试验二土粒比重孔隙比孔隙率及饱和度试验
土力学实验指导书
实验一 土的三项基本物理性指标的测定一、实验目的土的三项基本物理性指标是指土粒比重ds 、土的含水量w 和密度ρ，一般由实验室直接测定其数值。
在测定这三个基本指标后，可以换算出其余各个指标。
二、实验原理和方法 1．土粒相对密度ds土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量比，称为土粒比重（无量纲），亦称土粒相对密度，即式中 ρs ——土粒密度，即土粒单位体积的质量，g/cm 3；ρw1——4℃时纯水的密度，等于1g/cm 3或1t/ m 3。
一般情况下，土粒相对密度在数值上就等于土粒密度，11ds w ss w s V m ρρρ==但两者的含义不同。
土粒比重决定于土的矿物成分，一般无机矿物颗粒的比重为2.6～2.8；有机质为2.4～2.5；泥炭为1.5～1.8。
土粒（一般无机矿物颗粒）的比重变化幅度很小。
土粒比重可在试验室内用比重瓶法测定。
通常也可按经验数值选用，一般土粒土粒相对密度参考值见下表。
土粒相对密度参考值2．土的含水量w土中水的质量与土粒质量之比，称为土的含水量，用百分数表示，即%100⨯=swm m ω含水量w 是标志土含水程度（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、埋藏条件及所处的自然地理环境等有关。
土的含水量通常采用“烘干法”测定。
从含水量的定义可知，实验的关键是怎样测得一块土中所含水份质量以及颗粒质量。
所谓烘干法便是为此设计的一种实验方法。
先称小块原状土样的湿土质量，然后置于烘箱内维持100～105℃烘至恒重，再称干土质量，湿、干土质量之差与干土质量的比值，就是土的含水量。
计算公式为：%1000221⨯--=m m m m ω 式中： W ——含水量（%） m 1——盒加湿土质量（g ） m 2——盒加干土质量（g ）m 0——铝盒的质量（g ），按盒号查表可得，由实验室提供。
3．土的密度ρ土单位体积的质量称为土的密度，g/cm 3。
在天然含水量情况下的密度称为天然密度，即Vm =ρ 测定密度的目的是为了了解土体内部结构的密实情况。
土力学计算题复习
计算题复习题型一：三项指标换算①某一原状土样，经试验测得基本指标值为密度ρ=1.72g/cm3，含水量w=20%，土粒比重d s =2.72。
试求孔隙比e、孔隙率n、饱和度S r、干密度ρd、饱和重度γsat 以及浮重度γ’。
（g=10N/Kg）（公式法——表1-4，同例题1-1）②某一原状土样，经试验测得其体积V=100 cm3，湿土质量180g,烘干后质量为160g，土粒相对密度d s=2.7，试求含水量w、孔隙比e、孔隙率n、饱和度S r、饱和密度ρsat以及浮密度ρ’。
（三相图法或公式法）题型二：地基沉降量某建筑场地地表下为均质粘性土，土体重度γ=18kN/ m3，孔隙比e=0.8，压缩系数a=0.36MPa-1。
该建筑物采用柱下矩形基础，基础长4m，宽2m，埋深1m，上部荷载中心加荷1048kN。
试采用传统单向压缩分层总和法（按1m分）或规范推荐的单向压缩分层总和法（p o=f ak）计算该基础的沉降量。
（如用传统单向分层总和法，注意按8个步骤来写计算过程）（同习题4-7）题型三：基底压力、基底附加压力某轴心受压柱下矩形基础的尺寸为b×l=2m×3m，埋深d=3m，已知地质剖面上层土厚1m，重度γ=18kN/m3，下层土厚2m，重度γ=19kN/m3，上部荷载F=900kN，求基底压力和基底附加压力。
题型四：土压力计算①某挡土墙墙高4m，墙背直立、光滑，墙后填土表面水平。
填土为粘土，重度γ=18 kN/m3，粘聚力c=16kPa，内摩擦角ϕ=26°，分别计算主动土压力和被动土压力，并绘出土压力分布图。
（同例题6-1）②某挡土墙墙高5m，墙背直立、光滑，墙后填土表面水平，地下水距离墙顶3m处，水位面以上填土的天然重度γ=18 kN/m3，水位面以下填土的饱和重度γ=20 kN/m3，填土粘聚力 c=8kPa，内摩擦角φ=30°，求sat作用在墙背上的被动土压力和总压力(被动土压力与水压力之和)的大小，并绘出分布图。
土体的分类以及工程地质性能
粘性土
粘性土为塑性指数大于10的土,它可分为粘土和粉质粘土。
塑性指数Ip 土的名称 粘土 粉质粘土 状态 坚硬 硬塑 液性指数IL 0.75<IL≤1 IL>1 状态 软塑 流塑
Ip>17 10<Ip≤17 液性指数IL
IL≤0 0<IL≤0.25
0.25<IL≤0.75 可塑 液性指数：粘性土的天然含水率和塑限的差值与塑性指数比值
红粘土
红粘土为碳酸盐岩系的岩石经红土化 作用形成的高塑性粘土。其液限一般大于 50。红粘土经再搬运后仍保留其基本特征, 其液限大于45的土为次生红粘土。
人工填土的分类
由人类活动堆填形成的各类土为人工填土。 人工填土根据其组成和成因,可分素填土、压实填 土、杂填土、冲填土。
素填土为由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成 的填土。经过压实或夯实的素填土为压实填土。 杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等 杂物的填土。 冲填土为由水力冲填泥沙形成的填土。
碎石土的密实度 （二）
超重型动力触探击数N120
超重型动力触探击数N120 11<N120≤14 密实度 密实
超重型动力触探击数N120 密实度 N120≤3 松散
3<N120≤6
6<N120≤11
稍密
中密
N120>14
—
很密
—
注：对于平均粒径大于50mm,或最大粒径大于100mm的碎石土
砂土的密实度 （一）
标准
岩体特征 透水率q (Lu) q<0.1 0.1≤q<1 1≤q<10 10≤q<100 q≥100 完整岩石,含等价开度小于 0.025mm裂隙的岩体 含等价开度0.025～ 0.05mm裂隙的岩体 含等价开度0.05～0.01mm 裂隙的岩体 含等价开度0.01～0.5mm 裂隙的岩体 含等价开度0.5～2.5mm裂 隙的岩体 含连通孔洞或等价开度大 于2.5mm裂隙的岩体
试验五土壤容重比重和孔隙的测定
实验五 土壤容重、比重和孔隙的测定土壤容重是指土壤在未破坏自然结构的情况下，单位体积的土壤重量（以克／立方厘米表示）。
土壤容重的大小与土壤质地、结构、有机质含量和土壤紧实度等有关。
土壤比重是指土壤固体部分的重量与在4℃时同体积的水重之比。
土壤比重的大小与土壤的矿物组成、有机质含量以及母岩、毋质的特性等有关。
利用土壤的比重和容重可以计算土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、三相比和孔隙比等项目。
因此，它们是土壤物理性质重要测定项目和指标。
一、土壤容重的测定（环刀法）1．方法原理。
利用一定体积的环刀切割自然状态的土壤，使土壤充满环刀。
烘干后称重、计算。
测定土壤容重的方法很多，如环刀法、蜡封法等。
本次实验采用环刀法． 2．仪器设备。
（1）环刀（用无缝钢管制成，一端有刀口，便于压入土中（图14）。
（2）环刀托（上有两个小孔，在环刀采样时，空气由此排出）。
（3）削土小刀（刀口要平直）、小铁铲、木锤等。
（4）天平（感量 0.1克和 0.01克）。
3．操作步骤。
（1）测量并计算环刀之容积（A ）（A ＝πr 2h ，式中r 为环刀的内半径，h 为环刀高度），并称重（B ），准确至0.1克（记录环刀号码）。
（2）选择好土壤剖面后，按土壤剖面层次，自上至下用环刀在每层的中部采样，均衡地用力把环刀托垂直压入土中（土壤较硬，可用木锤轻轻敲打环刀托把），待整个环刀全部压入土中后停止下压。
用铁铲把环刀周围土壤挖去，并使其下方留有一些多余的土壤，取出环刀，用削土刀刮去粘附在环刀壁上的土壤，并削平环刀两端的土面，使之适与刃口齐平。
并在同一地点采土样约100克置于铝盒之中，带回测定土壤比重之用。
（3）用干布擦净粘附于环刀外面的土壤，称重（C ），并放入烘箱内在 105℃下烘6一8 小时，冷却后称重（D ）。
测定表层土壤容重要做5个重复，底层做3个，测定表层土壤含水量要做3个重复，底层做2个。
4．结果计算。
土壤容重=ABD （克/立方厘米）图14 环刀采样示意图土壤含水量=BD DC --×100二、土壤比重的测定（比重瓶法）1．方法原理。
土工考试用资料
土的物理性质指标土的物理性质指标就是表示土中三相比例关系的一些物理量。
土的物理性质指标，可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水量、密度和土粒比重，称为直接测定指标；；另一类是可以根据试验测定的指标换算的，如孔隙比、孔隙率和饱和度等，称为间接指标。
为便于说明，常利用三相图。
如图，图中m 表示质量，V 表示体积，下标a 、w 、s 和v 分别表示空气、水、土粒和孔隙。
下面我们详细介绍以下土的各项指标。
一、土的试验指标 1、含水率ω土的含水率，亦称为含水量，定义为土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示，其表达式为： %100%100⨯-=⨯=s s sw m m m m m ω其中，s m 是将土放入100～105℃的烘箱中烘至恒量称得，实验方法：先称m ，再烘干后称s m 。
测定的方法常用烘干法。
2、土的密度ρ与容重（重度）γ土的密度(ρ)：亦称湿密度、天然密度，定义为单位体积土的质量，用ρ表示，其单位为：3m Mg (或3cm g )。
其表达式为：as w s w V V V m m Vm +++==ρ测定方法：对于粘性土，常用环刀法、蜡封法、注水法、注沙法。
土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量，用γ表示，其单位为：3m KN 。
它与土的密度有如下关系：g ⨯=ργ 式中：g —为重力加速度。
工程中常用的密度有： ①湿密度（ρ）：即土的密度。
其表达式为：as w s w V V V m m Vm +++==ρ测定方法：对于粘性土，常用环刀法、蜡封法、注水法、注沙法。
②饱和密度（sat ρ）：土中孔隙完全为水充满时的密度。
VV m wv s sat ρρ+=式中：sat ρ——水的密度（工程计算中可取1g/cm 3）③浮密度（ρ'）：土单位体积中土粒质量与同体积水的质量之差。
VV m ws s ρρ-='或w m ρρρ-='④干密度（d ρ）：土单位体积中土粒的质量。
土力学课堂作业答案
（第二次作业）2-1 某办公楼工程地质勘察中取原状土做试验，用体积为1003cm 的环刀取样试验，用天平测得环刀加湿土的质量为245.00g ，环刀质量为55.00g ，烘干后土样质量为170.00g ，土粒比重为2.70。
计算此土样的天然密度、干密度、饱和密度、天然含水率、孔隙比、孔隙率以及饱和度，并比较各种密度的大小。
解：已知：V=100 cm 3；M=245-55=190g ；M s =170g ；土粒比重Gs=M s /V s =2.70； M w = M - Ms=186-170=16g ，ρw=1 g/cm 3；所以V w =16cm 3； 土粒比重G s =M s /V s =2.70；所以V s = M s /2.70=62.96cm 3； V=100 cm 3；Vs=62.96cm 3；Vw=16cm 3；所以V v =V-V s =100-62.96=37.04cm 3；V a =V v -V w =37.04-16=21.04 cm 3； 因此：天然密度Vm=ρ=190/100=1.90 g/cm 3； 干密度/ds m Vρ= =170/100=1.70 g/cm 3；饱和密度()/sat s v w m V V ρρ=+=(16+170+21.04×1)/100=2.07 g/cm 3；天然含水率%42.9%10017016%100=⨯=⨯=s w m m w 孔隙比/v s e V V == 37.04/62.96=0.588孔隙率()/100v n V V =⨯%=V v/V=37.04/100=37.04%饱和度()/100rw v S V V =⨯%=16/37.04=43.2%综上所述：ρsat ＞ρ＞ρd2-3某住宅地基土的试验中，已测得土的干密度d ρ=1.643/cm g ，含水率w =21.3﹪，土粒比重S G =2.65。
计算土的e 、n 和r S 。
土工实验报告
实验一 土的三项基本物理指标测试 土的基本物理指标是指土的含水率、密度和土颗粒比重三项，它既是表示土的三个物理特性，又是计算土的孔隙比、孔隙率、饱和度和干容重指标的基本依据。
其中，含水率、容重二项指标又是控制施工质量的指标。
一、密度试验：土的密度是指土的单位体积质量。
（一）试验目的测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其它物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。
（二）试验方法常用的测定方法有环刀法、蜡封法、灌砂法等。
环刀法操作简便而准确，在室内和野外普遍应用。
对易碎裂或含有粗颗粒、难以切削的土样可用蜡封法——取一块试样称其质量后浸入融化的石腊中，使试样表面包上一层腊膜，分别称腊加土在空气中及水中的质量，已知腊的比重，通过计算便可求得土的密度。
对难取原状试样的砂土、砂砾石和砾质土在现场可用灌砂法或灌水法求土的密度。
以下仅介绍环刀法。
（三）仪器及工具1．环刀：内径6.18厘米，高2厘米，体积为60立方厘米。
2．天平：感量0.1克。
3．其它工具：钢丝锯、刮土刀、玻璃片、凡士林油等。
（四）试验步骤（环刀法）1．将环刀内壁涂一薄层凡士林油，并将其刃口向下放在土样上；2．切土时用钢丝锯（硬土用刮土刀），沿环刀外壁将土样削成略大于环刀外径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削，直至试样凸出环刀为止；3．用钢丝锯将环刀两端余土削去，再用刮土刀刮平两端，将试样两端余土留作含水率试验用；4．擦净环刀外壁，称环刀和试样合质量，准确至0.1克。
5．按下式计算土的湿度及干密度；Vm 00=ρ0001.01w d +=ρρ式中：0ρ——试样湿度密度（g/cm 3）m 0——湿土质量（g ）V ——环刀体积（cm 3） d ρ——试样干密度（g/cm 3）w 0——含水率（％）计算至0.01g/cm 3。
（五）操作注意事项用环刀切取试样，应尽量防止扰动，为避免环刀下压时挤压四周土样，要边压边削，直至土样伸出环刀，然后用刮土刀一次校平，严禁用刮土刀在土面上来回抹平，如遇石子等其它杂物空洞要尽量避开，如无法避开视情况酌情补土。
土工试验检测题
试验检测工程师级——土工试验检测题一、单选题单项选择题（在每小题的备选答案中选出一个正确答案，并将其字母写在题干后面的括号内）1、土的粒度成分是指（B ）。
(A)土颗粒的大小(B)颗粒大小的级配(C)土颗粒的性质（D）土的矿物成分2、土颗粒的大小及其级配，通常是用颗粒累计级配曲线来表示的。
级配曲线越平缓表示（ C ）。
(A)土颗粒的大小较均匀，级配良好(B) 土颗粒的大小不均匀，级配不良(C) 土颗粒的大小不均匀，级配良好（D）土颗粒的大小较均匀，级配不良3、土的颗粒级配，也可用不均匀系数来表示，不均匀系数C u是用小于某粒径的土粒质量累计百分数的两个限定粒径之比来表示的，即（A ）。
(A)C u=d60/d10(B)C u=d50/d10(C)C u=d65/d15 （D）C u=d30/d104、土的不均匀系数C u越大，表示土的（C ）。
(A)土颗粒的大小较均匀，级配良好(B) 土颗粒的大小不均匀，级配不良(C) 土颗粒的大小不均匀，级配良好（D）土颗粒的大小较均匀，级配不良5、作为填方工程的土料，压实效果与不均匀系数C u的关系是（ A ）。
(A)C u大比C u小好(B)C u小比C u大好(C)C u与压实效果无关（D）C u与压实效果的关系不确定6、土的三相比例指标包括：土粒比重、含水量、密度、孔隙比、孔隙率和饱和度，其中（ C ）为直接试验指标。
(A)含水量、孔隙比、饱和度(B) 密度、含水量、孔隙比(C)土粒比重、含水量、密度（D）密度、孔隙比、饱和度7、所谓土的含水量，主要是指（ C ）。
(A)水的质量与土体总质量比(B)水的体积与孔隙的体积之比(C)水的质量与土体中土粒质量之比（D）水的体积与总体积之比8、已知一土样．土粒比重为2.70，含水量为30％，干密度为13kN／m3，天然密度为17kN／m3，饱和密度为18.2kN／m3，则该土样的孔隙比e为（ B ）。
(A )e＝1.70 (B)e＝1.06 (C)e＝0.93 （D）e=0.859、已知某填土工程填料的天然密度17kN／m3，干密度14.5kN／m3，饱和密度18kN／m3，塑性指数I p＝14，液限w L＝33％，最佳含水量等于塑限，试问正确的施工方法是（ C ）。
土的物理性质指标换算关系
孔隙比与孔隙率的关系
Vv e n V 1 e
n e 1 n
2016/2/18
6
干密度与湿密度和含水率的关系
m d w d d 1 w V 1
d
1 w
2016/2/18
7
孔隙比与比重和干密度的关系
ms s d V 1 e
e
有效密度(浮密度): 地下水位以下，单位体积土颗
粒的质量与同体积水的质量之差
计算公式:
ms wVs粒体积之比
计算公式:
e VV / Vs
孔隙率:土中孔隙体积占土样总体积的百分比
计算公式:
Vv n 100% V
饱和度:孔隙中水的体积占孔隙体积的百分比
计算公式:
Vw Sr 100% VV
说明：与密度指标相对应，存在重度（容重）指标，即 天然重度、干重度、有效重度指标。
各种密度之间的比较
sat d
§2.3土的物理性质指标
2.3.2 指标的换算
土的密度、含水量、土粒比重是通过试验 测定，其他指标可由这三个指标换算得到。
2016/2/18 10
23土的物理性质指标20207246孔隙比与孔隙率的关系20207247干密度与湿密度和含水率的关系20207248孔隙比与比重和干密度的关系20207249饱和度与含水率比重和孔隙比的关系当土饱和时即为sr100则饱和含水率202072410浮密度与比重和孔隙比的关系
A基本指标（3个）——通过试验测定
天然密度：单位体积天然土样的质量(g/cm3或kg/m3) 计算公式: m /V
土力学实验
土的三个基本物性指标试验第一节土粒比重试验（比重瓶法）一、试验目的测定土粒比重，为计算土的孔隙比、饱和度以及为土的其他物理力学试验（如颗粒分析的密度计法试验、压缩试验等）提供必要的数据。
二、基本原理土粒比重是指土在温度100～105ºC下烘至恒重时的质量与同体积纯水在4ºC时质量的比值。
土粒的质量可用精密天秤测得。
土粒的体积一般应用排出与土粒同体积之液体的体积方法测得，通常用比重瓶法。
此法适用于粒径小于5mm或者含有少量5mm颗粒的土。
粒径大于5mm的土，则用虹吸筒法。
对于砂土，可用大型的李氏比重瓶法，其原理均与比重瓶法相似。
在用比重瓶法测定土粒体积时，必须注意，所排开的液体体积必须能代表固体颗粒的真实体积。
土中含有气体，试验时必须把它排尽，否则影响测试精度。
可用煮沸法或抽气法排除土内气体。
所用的液体一般为纯水。
若土中含有大量的可溶盐类、有机质、胶粒时，则可用中性液体，如煤油、汽油、甲苯和二甲苯，此时必须用抽气法排气。
三、仪器设备1、比重瓶：容量为100cm3或50cm3, 有短颈式与长颈式两种(图2-1)；2、分析天秤：称量200g，最小分度值0.001g；3、恒温水槽；准确度应为±1ºC；4、砂浴：能调节温度；5、真空抽气设备(图2-2)；6、温度计：测定范围为0～50ºC，精确至0.5ºC；7、其它：烘箱、纯水、中性液体、小漏斗、干毛巾、小洗瓶、磁钵及研棒、孔径为2mm筛等。
图2-1 比重瓶a-短颈式b-长颈式图2-2 抽气装置示意图1-压力表2-真空缸3-比重瓶接真空泵四、操作步骤1、土样的制备取有代表性的风干土样约100g, 充分研散，并全部过2mm 的筛。
将过筛风干土及洗净的比重瓶在100～105ºC 下烘干；取出后置于干燥器内，冷却至室温称量后备用。
2、测定干土的质量称烘干土15g , 通过漏斗装入已知质量的烘干比重瓶中，然后在分析天平上称得瓶加土的质量(精确至0.001g )，减去瓶的质量即得土粒质量m s 。
ch2 土的物理力学指标及分类
土工原理
水利工程学院
例题分析 【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度Gs=2.7,含水量
ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称 得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量 ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密 实状态
ms 2 1.45 g / cm 3 V Gs w 1 0.86
相对密实度
土工原理
Dr
emax e 0.42 ∈（1/3,2/3] 中密状态 emax emin
水利工程学院
d min
2.7 土的工程分类 一、分类的目的和原则
土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分 成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在 不同土类间作有价值的比较、评价、积累经验。
sat w sat d
土工原理
水利工程学院
三、换算指标
（1）土的孔隙率
定义：土中孔隙所占总体积之比，用百分数表示。 物理意义：表示土中孔隙大小的程度。
Vv n 100% V
单位： % 范围：粘性土和粉土:(30~60);砂土: (25~45)。
e Gs (1 ) 2.7(1 0.0943 ) 1 1 0.78 1.66
【解答】 砂土在天然状态下的孔隙比
砂土最小孔隙比
d max
m s1 1.62g / cm3 V
砂土最大孔隙比
d min
emax
emin
Gs w
d max
1 0.67
【解答】 m 187 167 100% 11.98%
公路工程土的基本物理性质试验检测方法
公路工程土的基本物理性质试验检测方法公路工程中土的基本物理性质试验检测方法主要包括土的颗粒大小分析、孔隙度和含水率的测定等。
以下是一些常用的试验检测方法：
一、土颗粒大小分析
1.湿筛分析法：将土样经过一系列不同孔径的筛子进行筛分，然后根据不同筛孔中的土的质量与总土样质量的比值，可以得到不同颗粒大小的土的百分含量。
2.液限和塑限测定：通过此试验可以了解土的塑性和塑性指数。
液限用于表示土中黏性和细粒含量，塑限表示整个黏土颗粒之间的协调作用。
二、孔隙度和含水率的测定
1.孔隙度测定：孔隙度是指土壤中的孔隙空间所占的比例，可以通过测定土样的容重和实重来计算孔隙度。
2.含水率测定：含水率是指土壤中水分所占的比例，可以通过测定土样的质量在不同温度下进行加热干燥，然后计算干土的质量与湿土的质量的比值，即可得到含水率。
三、扩展试验
1.扩展比测定：扩展比是指土体经过外力作用下的应力变化对体积变化的响应能力。
可以通过进行压缩试验和剪切试验来测定土的扩展比。
2.压缩试验：通过施加一定的应力，观察土样的变形来测定土的压缩性和压缩指数。
3.剪切试验：通过对土样施加剪切应力，测定土样的剪切应变与剪切应力的关系，可以得到剪切强度参数。
四、强度试验
1.压缩强度试验：通过对不同应力下进行的压缩试验，测定土的抗压强度。
2.抗剪强度试验：通过对土样进行剪切试验，测定土的抗剪强度。
以上是一些常见的公路工程土的基本物理性质试验检测方法，通过这些试验可以了解土的颗粒大小、孔隙度、含水率和强度等基本特性，为公路工程设计和施工提供依据。
土力学课后习题答案
第一章 土的组成和物理分析1.1 已知土样试验数据为：土的重度19.03/kN m ，土粒密度2.713/g cm ，土的干重度为14.53/kN m ，求土样的含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。
解：（1） 含水率()()(19.014.5)100%100%100%100%31.03%14.5w d d s d dm V w m V γγγγγγ−−−=×=×=×=×= （2） 孔隙比(1) 2.71(131.03%)10110.86919.0s w g e ργ+×+×=−=−=（3） 孔隙率19.0110.46(1)2.7110(131.03%)s n g w γρ=−=−=+××+（4） 饱和度31.03% 2.71100.9680.86910.0s r ww g s e ργ××===×1.2某土样采用体积为1003cm 的环刀取样试验，用天平测得环刀加湿土的质量为241.0g ，环刀质量为55.0g ，烘干后土样质量为162.0g ，土粒比重为2.70,。
计算该土样的含水率w ，饱和度r S ，孔隙比e ，孔隙率n 及天然密度，饱和密度sat ρ，有效密度'ρ和干密度d ρ，并比较各种密度的大小。
解：湿土质量：241.055.0186.0m g =−= 土的湿重度：3186.21018.6/100mg kN m V γ×=== 含水率：186.0162.0100%100%100%14.8%162.0w s s s m m m w m m −−=×=×=×= 饱和度：[][]18.6 2.701014.8%60.0%(1)10 2.710(114.8%)18.6s r w s gwS g w γργργ×××===+−×××+−孔隙比：14.8% 2.70100.66660.0%10.0s r ww g e S ργ××===×孔隙率：0.6660.40110.666e n e ===++ 天然密度：3186.01.86/100m g cm V ρ===饱和密度：30.6661.010*******.666 2.02/100w s w v s sat e V m V m e g cm V Vρρρ+××++++====有效密度：'32.02 1.0 1.02/sat w g cm ρρρ=−=−=干密度：3162.01.62/100s d m g cm Vρ=== 比较各种密度的大小：'sat d ρρρρ>>>1.3土样试验数据见表1-16，求表内空白项的数值。
试验二土粒比重_孔隙比_孔隙率及饱和度试验
正修科技大学土壤力学试验试验二土粒比重、孔隙比、孔隙率及饱和度试验摘要本试验是测定土壤之土粒比重、孔隙比、孔隙率及饱和度，并依照ASTMD854-92规范来进行试验，土样仍取用液性限度仪旁的土壤，求土壤之土粒比重Gs，并用试验一土壤之湿单位重γm、含水量w以及干单位重γd三个参数，来计算孔隙比e、孔隙率n以及饱和度S，所有的试验过程，且由试验结果的数据，可提供土壤之一般参数，作为工程应用参考数据。
试验结果平均土粒比重G s＝2.62平均土粒孔隙比e＝0.62平均土粒孔隙率n＝38.39％平均土粒饱和度S＝73.60％班级：四土三甲组别：第七组姓名 :李岳升学号：49502102授课教师：杨全成试验日期：97/03/12成绩：一、试验目的预求土壤之土粒比重G s ，并配合试验一土壤之湿单位重γm 、含水量w 及干单位重γd 三个参数，以计算孔隙比e 、孔隙率n 及饱和度S 。
提供土壤之一般参数，作为工程应用参考之依据。
二、试验说明 基本定义：(1)土粒比重(Specific Gravity of Solid Matter)G s土粒之单位重(γs )与4℃水之单位重(γw )比值称为土粒比重。
(一般约2.5～2.7) s s s s w w G ==G (4C)γγγγ⇒其中 γw (4℃) = 1.00 g/cm 3= 1.00 t/m 3= 1000 kg/m 3= 9.8 KN/m 3= 62.4 lt/ft 3土粒之比重用试验方法直接求出之公式：ss w s 21W G =G W +W -W ⨯其中 W s = 干土重。
W 1 = 比重瓶＋干土＋水重。
W 2 = 比重瓶＋水重。
G w = 温度T℃蒸馏水比重。
如表2－1所示。
表2-1 水之单位重与温度之关系(2)孔隙比(Void ratio)e土壤内孔隙体积(V v )与土粒体积(Vs)之比值称为孔隙比，通常以百分比表示之。
v s Ve=100%V n e=1-n⨯(3)孔隙率(Porosity)n土壤内所含孔隙之体积(V v )与土壤之总体积(V)比值称为孔隙率，通常以百分比表示之。
土的三相指标
分数表示。
Sr
Vw Vv
100%
三 特殊条件下的土的密度
1 土的干密度ρd
土的干密度：土单位体积中固体颗粒的质量。
d
ms V
图1 土的三相图
三 特殊条件下的土的密度
2 土的饱和密度ρsat 饱和密度：土孔隙充满水时的单位体积土的质量。
密度含水量土粒比重描述孔隙体积相对含量的指标孔隙比孔隙率饱和度特殊条件下的土的密度干密度饱和密度浮密度密度与重度的关系一试验直接测定指标一试验直接测定指标土的密度
2.1 概述
▪ 土的定义：土是岩石风化的产物。 ▪ 地质学观点，土是无胶结或弱胶结的松散的松散
沉积体，或是三相组成的分散体。 ▪ 土质学观点，土是无粘性或有粘性的具有土骨架
e
1
土的三项图
描述孔隙体积相对含量的指标 孔隙比、孔隙率、饱和度
特殊条件下的土的密度 干密度、饱和密度、浮密度
密度与重度的关系
一 试验直接测定指标
1 土的密度ρ
土的密度：土单位体积的质 量，用ρ表示，g/cm3。
m V
图1 土的三相图
土的密度常用环刀法、灌砂、灌水法测定。
土的密度ρ
▪ 测定方法：环刀法
密度：环刀法
一 试验直接测定指标
2 土的含水率w
土的含水率：土中水的质量
与土粒的质量之比，以百分
数表示。
w
m w
100%
m s
土的含水量常用烘干法测定。
图1 土的三相图
烘干法测含水量
一 试验直接测定指标
3. 土粒比重Gs
土粒比重：土粒质量与同体 积4℃时纯水的质量之比。无 量纲。
土的三相比例指标
第二节 土的三相比例指标土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标。
所谓土的物理性质指标就是表示土中三相比例关系的一些物理量。
土的物理性质指标可以分为两类：1．必须通过试验测定的，如含水率，密度和土粒比重2．可以根据试验测定的指标换算的，如孔隙比，孔隙率和饱和度等。
（s g ）-土粒质量(w g )-土中水质量m (g )-土的总质量-土粒体积-土中水体积-土中气体积-土中空隙体积V-土的总体积一、试验指标（1）土的密度（天然密度）ρ：天然状态下，单位体积土的质量，单位为3/cm g 或3/m t 即：Vg =ρ 天然密度变化范围较大。
一般粘性土3/0.28.1cm g -=ρ；砂土3/0.26.1cm g -=ρ；腐殖土3/7.15.1cm g -=ρ。
天然密度一般用"环刀法"测定，用一个圆环刀（刀口向下）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内，称得环刀内土样质量，求得它与环刀容积之比值即为其密度。
（2）土粒密度（比重）：干土粒质量s g 与其体积s V 之比，即：ss V g s =ρ土粒相对密度：土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比，一般用s d 或s G 表示，无量纲。
即：式中s ρ－土粒密度（3/cm g ）；1w ρ－纯水在4℃时的密度（单位体积的质量），等于13/cm g 或者13/m t 。
试验测定方法：比重瓶法实际上，土粒比重在数值上就等于土粒密度，但前者无因次。
土粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.6－2.8；有机质土为2.4－2.5。
同一种类的土，其比重变化幅度很小。
土粒比重可在试验室内用比重瓶测定。
将置于比重瓶内的土样在105-110℃下烘干后冷却至室温用精密天平测其质量，用排水法测得土粒体积，并求得同体积4℃纯水的质量，土粒质量与其比值就是土粒比重。
由于比重变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。
土的物理性质指标
e wsat Gs
wsat 饱和含水率
浮密度与比重和孔隙比的关系
ms Vs w s w Gs 1w
V
1 e
1 e
表达式 ：
Gs
ms
Vs (w )4c
s (w )4c
Gs
Vs
ms g
( w )4c
土的比重Gs
测定方法：
比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加 水的质量m1。然后把烘干土若干克(ms)装入空 比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质 量m2，按下式计算土粒比重
Gs
m1
ms ms
m2
土的比重Gs
密 定义：单位体积土的质量，用ρ表示
度 单位： Mg/m3或 g/cm3
Mg /gm/ 3m3
表达式： m ms mw ma
V Vs Vw Va
容 定义：单位体积土的重量，用γ表示
重
单位：KN/m3
表达式：
W V
m g V
g
土的密度ρ和容重γ
测定方法：环刀法
土的比重Gs
定义：
土的质量（或重量）与同体积4℃时纯水的 质量之比（无因次）
土的物理性质指标的分类
一类是必须通过试验测定的，如含水率、 密度和土粒比重，称为直接指标；
一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、 孔隙率、饱和度等，称为间接指标
土的三相图
为便于说明这 些物理性质指 标的定义和它 们的换算关系， 常用三相图表 示土体内三相 的相对含量。
试验直接测定的物理性质指标
～土的密度ρ和容重γ
孔隙比与孔隙率的关系
n Vv e V 1e
e n 1 n
干密度与湿密度和含水率的关系
m d
土的物理性质指标
sat
ms
Vv w
V
sat sat g
取值：一般为1.8~2.3 g/cm3。
（3）土的有效密度ρ'和有效重度γ'
扣除水的浮力后单位体积土的质量
ms
Vs w
V
sat
w
g sat w
取值：一般为0.8~1.3 g/cm3。
讨论：同种类土 γsat，γd，γ‘ ， γ四个指标的
地基基础
表示土的三相组成比例关系的指标,称为土的物理性质指标。
（一）土的三相草图
为了便于说明和 计算，用三相组成示 意图来表示各部分之 间的数量关系。
气 水
土粒
（二）由试验直接测定的指标
1. 土的密度 ρ和重力密度γ
m g
V
式中: 重力加速度g工程中可取10m/s2。 天然状态下，土的密度变化范围较大，一般介于
1.60～2.20 g/cm3之间 。
测定方法: 环刀法和灌水法。
环刀法适用于黏性土、粉土与砂土；灌水法适用于 卵石、砾石与原状砂。
2. 土粒比重（土粒相对密度）ds
土粒的密度与40C时纯水的密度的比值（无量纲）
即
ds
s w
ms
Vs w
式中：ρw=1 g/cm3。
取值：在有经验的地区可按经验值选用。一般砂土为
大小排序。
结论： 同种类土 γsat> γ > γd>γ‘
2. 反映土的松密程度的指标
（1）土的孔隙比e（以小数表示 ）
e Vv Vs
取值：一般砂土为0.5~1.0，黏性土为0.5~1.2。 工程应用：
用来评价天然土层的密实程度。当砂土e＜0.6时， 呈密实状态，为良好地基；当黏性土e＞1.0时，为软弱 地基。
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土壤力學實驗
試驗二土粒比重孔隙比孔隙率及飽和度試驗
摘要：
指導教授：楊全成副教授
班級：日四技土三甲
組別：第四組
學號：49502127
姓名：戴張隆
繳交日期：98年3月29日
評分：分
ㄧ.試驗目的
根據試驗規範CNS 5090(A3089)、ASTM D854-92，求土壤之土粒比重Gs ，並配合試驗一土壤之濕單位重m γ、含水量ω、乾單位重d γ三個參數，以計算孔隙比e 、孔隙率n 及飽和度S 。
提供土壤之一般參數，作為工程應用參考之依據。
二.試驗說明
孔隙比(Void Ratio)e 土壤內所含孔隙之體積(V V )與土粒之體積(S V )比值稱為孔隙比。
(0≦e ≦∞)
S
V V V e =
孔隙率(Porosity)n 土壤內所含孔隙之體積(V V )與土壤之總體積(V )比值稱為孔隙率，通常以百分比表示之。
(0%≦n ≦100%)
100%V
V n V ⨯=
飽和度(Degree of Saturation)S 土壤內所含水之體積(W V )與孔隙之體積(V V )比值稱為飽和度，通常以百分比表示之。
(0%≦S ≦100%)
100%V V S V
W ⨯=
土粒單位重(Unit Weight of Solid Matter)S γ 土壤內所含土粒之重量(S W )與土粒之體積(S V )比值稱為土粒單位重。
S
S S V W =
γ
土粒比重(Specific Gravity of Solid Matter)S G 土粒之單位重(S γ)與4℃水之單位重(W γ)比值稱為土粒比重。
(一般約為2.45~2.85)
()
W S S W S
S G C 4G γγγγ⨯=⇒︒=
其中W γ (4℃)=1.00()3
g/cm =1.00()3
t/m =1000()3
kg/cm =9.8()3
KN/m
=62.43/ft #
土粒之比重用試驗方法直接求出之公式：
W 1
2S S
S G W -W W W G ⨯+=
其中
S W = 乾土重。
1W = 比重瓶+ 乾土+ 水重。
2W = 比重瓶+ 水重。
W G = 溫度T ℃蒸餾水比重。
土壤天然性質間之基本關係 (1)e 1e n += (2)n
-1n e =
(3)ωs G Se =
三.試驗儀器
磅秤或電子秤、酒精燈*3、三腳架*3、石綿網*3、有塞比重瓶*3、蒸餾水、恆溫水槽、恆溫烘箱。
四.試驗步驟
五.試驗用表&結果總整
土粒比重、孔隙比、孔隙率及飽和度試驗之實例解說，如下表所示：
六.試驗討論問題
1.如何求得原狀土樣之飽和度及孔隙比?
(1)孔隙比(Void Ratio)e 土壤內所含孔隙之體積(V V )與土粒之體積(S V )比值稱為孔隙比。
(0≦e ≦∞)
()[]1-/G e d
W
S
γγ=
(2)飽和度(Degree of Saturation)S 土壤內所含水之體積(W V )與孔隙之體積(V V )比值稱為飽和度，通常以百分比表示之。
(0%≦S ≦100%)
飽和度，()100%/e G S S ⨯=ω
2.試寫出土粒比重試驗公式，並說明如何得各參數內容?
()[]W 12S S S G W -W W /W G ⨯+= S W = 乾土重。
1W = 比重瓶+ 乾土+ 水重。
2W = 比重瓶+ 水重。
W G = 溫度T ℃蒸餾水比重。
七.實驗心得
此實驗令人非常懊惱，原因重做3次都是水裝的太多，以至於煮沸時水會溢出，導致實驗需重做，而3次的教訓讓我們更警慎了。