土的物理性质指标
土的基本物理性质指标
土的基本物理性质指标土壤是地壳的重要组成部分，具有一系列基本的物理性质指标。
这些性质指标包括土壤颗粒组成、孔隙度、比表面积、容重、水分特性曲线、渗透性和热传导等。
这些性质指标对土壤的肥力、水分管理、生态环境等方面都有重要影响。
以下将详细介绍土壤的基本物理性质指标。
1.颗粒组成土壤由不同大小的颗粒组成，主要有砂粒、粉粒和黏粒三种。
其中，砂粒是直径大于0.02 mm的颗粒，粉粒是直径在0.002-0.02 mm之间的颗粒，黏粒是直径小于0.002 mm的颗粒。
颗粒组成对土壤的质地和通气性有重要影响。
2.孔隙度孔隙度是指土壤中孔隙容积与总体积之比，它决定了土壤的保水性和透气性。
孔隙度的大小与土壤的颗粒组成、压实度等因素有关。
3.比表面积比表面积是指单位质量土壤的表面积。
比表面积越大，表示土壤颗粒的细小程度越高，对水分和养分的吸附能力也越强。
4.容重容重是指土壤单位体积的质量。
容重的大小与土壤的颗粒组成、孔隙度等因素有关。
容重较大则表示土壤的压实度高，根系伸展和水分渗透受到限制。
5.水分特性曲线水分特性曲线描述了土壤中水分随土壤水势的变化关系。
这个曲线反映了土壤的持水能力、排水性能和水分利用能力。
6.渗透性渗透性是指土壤中水分通过土壤的能力，它受到土壤的孔隙度、颗粒组成和压实度等因素的影响。
渗透性的好坏对土壤的排水、保水和根系生长都有重要影响。
7.热传导热传导是指土壤中热量传导的能力，它影响了土壤的热环境和植物生长。
土壤的热传导能力取决于土壤的颗粒组成、含水量和密实度等因素。
在土壤的物理性质中，各项指标相互关联、相互作用。
例如，孔隙度和颗粒组成决定了土壤的通气性和保水性，而渗透性和容重指标影响了土壤的水分利用能力。
这些物理性质指标的变化都会对土壤的可利用性、水分管理和植物生长产生重要影响。
总之，了解土壤的基本物理性质指标对于科学合理地利用土地、提高农作物产量、保护生态环境等方面具有重要意义。
土的三项基本物理性质指标
土的三项基本物理性质指标土的物理力学基本指标知识点主要分为：质量密度；孔隙比；孔隙率；含水量；饱和度；界限含水量；液限；塑限；塑性指数；液性指数；渗透系数；内摩擦角与黏(内)聚力等。
土的物理力学基本指标土的三相(固体颗粒、水和气)组成特性，构成了其许多物理力学特性。
相同成分和结构的土中，土的三相之间具备相同的比例。
土的三相共同组成的重量和体积之间的比例关系相同，则土的重量性质(重、轻情况)、不含水性(含水程度)和孔隙性(规整程度)等基本物理性质各不相同，并随着各种条件的变化而发生改变。
比如对同一成分和结构的土，地下水位的增高或减少，都将发生改变土中水的含量;经过压实,其孔隙体积将增大。
这些情况都可以通过适当指标的具体内容数字充分反映出。
土的物理力学基本指标主要有: ①质量密度；②孔隙比；③孔隙率；④含水量；⑤饱和度；⑥界限含水量:黏性土由一种物理状态向另一种物理状态转变的界限状态所对应的含水量；⑦液限:土由流动状态转入可塑状态的界限含水量，是土的塑性上限，称为液性界限，简称液限；⑧塑限:土由可塑状态转为半固体状态时的界限含水量为塑性下限，称为塑性界限，简称塑限；⑨塑性指数:土的液限与塑限之差值；⑩液性指数:土的天然含水量与塑限差值与塑性指数之比值；⑾渗透系数:土被水透过称为土的渗透性，水在土孔隙中流动则为渗流。
在一定水力梯度下，渗流速度反映土的渗透性强弱，渗透系数是渗流速度与水力梯度成正比的比例系数；⑿内摩擦角与黏(内)聚力:土的抗剪强度由滑动面上土的黏聚力(阻挡剪切)和土的内摩阻力两部分组成，摩阻力又与法向应力成正比，其中内摩擦角反映了土的摩阻性质。
因而内摩擦角与黏聚力是土抗剪强度的两个力学指标。
土的物理力学性质及其指标
土的物理力学性质及其指标1. 体积重是指土壤单位体积的质量，通常用单位是千克/立方米（kg/m^3）或兆帕（MPa）表示。
体积重是土壤力学性质的重要参数，它直接影响土体的承载能力和稳定性。
体积重的大小与土壤颗粒密度、含水量和孔隙度有关。
2.孔隙比是指土壤中孔隙体积与总体积的比值，即孔隙度。
孔隙比能够反映土壤孔隙结构和孔隙连通性，对土壤的透水性、保水性和通气性等性质有重要影响。
孔隙比的大小与土壤颗粒颗粒的形态、大小和堆积密度等因素有关。
3.毛细吸力是指土壤孔隙中水分上升或下降所受到的作用力。
毛细吸力与土壤含水量、孔隙度、土壤颗粒大小和水表面张力等因素有关。
毛细吸力对土壤水分运移和供水能力有着重要影响，也是评价土壤保水能力和透水性的重要指标。
4.剪切强度是指土壤在剪切应力作用下的抗剪能力。
剪切强度是土体抗剪破坏的重要参数，直接影响土壤的稳定性和承载力。
土壤的剪切强度与土壤颗粒间的内聚力、黏聚力和有效应力等有关。
此外，还有一些与土壤物理力学性质相关的指标，如孔隙水压力、压缩系数、孔隙率等。
5.孔隙水压力是指土壤孔隙中水分所受到的压力。
它与土壤含水量、孔隙度和毛细吸力等因素有关。
孔隙水压力对土壤水分状态和土壤力学性质具有重要影响。
6.压缩系数是指土壤在外力作用下体积变化与应力之间的关系。
压缩系数反映土壤的压缩性质，与土壤的固结和液化等问题密切相关。
7.孔隙率是指土壤孔隙体积与总体积的比值，即孔隙系数。
孔隙率能够反映土壤孔隙结构和蓄水性能，也是评价土壤质地和透水性的一项重要指标。
这些物理力学性质和指标是描述土体力学性质和水分运移特性的重要参数，对土壤科学研究、土壤工程设计和农田管理等具有重要的理论和实际意义。
各土层物理力学性能指标
各土层物理力学性能指标土层物理力学性能指标是描述土体固体物理性质的指标，可以用来评价土体的稳定性、抗冲刷性、渗透性等，常用指标包括体积重、单位重、孔隙比、含水率、饱和度、压缩性和剪切性能等。
1.体积重：体积重是指单位体积土体所受重力的大小。
体积重与土壤颗粒的密度有关，一般通过测定单位体积土样的质量和体积来计算。
体积重的大小直接关系到土壤的承载力和稳定性。
2.单位重：单位重是指单位体积土体的质量。
它是体积重的倒数，单位是kN/m3、单位重通常用来计算土体的水力学性质、液化性、动力响应等。
3.孔隙比：孔隙比是指土体中孔隙体积与总体积之比，是衡量土质疏松程度和渗透性的重要指标。
孔隙比越大，土体的渗透性越好。
4.含水率：含水率是指土体中含有的自由水的质量与干土质量之比。
含水率的大小直接影响土体的拟静力稳定性、渗透性、压缩性等。
5.饱和度：饱和度是指研究对象中孔隙中所含水的体积与总体积之比。
饱和度直接影响土体的渗透性、固结性、剪切强度等。
6.压缩性：压缩性是指土体在所受应力作用下体积发生变化的能力。
土壤的压缩性与孔隙分布和组成、饱和度、孔隙比等因素密切相关。
7.剪切性能：剪切性能是指土壤在受到剪切应力作用下的变形能力。
剪切性能是评价土体的抗剪强度和变形特性的重要指标。
除了上述指标外，还有其他一些指标也常用于描述土层的物理力学性能。
例如：-泊松比：泊松比是指材料在受到拉伸或压缩时沿着应变方向的变化与垂直方向的变化之比。
泊松比是评价土体的压缩性和弹性度量的重要指标。
-弹性模量：弹性模量是指材料在受力后恢复原状的能力。
弹性模量是衡量土壤抗剪切性能和变形能力的重要参数。
-液塑限度：液塑限度是指土壤从固态过渡到半固态和可塑态的水分含量范围。
液塑限度对土壤的可塑性和压缩性具有重要作用。
这些土层物理力学性能指标可以根据实际需要在实验室中进行土壤试验，以了解土体的性质，为土方工程、地基处理、地质工程设计等提供依据。
第二章土的物理性质指标
液限wl
强结合水膜最大
出现相当数量自由水
§2.3 黏性土的物理特性
测定塑限的方法： 搓滚法和液、塑限联合测定法
。 测定液限的方法：
碟式仪法和液、塑限联合测定法
液、塑限联合测定法： 塑限－5秒入土2mm时的含水率 17mm液限－ 5秒入土17mm时的含水率
圆锥体入土深度与含水量的关系
§2.3 黏性土的物理特性
§2.3 黏性土的物理特性
密实度 稠度
土的物理性质指标
(三相间的比例关系)
表 示
土的物理状态
粗粒土的松密程度
影响
粘性土的软硬状态
力学特性
土的物理状态指标
§2.3 黏性土的物理特性 粘性土最主要的物理状态特征与含水量有关
粘性土 含水量
较硬 变软 流动
§2.3 黏性土的物理特性
粘性土的状态转变过程
粘性16土~2：0k2N.7/2m~32.76 粉 土：2.70~2.71 砂类13土~1：8k2N.6/5m~32.69
1280~%23~k6N0/%m3
d
e
sdd11(sd1s(1ewew1)w1w)
w
e
dds
(1
d (1w)ww)
1
V Vs Vw Va
天然容重 g
干密度：土被烘干时的密度，
d ms / V
干容重： d dg
饱和密度：土被饱和时的密度，
sat
ms
wVv V
饱和容重：sat satg
浮容重： sat w
表示土体密度和容重的指标
土的三相比例指标
Vs= ms ／ ρs=96.43 ／2.7＝35.7cm3 Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3 按式（1－10），于是 e= Vv ／ Vs＝24.3 ／35.7=0.68 （4）按式（1－11） n= Vv ／ V＝24.3 ／60=40.5％ （5）根据ρw的定义 Vw = mw ／ρw=11.57 ／1＝11.57cm3 于是按式（1－12） St= Vw ／ Vv=11.57 ／24.3＝48％
最新土的经验参数(物理指标、压缩、变形模量、剪切强度)
土的经验参数(物理指标、压缩、变形模量、剪切强度)有关土的经验参数一、原状土物理性质指标变化范围原状土物理性质指标变化范围，见表3-3-28。
注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土 7＜I p≤17二、土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
注：①平均比重采取：砂——2.66；粘砂土——2.70；砂粘土——2.71；粘土——2.74；②粗砂和中砂的E 0值适用于不均匀系数C u = = 3者，当C u ＞5时应按表中所列值减少 。
C u为中间值时E 0 值按内插法确定；③对于地基稳定计算，采用人摩擦角φ的计算值低于标准值2°。
1060d d 32三、土的压缩模量一般范围值土的压缩模量一般范围值，见表3-3-3-。
注：砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17四、粘性土剪强度参考值粘性土抗剪强度参考值，见表3-3-31。
注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17五、土的侧压力系数（ξ）和泊松比（u）参考值注：粘土I p＞17；粉质粘土10＜I p≤17；I p≤10五、变形模量于压缩模量的关系变形模量E0是指土体在无侧限条件下应力与应变之比，其中的应变包含弹性应变和塑性应变两部分。
因此，变形模量较弹性模量E小，通常在土与基础的共同作用分析中用变形模量E。
变形模量一般是通过现场载荷试验确定，一些地方通过静力触探、标贯试验与变形模量建立了经验公式。
压缩模量Es是在侧限条件下应力与应变的比值，是通过室内试验获取的参数。
两者的关系：对于软土E0近似等于Es；较硬土层，E0=βEs，β=2～8，土愈坚硬，倍数愈大。
土的物理力学性质及其指标
液限的测定
锥式液限仪：P85图4-24 碟式液限仪：P85图4-25 两种仪器比较： 随着液限的增加,两种仪器所测得的差值 增大,一般情况下碟式仪测得的液限大于 锥式仪,
缩限的测定
收缩皿法 缩限=液限-烘干时失去水量
塑限的测定
搓条法 缺点：手工操作,人为因素影响大,成果 不稳定,
探索新方法
1联合测定法求液限、塑限
抗剪强度的库仑定律
在一定试验条件下得出的内聚力和内摩擦角一般能反映土抗剪 强度的大小,故称为土的抗剪强度指标,过去对式4-23和式424的一种比较简单的说明是：无粘性土的试验结果c＝0,是因 为它无粘聚性；而粘性土的试验结果出现c,故将c理解为粘聚 力,
经过长期的试验,人们已认识到,土的抗剪强度指标是随试验时 的若干条件而变的,其中最重要的是试验时的排水条件,也就是 说,同一种土在不同排水条件下进行试验,可以得出不同的c和 fai值,因此,也有将c称为视粘聚力,意思是它表面上看来好象是 内聚力,其实不能真正代表粘性土的内聚力,而只能代表粘性土 抗剪强度的一部分,是在一定试验条件下得出应力-应变关系曲 线在应力轴上的截距,同样,fai也只是由试验结果得出的应力应变关系线的倾斜角,不能真正代表粒间的内摩擦角,然而,由于 按库伦定律建立的概念在应用上比较方便,许多分析方法也都 建立在这种概念的基础上,故在工程上仍旧沿用至今,
颗粒比重决定于土的矿物成分,它的数值一般为2.65-2.75, 有机质土为2．42．5；泥炭土为1．5一1．85而含铁质 较多的粘件土可达2．8一Loc同‘种类的土,其颗粒比重变
化幅度很小,
颗粒比重可在试验室内用比重版法测定,一般土的颗粒比重 值见表23,由于颗粒变化
的幅度不大,通常可按经验数值选用,
第5讲 土的物理特征指标
界限含水量:粘性土体由一种状态变为另一种状态时的分界
含水量称为界限含水量。
界限含水量分为:缩限含水量、塑限含水量、液(流)限含水量、粘限
含水量、浮限含水量五种。
土由流动状态变成可塑状态的界限含水量称为液(流)限含水量,简称 液限，用WL表示；
土由可塑状态变化到半固态的界限含称为塑限，用WP表示； 土由半固态到固态的界限含水量称为缩限，用WS表示。塑限WP和 液限WL在国际上称为阿太堡界限，来源于土壤学，后来应用于土木 工程。
粘性土的稠度:是指粘性土在某一含水量下对外力引起的变形或 破坏所具有的抵抗能力叫作粘性土的稠度。
粘性土的物理特征： 液限、塑限、缩限、塑性指数、液性指数、 灵敏度
1粘性的界限含水量
含水量的大小对粘性土的工程性质要产生极大的影响，随着 含水量的增加，粘性土的强度要降低，压缩性要提高。
粘性土随着含水量的增加，将由固态→半固态→可塑状态→流动 状态，如下图所示。
半固态：当含水量继续减少时，土体因水份减少而发生体积收缩， 称为半固态。 固态：当含水量进一步减少，但其体积不再收缩时，粘土处于固 态。
处于固态的土，基本上只含强结合水；处于半固态的土，含强 结合水及部分弱结合水；处于塑性状态的粘性土含有结合水和少部 分自由水；处于流动状态的粘性土含有大量的自由水。
2粘性土的塑性指数
塑性指数：液限WL与塑限WP的差值，即 IP = WL－WP
习惯用不带％的数值表示。 塑性指数的大小，反映了土处于可塑状态的含水量变化范围。IP
值越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。而土处于可塑状态时， 土中水是结合水和小部分自由水。
因此，IP的大小与土中结合水的含量有明显的关系，也就是与土 颗粒大小有关，土粒越细，粘粒越多，其比表面积越大，结合水含量 越高，IP值也就越大。
土力学第二章-土的物理性质指标
直接测定指标-4
• 土体的含水率： 反映土体含水的多少。等于土体在105º -110º C的温 度下烘至恒量时所失去的水份的重量或质量与土颗粒 的重量或质量之比。 W m (%) (%) Ws ms • 砂土含水少，粘性土含水多。 • 测定方法： 烘干法、酒精燃烧法、电炉炒干法
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。 Ws d ( KN / m 3 ) V • 干密度：指干土的密度，这时土体的孔隙中没有水。 ms d ( g / cm3 ) V
• 干容重与干密度的关系： d 9.81 d
• 干容重或干密度是控制填土施工质量的重要指标。 • 土的4个容重或密度指标： sat >>d>
sat 9.81 sat
间接测定指标-4
• 浮容重：指土体淹没在水下面的有效容重，这时土颗粒 受到水的浮力作用，其有效重量减小。
Ws Vs ( KN / m 3 ) 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。 m s Vs ( g / cm3 ) V • 浮容重与浮密度的关系：
求解-1
• 已知： • 1）天然含水率为
• 2）容重： 密度为： 容重为：
求解-2
• 3）孔隙比：
由 土颗粒体积为： 可得，
孔隙体积为：
水的体积为：
求解-3
• 孔隙比为：
• 孔隙率为：
• 饱和度为：
求解-4
• 三相图：
间接测定指标-3
• 饱和容重：指土体处于饱和状态时的容重，或指饱和 土体的容重，这时土体的孔隙中全部充满水。 Ws Vv sat ( KN / m 3 ) V • 饱和密度：指土体处于饱和状态时的密度，或指饱和 土体的密度，这时土体的孔隙中全部充满水。 ms Vv sat ( g / cm3 ) V • 饱和容重与饱和密度的关系：
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土的物理性质指标…10
饱和度
定义：土中水的体积与孔隙体积之比，用%表示。 物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。
公式： Sr
Vw Vv
范围：0~1 工程应用：饱和度可以反映土的干湿程度，砂土根据饱和度Sr的指标 值分为稍湿、很湿与饱和三种湿度状态，其划分标准见下 表： 砂土湿度状态 饱和度Sr(%) 稍湿 Sr ≤50 很湿 50< Sr ≤80 饱和 Sr>80
◇e<0.6 低压缩性土 ◇e>1.0 高压缩性土
土的物理性质指标…9
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。
公式： n
Vv V
单位：% e gd n 1 换算公式： 1 e ds g w
范围：粘性土和粉土:(30~60);砂土: (25~45)。
土的物理性质指标…1
土的三相比例指标 是其物
理性质的反映，但与其力学性 质有内在联系，显然固相成分 的比例越高，其压缩性越小， 抗剪强度越大，承载力越高。 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。 三相比例指标可分为两种 ，一种是试验指标（基本指标 ）；另一种是换算指标。
V V
单位：kN/m31 e
土的物理性质指标…8
土的孔隙比
定义：土中孔隙体积与土粒体积之比。 公式： e Vv
Vs
单位：无量纲 换算公式：e d s g w 1 (1 w)d s g w 1 gd g 范围：粘性土和粉土:(0.4~1.2)；砂土: (0.3~0.9)。
V
单位：kN/m3 范围：13~18 换算公式：
g sat
(d s e) g w 1 e
土的物理性质指标…7
浮重度(有效重度)
定义：地下水位以下，土体受水的浮力作用时，扣除水的浮力后单位 体积土的重量。 G V g G V g (Vv Vs ) g w 公式： g s s w s v w g sat g w
土的物理性质指标…2
反映土的松密程度的指标有：土的孔隙比e、孔隙率n； 反映了土的含水程度的指标有：含水量w、饱和度Sr； 土的重度有：重度g、干重度gd 、饱和重度gsat 、浮重度g ′； 三项基本指标有： 重度g 、比重ds、含水量w。
土的重度
定义：单位体积土的重量。 公式： g G mg
土的物理性质指标…11
几种重度之间的内在联系
g g sat g w
g 10kN / m3
g sat g g d g
V V
单位：kN/m3 换算公式： g g 9.8 范围：16~22 测定方法：环刀法。
土的物理性质指标…3
土粒比重（相对密度）
定义：土粒重度与同体积4℃时纯水的重度比值。 公式： d g s s Gs , g 10kN / m3
s
gw
w
g wVs
w
单位：无量纲 S e 换算公式： d s r w 范围： 土的名称 砂土 粉土 粘性土
土粒比重
2.65~2.69
2.70~2.71
2.72~2.74
土的物理性质指标…4
含水量
定义：土中水的重量与土粒重量之比值。 公式： w Gw
Gs
单位：无，% 换算公式： Sr e
w ds
1 d
常见值：砂土w=（0~40)%；粘性土w=（20~60)% 意义：表示湿度的物理指标，与土的种类，埋藏条件及其所处的自然 地理环境等有关。 测定方法：烘干法。
土的物理性质指标…5
干重度
定义：单位体积土中固体颗粒的重量。
物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。 公式： g d
Gs V
单位：kN/m3 范围：13~18 换算公式：
gd
ds g w g g s 1 e 1 e 1 w
土的物理性质指标…6
饱和重度
定义：土的孔隙中全部充满水时单位体积土的重量。 公式： g sat Gs Vv g w