土的物理性质(课堂PPT)

土的密度、土粒密度（比重）、土的含水量三个指标可在 实验室内直接测定，是实测指标，常称为土的三相基本试验 指标。
1.土的密度（天然密度）
土的密度是指土的总质量与总体积之比，即单位体积土的 质量，其单位是g/cm3，常见值为1.6~2.2g/cm3。

工程实际中，常将土的密度换算成土的重度（γ），重
度等于密度乘以重力加速度g，其单位是kN/m3，即:
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土的密度常用环刀法测定。
2.土粒密度（土粒比重） 土粒密度是指固体颗粒的质量与其体积之比，即单位
体积土粒的质量，其单位为g/cm3。
土粒密度也称土粒比重(ds)，是指土的质量与4℃时
同体积水的质量之比，其值与土粒密度相同，但没有单
位，在用作土的三相指标计算时必须除以水的密度值才
能平衡量纲。
ds
.
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v
饱和度可以说明土孔隙中充水的程度，其数值为 0~100%，干土Sr=0；饱和土Sr=100%。 3.表示土的密度和重度的指标 （1）饱和密度
土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度，是指土 孔隙中全部充满液态水时的单位体积土的质量，即:
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式中：ρw为水的密度（g/cm3），常近似取1.0g/cm3。
s
ms
Vs
.
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土粒密度大小决定于土粒的矿物成分，与土的孔隙大 小和含水多少无关，它的数值一般在2.6~2.8g/cm3之 间（见表2-1）。
表2-1 各种主要类型土的土粒密度
土的种类
砾类土 砂类土
土粒密
度 （g/cm
3）
常见值 平均值
2.652.75
2.652.70
2.66
粉土
2.652.70
有时还有沼气等。
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1
●土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异， 例如：
固体+气体（液体=0）为干土，此时粘土呈坚硬状态， 砂土呈松散状态；
固体+液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑状态；
固体+液体（气体=0）为饱和土，此时粉细砂或粉土遇 强烈地震，可能产生液化，而使工程遭受破坏；粘土地 基受建筑物荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。
g
饱和重度与浮重度之间有关系:
对于同一种土来讲，土的天然重度、干重度、饱和重 度、浮重度在数值上有如下关系：
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四、指标之间的换算关系
上述表示土的三相比例关系的指标一共有9个，即：土 粒密度、天然密度、干密度、饱和密度、浮重度、含水量、 饱和度、孔隙度、孔隙比。它们主要反映了土的密实程度 与干湿状态，而且相互之间都有内在联系。
●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。
●反映土的松密程度的指标有：孔隙比e、孔隙率n；
●反映了土的含水程度的指标有：含水量ω、饱和度Sr；
●不同条件下土的密度有：天然密度γ、干密度γd、饱 和密度γsat、浮密度γ’。
●三项基本指标:密度γ、土粒密度(比重)ds、含水量ω
含水量常用烘干法测定。
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三、其它常用换算指标
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：
1.表示土中孔隙含量的常用指标
土中孔隙大小、形状、分布特征、连通情况与总体积等， 称为土的孔隙性。其主要取决于土的颗粒级配与土粒排列 的疏密程度。
实际上土的孔隙性指标一般反映的是土中孔隙体积的相 对含量，主要有孔隙度和孔隙比两个指标。
（1）孔隙度
孔隙度——又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土的总体积 之比，用百分数表示。
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土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土的孔隙度常小 于粘性土的孔隙度。土的孔隙度一般为27~52%。
（2）孔隙比
孔隙比——指土中孔隙总体积与土中固体颗粒总体积的 比值，用小数表示。
土的孔隙比说明土的密实程度，按其大小可对砂土或 粉土进行密实度分类。
第二章 土的物理性质
第一节 土的三相组成
●土的三相组成是指土由固体颗粒、液体水和气体三部 分组成。土中的固体矿物构成土的骨架,骨架之间贯穿着 大量的孔隙,孔隙中充满着液体水和气体。
固相——包括多种矿物成分组成 土的骨架，骨架间的空隙为液相
和气相填满，这些空隙是相互连 通的，形成多孔介质；
液 相 —— 主 要 是 水 ( 溶 解 有 少 量 的可溶盐类)； 气相——主要是空气、水蒸气，
2.68
粉质粘 土
2.682.73
2.71
粘土
2.722.76
2.74
土粒密度常用比重试验法测定。
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3.土的含水量
土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，以百分数 表示，又称土的含水率。
含水量通常以百分数表示，它是描述土的干湿程度的重 要指标。
土的天然含水量变化范围很大，从干砂的含水量接近于 零到蒙脱石的含水量可达百分之几百。
（2）干密度
干密度指土在干燥状态下的密度，在数值上等于单位体 积中土粒的质量，即:
干密度的单位是g/cm3。土的干密度越大，土越密实， 强度就越高，水稳定性也好。干密度常用作填土密实度的 施工控制指标。
在工程中饱和密度或干密度乘以重力加速度g，分别变 换为饱和重度或干重度:
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另外，处于地下水位以下的土层，如果土层是透水的， 此时土受水的浮力作用，土的实际重量将减小，那么这种 处于地水位以下的有效重度常特称为土的浮重度，即:
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如在《岩土工勘察规范》中，用天然孔隙比来确定粉土 的密实度。e<0.75为密实；0.75≤e≤0.9为中密；e>0.9 为稍密的粉土。
（3）孔隙比与孔隙度的关系
2.表示土中含水程度的指标
表示土中水含量的指标除含水量外，还有饱和度：
饱和度——土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值 称为土的饱和度，以百分数表示。
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图2-1 土的三相示意图
m—土的总质量，g；
ms—土的固体颗粒质量，g；
mw—土中液体的质量，g； ma—土中空气的质量，（ma=0）；
V—土的总体积，cm3； Vs—土中固体颗粒体积，cm3；
Vw—土中液体的体积，cm3； Va—土中气体的体积，cm3。
Vv—土中孔隙的体积，cm3。
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(一)、三相基本试验指标
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第二节 土的基本物理性质
一 土的三相指标
采用土的三相示 意图,可使三相比例关 系形象化和阐述方便。
土的三相比例 关系是其物理性质 的反映，但与其力 学性质有内在联系.
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。
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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。