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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。、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：电址-邢扒 工hl图上的二川细底总克迅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（v rw=lgf/cm3 - lkN/m3 ）Va 一土中气体积；VV 一土中孔隙体积；VV= Vw+ Va V 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
3、积的4C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：1f (2-4)式中：水在4C时单位体积的重量，等于lgf / cm3或Itf / m3 Q 10kN / m3。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（二）土的重度Y单位体积土的重量称为土的重度（单位为kN /m3=tf /m3 x 1
4、0 - 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 丫=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
5、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Yd，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：眶+外汕畑=不（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：严戸()(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:=xl00%(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
6、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 100105C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:S= xioo%(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，S
7、r=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 稠度指标一一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和孔隙率n土的孔隙比是土中孔隙体积与
8、土粒体积之比，即：（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e 1.0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
9、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0.51.2，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实的粘性土，孔隙比甚至在4.0以上，孔隙率可大于80%。
10、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 Yw=lgf/cm3，令 Vs=e, V=l + e, Ws=VsG=G, Ww =3Ws=3G,W=G(l+3)。常用图2-21所示三相图进行各指标间关系15 rA -： ：.；：- 徉覆图2上的二相胸錄揺标换舜因土的三相比例指标换算公式一并列于表2-5。-.三相比例哀达式帝用换算掘式M也j當见的数忻配也G = -慝帖珪十畀+疋2.7K粉七、砂土 f諳瓜展XVV.-器 X 100 3iW 9弭g & 7).% .-般粘性土沏40粉土、砂土;1057- Vy-叫（i m 心i十JkN/rci18-20下r.ii比竖八1 y 1* _ JkN/m714W心 _ 1 i s片=iX1 + eJ叭丨叫7| J -y7G + r人-+ ekN/m1I&i需浮克度Y：甌二肚r .沧7八匸11占ekN/mLIE孔晾比- 1f?1G ,t. 1=1 石1 ；屈7 宀瓦；一股粘性上:0. fiO -L 2Q 粉土 J砂”b :工5-0.0孔腺牢j;Vn = X 100%-11/一般枯nj： -w 55希土砂土匸30笛5rS： = 7?- X 】何/* 0st = MeT必 305
