土的工程性质

1. 土的基本物理性质

物体的质量、体积和密度是最基本的物理量。土的三相物质的质量（或重力）、体积之间的各种比值统称为土的基本物理性质指标，也称为土的三相指标。土的基本物理性质指标中只要已知三个独立的指标便可计算出所有其他指标，故选定三个相对容易准确测定的指标作为试验指标，即土的含水量（或称含水率）、土的质量密度（简称土的密度）和土粒相对密度（土粒比重），其余的指标均为换算指标。

（1）试验指标

基本物理性质试验指标是通过室内试验（含水量试验、密度试验和土粒相对密度试验）直接测定土样相应的质量和体积，再经适当的计算得到的。土的三相组成各部分的质量和体积示意图见图2-1-11。

图2-1-11 土的三相组成示意图

1）土的含水量 土中水的质量（液体）与土粒质量（固体）之比，以百分数表示：

w?mw×100% （2-1-5） ms式中 w ——土的含水量（%）； mw——土中水的质量（g）；

ms——土粒质量（g）。

土的含水量一般用烘干法测定，特定条件下也可采用酒精燃烧法、炒干法等测定。

2）土的密度 土的质量（固体加液体）与土的体积（固体、液体、气体之和）之比，即单位土体积土的质量：

??m （2-1-6） V式中 ??——土的密度（g/cm3）； m ——土的质量（g）；

V

——土的体积（cm3）。

土的密度常用环刀法测定，也可采用蜡封法、灌水法、灌砂法等测定。

由土的质量密度乘以重力加速度，可直接算得土的重力密度（简称土的重度）。土的重力密度是指单位体积土的重力：

???g （2-1-7） 式中 ? ——土的重力密度 (kN/m3)； g ——重力加速度(m/s2)。

3）土粒相对密度（比重） 土粒质量与同体积（固体体积）4℃

时纯水的质量之比：

Gs?ms??s （2-1-8） Vs??w1?w1

式中 Gs ——土粒相对密度； Vs ——土粒体积（cm3）；

?w1——纯水在4℃时的密度(=1 g/cm)；

3

?s ——土粒密度(g/cm)。

3

土粒相对密度在数值上等于土粒密度，但土粒相对密度无量纲。 土粒相对密度的测定方法可根据颗粒大小分别采用比重瓶法、浮称法、虹吸筒法等。

（2）换算指标

基本物理性质的换算指标有下列几个。

1）土的孔隙比e 土中孔隙体积Vv与土粒体积Vs之比，以小数表示。

2）土的孔隙率n（%） 土中孔隙体积Vv与土的体积V之比，以百分数表示。

3）土的饱和度Sr（%） 土孔隙中水的体积Vw与孔隙体积Vv之比，以百分数表示。

4）土的干密度?d（g/cm3） 土粒质量ms与土的体积V之比，即单位土体积的土粒质量。由土的干密度乘以重力加速度可算得土的干重度?d(kN/m3)。

5）土的饱和密度?sat（g/cm3） 土的饱和质量（孔隙全部充满

水时水的质量mw(sat)与土粒质量ms之和）与土的体积V之比，即单位土体积土的饱和质量。由土的饱和密度乘以重力加速度可算得土的饱和重度?sat(kN/m3)。

6）土的有效密度?'（g/cm3） 又称浮密度，是指土的有效质量（土的饱和质量减去与土同体积水的质量）与土的体积V之比，即单位土体积土的有效质量。由土的有效密度乘以重力加速度可算得土的有效重度?'，又称浮重度(kN/m3)。

常用的土的基本物理性质换算指标计算公式见表2-1-17。

土的基本物理性质指标的换算关系 表2-1-17 换算指标 用试验指标计算的公式 用其他指标计算的公式 e?孔隙比e Gs?we?Gs?1?0.01w??w??1 e??d?1 wGsSr 孔隙率n n?100?100?Gs?1?0.01w??w n?e?100 1?ewGse 饱和度Sr Sr?Gs?1?0.01w??w???Gsw? Sr?干重度?d ?d?1?0.01w ?d?饱和重度?sat ?sat?Gs?1?0.01w???Gs?1???w ?satGs?w 1?eG?e?s?w 1?e?sat?????w 有效重度?' ?'?Gs?1?0.01w???Gs?1?????sat??w 注：式中 ?w为水的密度(≈1 g/cm3)。