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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
2、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；图痔m上的二相剧成志崖国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(Vrw=1gf/cm3 Q1kN/m3)Va 一土中气体积；VV 一土中孔隙体积；VV= Vw+ 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4C时水的重量之比
3、，称为颗粒比重，它在数值上为单位体积土粒的重量，即：上改(2-4)式中：一一水在4C时单位体积的重量，等于1gf/cm3或Itf/m310kN/m3o颗粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.652.75。有机质为2.42.5；泥炭土为 1.51.8；而含铁质较多的粘性土可达2.83.0。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
4、Y单位体积土的重量称为土的重度（单位为kN/m3=tf/m3X10 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 Y =1820kN/m3 ；砂土 Y =1620kN/m3； 腐植土 Y =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
5、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Y d、饱和重度Y sat和浮重度Y 土的干重度Y d单位体积中固体颗粒部分的重量。称为土的干重度Y d，即：土的饱和重度Y sat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Y sat即：（2-7）土的浮重度Y 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Y ，即：/ =寻=寻=茨迪-v时(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
6、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。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 105C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
7、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:Sr80%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 液性指数人评述其含水状态（参见26节）。对于粉土，由于毛细作用引起的假塑性，按液性指数评价状态已失去意义，根据对全国各地 粉土资料的综合分析，岩土工程勘察规范确定按含水量评述粉土的含水（湿度）（六）土的孔隙比e和孔
8、隙率n土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比，即：虬（2-11）孔隙比用小数表示。它是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密实程度。一般 eV0.6的土是密实的低压缩性土，e1.0的土是疏松的高压缩性土。土的孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比，以百分数表示。孔隙率和孔隙比都说明上中孔隙体积的相对数值。孔隙率且直接说明土中孔隙体积占土体积 的百分比值，概念非常清楚，但不便于工程应用，因地基土层在荷载作用下产生压缩变形时，孔 隙体积（Vv）和土体总体积（V）都将变小，显然，孔隙率不能反映孔隙体积在荷载作用前后的 变化情况。而一般情况下，土粒体积（Vs），则可看作不变值，故孔隙比就能反映土
9、体积变化前 后孔隙体积的变化情况。因此，工程计算中常用孔隙比这一指标。自然界上的孔隙率与孔隙比的数值取决于土的结构状态，故为表征土结构特征的重要指标。数值愈大，土中孔隙体积愈大，土结构愈疏松；反之，结构愈密实。由于土松密程度差别极大， 土的孔隙比变化范围也大，可由0.2到4.0，相应孔隙率由20%到80%，但常见值孔隙比为0.5 1.2,相应孔隙率为33%66%。并如上所述，无粘性土虽孔隙较大，但因数量少，孔隙比相对 较低，一般为0。50. 8，孔隙率相应为33%45% ；粘性则因孔隙数量多和大孔隙的存在， 孔隙比常相对较高，一般为0.671.2,相应孔隙率为40%55%，少数近代沉积的未经压
10、实的 粘性土，孔隙比甚至在4.0以上，孔隙率可大于80%。二、指标的换算关系上述土的三相比例指标中，土粒比重G、含水量3和重度Y三个指标是通过试验测定的。在 测定这三个基本指标后，可以导得其余各个指标。常用图2-21所示三相图进行各指标间关系的推导，令Y w=1gf/cm3，令 Vs=e，V=1 + e，Ws=VsG=G，Ww=3 Ws=3 G,W=G(1+3 )。常用图2-21所示三相图进行各指标间关系图2.幻.土的二相物理指标凝算图- : . 土的三相比例指标换算公式一并列于表2-5。名球衬号=-相田例.衰这式常用换算处式单位苗见他数值范围(;G = V笑0 -室 W-般粘姓土点,”T-
11、76耕土、砂4?252*71含水破WVJ -蚩 X 100%的 E功IV (:-般粘性土 T如40粉土、砂也1ft5重 股_.;，-卜】E*Z 一此力 1十rkN/苛18 20V _，.干,度Z.E1 。=导-1 i H冬kN/in714】7那Z*Vg + r必I +kN/mJ1823浮重窿rw 叹 一 V乂，pr . 一 i 了 G 1kN/m13孔隙出Vv=K.一 H 亍 5 If 5 FCU -I- w), tY 1:一般秋性上：0. fiO -L 2b粉土、观k ：也5 0一为0孔畦率X = S X 100%L如EY!-瞿枯性史：E35希上，矽土： 30T5他郭雄S,& = ；xis =胃 s-冬S95表3-S上的三相比例指扬换算公式
