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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
2、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（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图72上的二柑细眦总克国（一）土的颗粒比重G土粒重量与同体积
3、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：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1.5 1.8;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
4、.76（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 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 丫=1820kN/m3;砂土 丫=1620kN/m3;腐植 土 丫=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
5、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：卩（2-6）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：(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：
6、(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。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：xlOO%(2-
7、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：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和孔隙率n土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比，即：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em3 !1淨重度r厂_航兀也r Li r G二丄 r i ；fea ij孔肌比rrvj讥J- CZL ir r y:d（.l -1- w）. j、- -* 1般fri性上=O.fiO -L 20 粉土砂:b乩?-0.0扎晾申,-;J2 =罟H 1询温| *1cr J”!像枯件上】M苗筍上、矽土: 30陆It船皿5rV 决=TT X】昭1 亠 乳二珍$-豊r咅“ ?5
