土的三相比例指标

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1、第四节土的三相比例指标       以上三节介绍了土的组成和结构，特别是土颗粒的粒度和矿物成分，是从本质方面了解土的工程性质的根据。但是，为了对土的基本物理性质有所了解，还需要对土的三相：土粒（固相）、土中水（液相）和土中气体（气相）的组过情况进行数量上的研究。在不同成分和结构的土中，土的三相之间具有不同的比例。土的三相组成的重量和体积之间的比例关系，表现出土的重量性质（轻、重情况）、含水性（含水程度）和孔隙性（密实程度）等基本物理性质各不相同，并随着各种条件的变化而改变。例如对同一成分和结构的土，地下水位的升高或降低，都将改变土中水

2、的含量经过压实，其孔隙体积将减小。这些情况都可以通过相应指标的具体数字反映出来。表示土的三相比例关系的指标，称为土的三相比例指标，亦即土的基本物理性质指标包括土的颗粒比重、重度。含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。一、指标的定义为了便于说明和计算，用图2-20所示的土的三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系，图中符号的意义如下：Ws——土粒重量；Ww——土中水重量；W——土的总重童；W＝Ws＋WwVs——土粒体积；Vw——土中水体积；rwV=Ww（∵rw=1gf/cm3≈1kN/m3）Va一土中气体积；VV一土中孔隙体积；VV=Vw+

3、VaV一土的总体积，V=Vs+Vw+Va（一）土的颗粒比重G土粒重量与同体积的4℃时水的重量之比，称为颗粒比重，它在数值上为单位体积土粒的重量，即：(2-4)式中：——水在4℃时单位体积的重量，等于1gf／cm3或Itf／m3≈10kN／m3。颗粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.65~2.75。有机质为2.4~2.5；泥炭土为1.5～1.8；而含铁质较多的粘性土可达2.8～3.0。同一种类的士，其颗粒比重变化幅度很小。颗粒比重可在试验室内用比重瓶法测定。一般土的颗粒比重值见表2-3。由于颗粒变化的幅度不大，通常可按经验数值选

4、用。土的颗粒比重参考值表2-3土的名称砂土粉土粘性土粉质粘土粘土颗粒比重2.65～2.692.70～2.712.72～2.732.74～2.76（二）土的重度γ单位体积土的重量称为土的重度（单位为kN／m3=tf／m3×10－1），即：(2-5)土的重度取决于土粒的重量，孔隙体积的大小和孔隙中水的重量，综合反映了土的组成和结构特征。对具有一定成分的土而言，结构愈疏松，孔隙体积愈大，重度值将愈小。当土的结构不发生变化时，则重度随孔隙中含水数量的增加而增大。天然状态下土的重度变化范围较大。一般粘性土γ=18～20kN／m3；砂土γ=16～

5、20kN／m3；腐植土γ=15～17kN／m3。重度一般用“环刀法”测定，用一个圆环刀（刀刃向下）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容积内，称得环刀内土样重量，求得它与环刀容积之比值即天然重度。（三）土的干重度γd、饱和重度γsat和浮重度γ'土的干重度γd单位体积中固体颗粒部分的重量。称为土的干重度γd，即：(2-6)土的饱和重度γsat在工程上常把干重度作为评定土体紧密程度的标准，以控制填土工程的施工质量。土孔隙中充满水时的单位体积重量。称为土的饱和重度γsat即：(2-7)土的浮

6、重度γ'在地下水位以下，单位土体积中土粒的重量扣除浮力后，即为单位土体积中土粒的有效重量，称为土的浮重度或水下重度γ'，即：(2-8)（四）土的含水量W土中水的重量与上粒重量之比，称为土的含水量，以百分数计，即：(2-9)含水量是标志土的湿度的一个重要物理指标。天然土层的含水量变化范围很大，它与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。一般干的粗砂土，其值接近于零，而饱和砂土，可达35％；坚硬的粘性土的含水量为20％～30％，而饱和状态的软粘性（如淤泥），则可达60％或更大。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，则其强度就降低。

7、土的含水量一般用“烘干法”测定。先称小块原状土样的湿土重，然后置于烘箱内维持100～105℃烘至恒重，再称干土重，湿、干土重之差与干土重的比值，就是土的含水量。（五）土的饱和度S土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，称为土的饱和度，以百分率计，即：(2-10)饱和度值愈大，表明土孔隙中充水愈多。孔隙完全为水充满时，Sr=100％，土处于饱和状态；孔隙中全是气体，没有水分，Sr=0％，土处于干燥状态（这种状态自然界实际很少）。工程实际中，按饱和度常将土划分为如下三种含水状态：       Sr<50%稍湿的       Sr＝50％～

8、80％很湿的       Sr>80%饱水的应指出，粘性土因主要含结合水，由于结合水膜厚度的变化将使土体积发生膨胀、收，改变土中孔隙的体积，即孔隙体积可因含水量而变化，所以，对粘性土通常不按饱和，而按稠度指标——液性指数