土的物理性质指标换算关系..

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土的物理性质指标及其换算详解

ma(0)
buoyant unit weight） mw m
' ms Vs w g
V
Hale Waihona Puke mssat wA W
S
Va Vv
Vw V
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图 Three phase diagram
二、土的含水性及其指标
1 土的含水量（water
ma(0)
A
content）
细砂，粉砂 e<0.70 0.7e0.85 0.85<e0.95 e>0.95
粉土
e<0.75 0.75e0.9 e>0.90
砂土的密实度分类
砂土按相对密度Ｄｒ分类(p17)
Ｄｒ１Dr>0.67 0.67Dr>0.33 0.33Dr>0
砂土密实程度密实的中密的疏松的
四土的物理性质指标的测定及指标之间的换算
孔隙性对土的含水性和重量具有决定性意义
2、指标的测定与计算
土的基本物理性质指标： Gs、（）、w、e、n、Sr、 d（d）三个基本实测指标： Gs、（）、w 四个基本导出指标： e、n、Sr、 d（d）
3、各指标间的换算
（1）各指标之间的关系
d
e(n)
Sr
w 一定
Sr一定
Gs
w
正比关系
反比关系
（2）几个常用的重要关系
1.
d
1 w
2.e Gs w 1 d
3. Sr e Gs w
4. e n 1 n
n e 100% 1 e
1.
d
1 w
mg
V

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。

(整理)土的三相比例指标及换算关系推导

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。

三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。

为了推导土的三相比例指标，通常把在土体中的实际上处于分散状态的三相物质理想化地分别集中在一起，构成如图1－4所示的三相图。

在图1－4中，右边注明各相图的体积，左边注明各相的质量或重力。

土样的体积V 为土中空气的体积Va 、水的体积Vw 和土粒的体积Vs 之各；土样的质量m 为土中空气质量ma 、水的质量mw 和土粒的质量ms 之和；通常认为空气的质量可以忽略，则土样的质量就仅为水和土料质量之各。

图1－4 土的三相图三相比例指标可分为二种，一种是试验指标；另一种是换算指标。

一、试验指标通过试验测定的指标有土的密度、土料密度和含水量。

1．土的密度是单位体积土的质量，如令土的体积为V ，质量为m ，则土的密度ρ可由下式表示：1s sat d γλγ=-3(/)mg cm Vρ= （1－8a ）土的密度常用环刀法测定，其单位是g/cm 3，一般土的密度为1.60～2.20 g/cm 3。

对天然土求得的密度称为天然密度，相应的重度称为天然重度，以区别于其他条件下的指标，如下面要讲到的干密度、饱和密度和饱和重度等。

2．土粒密度s ρ是干土料的质量s m 与基体积s V 之比，由下式表示：3(/)ss sm g cm V ρ=（1－9）3．土的含水量w 是土中水的质量w m 与固体（土粒）的质量s m 之比，由下式表示：100%wsm w m =⨯ （1－10）含水量常用烘干法测定，是描述土的干湿程度的重要指标，常以百分数表示。

土的天然含水量变化范围很大，从干砂的含水量接近于零到蒙脱土的含水量可达百分之几百。

二、换算指标除了上述三个试验指标之外，还有六个可以计算求得的指标，称为换算指标，包括土的干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、有效重度、孔隙比、孔隙率和饱和度。

土力学土的物理性质指标

• 土颗粒比重：
指土体在105º-110ºC的温度下烘至恒量时的重量或
质量与土颗粒同体积的4ºC时蒸馏水的重量或质量之比。
Gs
Ws
Vs
Gs
ms
Vs
水的容重=9.81KN/m3，水的密度=1g/cm3
土颗粒的比重与土体中的水和气体无关
土颗粒比重一般介于2.65-2.75之间
• 测定方法：
比重瓶法、浮称法、虹吸筒法
1) 土颗粒体积
8) 浮密度
2) 孔隙体积
9) 湿密度
3) 土颗粒质量
10) 干密度
4) 水的质量
11) 孔隙率
5) 水的体积
12) 饱和度
6) 气体体积
13) 土颗粒的容重
7) 饱和密度
14) 土体的容重
• 已知，
求解-1
• 1）由
可得，
则土颗粒体积为：
• 2）孔隙体积为：
• 3）由
可得，土颗粒质量为：
Ws Vs (KN / m3 )
V
• 浮密度：指土体淹没在水下面的有效密度，这时土颗粒受到水的浮力作用，其有效质量减小。
ms Vs (g / cm3 )
V • 浮容重与浮密度的关系：
9.81
间接测定指标-5
• 干容重：指干土的容重，这时土体的孔隙中没有水。
d
Ws V
(KN
s 9.81s
直接测定指标-3
• 土体的容重：指单位体积土体的重量。也称湿容重、
天然容重。 W (KN / m3 )
V • 土体的密度：指单位体积土体的质量。也称湿密度、
天然密度。 m (g / cm3 )
V
• 土体的容重一般介于16.0-19.0KN/m3，

土力学与地基基础汇总

V
V
ms +Vv
V
V
sat
ρd
=
ms V
ds（1＋ω）ρw dsρw ωdsρw
四、指标间的换算
质量m
气水
Vv=e
体积V
1+e
土粒
Vs＝1
换算关系式：
e = ds ρw －1 = ds (1 + ω) ρw －1
ρd
ρ
ρsat
=
ms
+VV ρw V
=
(ds + e) ρw 1+e
sat
w
(ds－1)w
土力学与地基基础
土的物理性质指标
土的三相比例指标
一、土的三相图
Vw Va Vv
mw
质量m
气水
土粒
体积V
m
Vs V
ms
二、直接指标
m
mw
质量m
气水
Vw Va Vv
体积V
1.土的密度ρ：单位体积土的质量
m ρ= =
ms + mw
V Vs +Vw +Va
ms
土粒
Vs V
工程中常用重度来表示单位体积
五、例题分析
【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干
后的，含干水土量ω质、量密为度16ρ7g、。重若度土粒、的干相重对度密度d 、ds为孔2隙.6比6，e、求饱该和土度样Sr、饱和重度sat和有效重度
【解答】
ω=
mω
187－167 ×100 % =
= 11.98%
ms
167
=
0.1198×2.66 0.593

土的物理性质指标及其换算

A W S
体积
Va Vw
Vv
V
W /V
（2）重力密度（重度、容重 unit weight）
ms
Vs
(Ws Ww ) /(Vs Vv ) m g / V g 9.81 (kN / m )
3
质量 mass
volume
分析：密度和重度综合反映了土的物质组成与结构
（3）饱和重度（密度）（saturated unit weight）
砂土的密实度分类
砂土按相对密度Ｄｒ分类(p17)
Ｄｒ１Dr>0.67 0.67Dr>0.33 0.33Dr>0 砂土密实程度密实的中密的疏松的
四土的物理性质指标的测定及指标之间的换算
1、土的物理性质指标与土的物质组成、结构的关系 2、指标的测定与计算 3、各指标间的换算
1、土的物理性质指标与土的物质组成、结构的关系
A W S
体积
Va Vw
Vv
V
Vs
水体积 Vw
土粒体积 Vs 总体积 V=Vv +Vs 孔隙体积 Vv
质量 mass volume
土的三相图 Three phase diagram
一、土的质量和重量
1 土粒的比重（specific gravity）
ma(0) mw
m ms
A W S
体积
Va Vw
第三节
土的物理性质指标及其换算
土的物理性质是表征土的物理状态的一系列性质
如:重量、含水性、孔隙性等
土的物理性质指标是评价和判断土的工程性质的重要依据。
A W S
以质量计：空气质量 ma 0 水质量 mw

土的物理性质指标换算公式

土的物理性质指标换算公式土壤的物理性质是指土壤固有的一些属性，这些属性可以通过一些指标来进行测量和描述。

常用的土壤物理性质指标包括土壤的颗粒组成、容重、孔隙度、水分保持能力等。

下面我们将分别介绍这些指标的换算公式。

1.颗粒组成：土壤的颗粒组成可以用不同粒径的粒子百分含量来衡量，常用的粒子粒径有砂粒（粒径 > 0.05mm）、粉粒（粒径为0.05-0.002mm）、黏粒（粒径 < 0.002mm）。

颗粒组成可以通过湿筛分析法来测定，其中不同粒径的颗粒质量除以总质量即可得到百分含量。

2.容重：土壤的容重是指单位体积土壤的质量，可以通过测量土壤的体积和质量来计算。

常用的换算公式为：容重 = 土壤的质量 / 土壤的体积。

容重的单位一般为g/cm³或kg/m³。

3.孔隙度：孔隙度是指单位体积土壤中孔隙空间的比例，可以用来衡量土壤的通气和排水性能。

孔隙度可以通过测量土壤的容重和颗粒密度来计算。

常用的换算公式为：孔隙度=(1-容重/颗粒密度)×100%。

孔隙度的单位为%。

4.饱和水分量：饱和水分量是指土壤中完全饱和状态下所含有的水分量，可以通过浸水法来测定。

常用的换算公式为：饱和水分量=(饱和土壤质量-干土质量)/干土质量×100%。

饱和水分量的单位为%。

5.田间持水量：田间持水量是指土壤在田间条件下能够保持的有效水分量，可以通过田间试验来测定。

一种常用的换算公式为：田间持水量=(采样湿土重-干土重)/采样湿土重×100%。

田间持水量的单位为%。

6.毛管持水力：毛管持水力是指土壤中毛细管作用下能够保持的有效水分量，可以通过压汞法或毛细管法来测定。

换算公式可以根据不同的实验方法而有所不同。

以上是常见的几个土壤物理性质指标的换算公式。

需要注意的是，不同的指标可能需要使用不同的实验方法和测量仪器，具体的换算公式也会有所差异。

因此，在进行土壤物理性质指标的测量和换算时，需要根据具体的实验方法和仪器来选择相应的公式。

土的物理性质指标换算关系

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
➢测量方法: 环刀法
➢常见值:1.6---2.2
❖含水量：土中水的质量与土颗粒质量之比(百分数)
➢计算公式:
w mw / ms
➢测量方法: 烘干法、燃烧法
❖土粒比重(土颗粒相对密度): 土颗粒的质量与同体积
100%
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。
孔隙比与孔隙率的关系
n Vv e V 1e
则
e wsat d s
wsat 饱和含水率
2020/4/2
9
浮密度与比重和孔隙比的关系
ms Vs w s w ds 1w
V
1 e
1 e
2020/4/2
10
的4℃时的纯水的质量之比(无量纲)
➢计算公式: d s s / w
➢测量方法: 比重瓶法
B导出指标（6个）——根据直接指标换算
❖干密度：单位体积土样中土颗粒的质量
➢计算公式: d ms / V
❖饱和密度：单位体积土样在饱和状态下的质量
➢计算公式:
sat
ms
wVV
V
❖有效密度(浮密度): 地下水位以下，单位体积土颗粒
e n 1 n
2020/4/2
6
干密度与湿密度和含水率的关系
m V
d
wd

2土的物理性质及分类

m ds (1 )
V
1 e
d

ms V

dsw
1e

1
e ds (1 )w 1
e ds w 1 ds (1 )
d

土的三相物理指标换算
sat

ms
VV w
V

(ds e)w
1 e
' ms Vs w ms (V VV )w
例题
标准贯入试验
标准贯入试验(SPT)是动力触探的一种，它利用一定的锤击动能（锤重 63.5±0.5kg，落距 76±2cm），贯入阻抗用贯入器贯入土中30cm的锤击数N表示，N63.5也称为标贯击数
建筑地基土的分类
按《建筑地基基础设计规范》GB50072002和《岩土工程勘察规范》GB500212009，建筑地基土可分为碎石土、砂土、粉土、黏性土及其它特殊类土。
砂质粉土：粒径小于0.005mm的颗粒含量不超过全重10% 黏质粉土：粒径小于0.005mm的颗粒含量超过全重10%
黏性土是指塑性指数Ip大于10的土。
又可分为粉质黏土和黏土两类。详见P55, 表2-19
特殊土
具有一定的分布区域或工程意义，具有特殊成分、状态和结构特征的土。
1. 湿陷性土； 2. 红黏土； 3. 软土（淤泥、淤泥质土、泥炭质土等） 4. 混合土； 5. 填土； 6. 多年冻土； 7. 膨胀岩土； 8. 盐渍岩土
碎石土是粒径大于2mm的颗粒含量超
过全重的50%的土。详见P55,表2-16
砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超
过全重50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。详见P55,表2-17

土力学-1.土的物理性质及工程分类-1.3 土的三相比例指标

饱和密度ρsat ：土体中孔隙
完全被水充满时的土的密度
学
资
土粒
sat

ms
Vv
V
环浮密度ρ ：土单位体积内土安粒质量与同体积水的质量之差
学
院
ms Vs
V
干密度ρd ：单位体积中固
体颗粒部分的质量
d

ms V
土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的密度
土 ρ，饱和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ (kg/m3),相应的重力度指标也有4个，土的重度，饱和重度sat，干重度d，浮学重度 (kN/m3)

m ms
g
100 % 187 167 11.98% 167
1.87 10 18.7kN / m3 d

m 187 1.87g / cm3
V 100
d
g

167 100
10

16.7kN
/
m3
e Gs (1 ) 1 2.66(1 0.1198 ) 1 0.593
院
e Gs w 1 Gs (1 ) w 1
d

土
sat

ms
VV w
V

(Gs e)w
1 e
d

ms V

Gs w
1 e
1
n VV e V 1e
力学

sat

(Gs 1)w
1 e
Sr
Vw VV
mw
VV W
Gs
e
南五、例题分析

土的三相比例指标精选文档

土的三相比例指标精选文档TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-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：V g=ρ天然密度变化范围较大。

一般3/0.28.1cm g -=ρ；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 Vg 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－；有机质土为－。

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。

土的三相组成及物性指标换算

一、土的三相组成及物性指标换算：了解：土的形成过程。

广泛分布在地壳表面的土,主要特征是分散性、复杂性和易变性。

因其组成是由固体颗粒和孔隙及存在于孔隙中的水和气体的分散体系,土颗粒之间没有或只有很弱的联结,因而土的强度低且易变形。

由于受不同自然力作用且于不同的环境下沉积,构成土的分布和性质方面的复杂性。

又因为土具有分散性,它的性质极易受到外界温度和湿度的变化而发生变化,表现出多变性。

土的这些特征无疑都将反映到它的物理、化学和力学性质中。

在工程建设中,土往往是作为不同功能的研究对象。

如在土层上修建房屋、桥梁、道路、堤坝时,土对路堤、是用来支承建筑物传来的载,这时士是被用作地基土坝等土工构筑物,土则被用作为建筑材料;对于隧道、涵洞及地下建筑物,这时土成为建筑物周围的介质或环境。

对于土的不同用途,在测试的内容上亦有所不同。

熟悉：（1）、土的三相组成。

( 一 ) 三种组成物质的基本状况1. 固相 : 土的固相物质分为元机矿物颗粒和有机质 ,成为土体的骨架。

矿物颗粒由原生矿物和次生矿物组成。

原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物 ,如石英、长石、云母等。

原生矿物经化学风化作用后发生化学变化而形成新的次生矿物 ,如三氧化二铁、三氧化二铝、次生二氧化硅、粘土矿物及盐类等。

次生矿物按其与水相互作用的程度,可分为可溶于水与不可溶于水的土颗粒。

溶于水的按其溶解的难易性,又可分为易溶、中等溶解和难溶的土颗粒。

次生矿物的成分和性质比较复杂,对土的工程性质影响较大。

土在风化过程中,往往有微生物参与,在土中产生有机质成分。

在土中有机质成分分解完善的 ,称为腐殖质土。

若土中有机质成分分解不完善,尚存在有残余物的称为泥炭。

有机质成分对土的工程性质产生不利影响 ,在公路工程中不应采用。

2. 液相: 土的液相是指土孔隙中存在的水。

一般把这种水看成与自由水一样 ,是无色、无味、无嗅的中性液体,其密度等于 lg/cm3, 容重为 9.81KN/m3, 在0℃时冻结 ,在100℃时沸腾。

土的物理性质指标换算

土的物理性质指标的换算模块二土的物理性质指标一、土的物理性质指标汇总类别指标名称符号定义式单位求得方法由试验直接测定比重G s=×比重瓶法等土粒密度ρs=g/cm3天然密度ρ=g/cm3环刀法、蜡封法等天然重度γ=∙kN/m3含水量ω=×100%%烘干法等类别指标名称符号单位求得方法由计算间接求得干密度ρd g/cm3=1+干重度γd kN/m3=∙=B1+饱和密度ρsat g/cm3B=+∙饱和重度γsat kN/m3B=B∙浮重度γ’kN/m3′=B−饱和度S r%=B 孔隙度n%=1−孔隙比e1=−1二、指标换算应用例2-1n 孔隙度 =−1n 干重度 =∙=B1+已知某土样的天然重度γ=19.0kN/m 3，，土的比重G s =2.71，含水量ω=23.7%，是计算该土样的饱和度、孔隙比、孔隙度、干重度和饱和重度。

ρ=1.9 g/cm 3ρs =2.71 g/cm 3n 饱和重度 B =B ∙= +∙ ∙n 饱和度 =B n 孔隙比 =1−l 干密度=1+=1.91+23.7%=1.536g/cm 3l 干重度=∙=1.536×10=15.36kN/m 3l 孔隙度 =−1=2.711.536−1=0.76l 孔隙比 =1−=1−2.711.536=43.4%l 饱和度 =B=23.7%×2.710.76=84.5%l 饱和重度 B =B ∙= +∙ ∙= 1.536+0.434 ×10=19.69kN/m 3例2-2原状粘性土试样的室内试验结果如下：比重G s=2.70，土样湿的和烘干后的质量分别为2.10g和1.25g。

假定湿的土样饱和度S r=0.75，试确定试样的孔隙比e和孔隙率n。

n含水量=×100%= 2.10−1.251.25×100%=68=例2-2原状粘性土试样的室内试验结果如下：比重G s=2.70，土样湿的和烘干后的质量分别为2.10g和1.25g。