2）稠度界限土从某种状态进入另外一种状态的分界含水率称为土的特征含水率，或称为稠度界限。液性界限(wL)简称液限，相当于土从塑性状态转变为液性状态时的分界含水率。塑性界限(wp)简称塑限，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时的含水率。在试验室中，液限wL

用液限仪测定，塑限wp

则用搓条法测定。1.3.2土的物理状态指标任务1.3土的物理状态指标测试2.黏性土(细粒土)的物理状态指标（3）塑性指数和液性指数①塑性指数塑性指数通常用不带“%”符号的数字表示。《铁路桥涵地基和基础设计规范》采用塑性指数作为黏性土的分类指标，见表1.11表1.11粉土及黏性土的划分1.3.2土的物理状态指标任务1.3土的物理状态指标测试2.黏性土(细粒土)的物理状态指标（3）塑性指数和液性指数②液性指数式中w

为土的天然含水率，wL液性界限，wp为塑性界限。液性指数通常用不带“%”的数字表示。1.3.2土的物理状态指标任务1.3土的物理状态指标测试2.黏性土(细粒土)的物理状态指标（3）塑性指数和液性指数②液性指数《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10093—2017)对黏性土的潮湿（软硬）程度按液性指数划分，如表1.12所示。表1.12黏性土塑性状态的划分1.