[物理]土的物理性质指标与分类

土的含水率，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒 的质量之比，以百分数表示，其表达式为：
mw 100% ms
测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量， 然后放在烘箱中，在100℃～105℃常温下烘干，称得干 土质量，按上式可算得。
二、间接换算得物理性质指标 （一）土的孔隙比e 定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表 示，其表达式为： Vv e Vs （二）土的孔隙率n 定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比，或单位体 积内孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：
在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其 表达式为：
sat
Ws Vv w ms g Vv w g sat g V V
（六）浮密度ρ’与浮重度（有效重度）γ’
土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因 此提出了浮重度，即有效重度的概念，其表达式为：
简介土力学概念
中铁上海工程局有限公司 技术中心 高冰
第一节 土的颗粒级配
颗粒大小
•粒组
按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类
•界限粒径 0.1
粗粒
(mm)
细粒
粉粒 0.05
粘粒
d
砾石
粗 中
砂粒
细 粗 中 细 极细
胶粒
60
20
5
2
0.5 0.25
0.005
0.002
颗粒大小分析试验 测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百 分数，确定粒径分布范围的试验称为土的颗粒大小 分析试验。 常用的方法：筛分法：粒径>0.075mm
w 4℃ w 4℃ ——4℃时纯水的重度。
土粒比重在数值上等于土粒的密度
土粒比重常用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称 瓶加水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内， 再加纯水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒比 重： m
Gs
v n 100 % V
（三）土的饱和度Sr
定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表 示，其表达式为：
Vw S r 100% Vv
（四）干密度ρd与干重度γd
土的干密度：单位体积内土粒的质量，表达式：
ms d V
土的干重度：单位体积内土粒的重量，表达式为：
Ws ms g d d g V V
根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀 系数Cu和曲率系数Cc，它们的定义为：
d 60 Cu d10
Cc
2 d30
d10 d 60
式中：d10，d30和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土 粒含量分别为10％，30％和60％时所对应的粒径。d10 称为有效粒径； d60称为限制粒径。
土烘干，体积要减小，因而，土的干密度不等于烘干 土的密度。土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指 标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。
（五）饱和密度ρsat与饱和重度γsat
饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态 时单位体积土的质量。表达式为：
sat
ms Vv w V
第二节 土的物理指标
两类物理指标： 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； 另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
试验直接测定的物理性质指标 （一）土的密度ρ与重度γ 土的密度定义为单位体积土的质量，用ρ表示，单位 为Mg/m3(或g/cm3)。 表达式如下：
Ws Vs w ms g Vs w g ' ' g V V
与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体 积内的土粒质量与同体积水质量之差，其表达式为：
ms Vs w ' V 或 ' sat w
从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种 密度或重度在数值上有如下关系：
（1-8）
式中：m1——瓶+水的质量； m2——瓶+土+水的质量； ms——烘干土的质量；
Gwt ——t º C时蒸馏水的比重。
比重瓶法
m0
空瓶质量
ms
烘干土的质量
m1
瓶+水的质量
m2
瓶+土+水的质量
m1+ms——瓶+水（满）的质量+干土的质量；
m1+ms-m2——与土粒体积相同的水的质量。
（三）土的含水率w
密度计法：粒径<0.075mm
联合测定：既有粒径< 0.075mm， 又有粒径 >0.075mm
土的级配曲线
颗粒分析试验曲线
颗粒分析试验曲线的主要用途 按粒径分布曲线可求得： （1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致 评估土的工程性质； （2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配 的好坏。
土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲 线的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可 用不均匀系数和曲率系数来衡量。
Cu小，曲线陡； Cu大，易压密；Cc过大，台阶在 d10~d30间； Cc过小，台阶在d30~d60间；
规范：纯净砾、砂，Cu>=5，且Cc=1~3时，级配良好，否则，不良。
sat d '
sat d '
二、粘性土的稠度
（一）粘性土的稠度状态 稠度指粘性土的干湿程度或 在某一含水率下抵抗外力作 用而变形或破坏的能力，是 粘性土最主要的物理状态指 标。
流动、软、可塑、硬等描述 四种状态
m ms mw ma V Vs Vw Va
对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。
土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量， 用γ表示，单位为kN/m3。表达式如下：
W m g g V V
式中：W——土的重量，单位为kN；
g——重力加速度。
（二）土粒比重Gs
土粒比重定义为土粒的质量（或重量）与同体积4℃时纯水的质量 （或重量）之比（无因次），其表达式为：
Gs
或
Vs w 4℃
ms
＝
w 4℃
s
ms g Gs Vs w 4℃
——4℃时纯水的密度，1.0g/cm3
式中： s ——土粒的密度，即土粒单位体积的质量；