土的三相比例指標(biāo)

1、第二節(jié) 土的三相比例指標(biāo)所謂土的物理性質(zhì)指標(biāo) 就土的三相物質(zhì)在體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系稱為三相比例指標(biāo)。 是表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量。土的物理性質(zhì)指標(biāo)可以分為兩類：1必須通過試驗(yàn)測(cè)定的，如含水率，密度和土粒比重2.可以根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定的指標(biāo)換算的，如孔隙比，孔隙率和飽和度等。(gs ) - 土粒質(zhì)量% (gw)-土中水質(zhì)量m(g)-土的總質(zhì)量朋=+刑"卩、-土粒體積9*-土中水體積卩土中氣體積體積土的三相組咸示SSg / cm3或 t/ m3V = V + V叫-土中空隙體積丫 V 也V M V + V + VV- 土的總體積 也一、試驗(yàn)指標(biāo)(1 )土的密度(天然密度)P：天然狀態(tài)

2、下，單位體積土的質(zhì)量，單位為即:天然密度變化范圍較大。 一般粘性土 P =1.8-2.0g/cm3 ；砂土 P =1.6-2.0g/cm3 ；腐殖土 P =1.5-1.7g/cm3。天然密度一般用”環(huán)刀法"測(cè)定，用一個(gè)圓環(huán)刀(刀口向下)放在削平的原狀土樣面上，徐徐削去環(huán)刀外圍的土， 邊削邊壓，使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿環(huán)刀內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣質(zhì)量，求得它與環(huán)刀容積之比值即為其密度。(2)土粒密度(比重)：干土粒質(zhì)量gs與其體積 V之比，即:土粒相對(duì)密度：土粒質(zhì)量與同體積的 4C時(shí)純水的質(zhì)量之比， 一般用ds或Gs表示，無量綱。即:丄耳久13式中 Ps土粒密度（g/cm ）；Pwi -純水

3、在4C時(shí)的密度（單位體積的質(zhì)量），等于 1 g/cm3 或者 lt/m3。試驗(yàn)測(cè)定方法：比重瓶法實(shí)際上，土粒比重在數(shù)值上就等于土粒密度,但前者無因次。土粒比重決定于土的礦物成分，它的數(shù)值一般為2.6-2.8;有機(jī)質(zhì)土為2.4- 2.5。同一種類的土，其比重變化幅度很小。土粒比重可在試驗(yàn)室內(nèi)用比重瓶測(cè)定。將置于比重瓶內(nèi)的土樣在105-110 C下烘干后冷卻至室溫用精密天平測(cè)其質(zhì)量，用排水法測(cè)得土粒體積，并求得同體積4C純水的質(zhì)量，土粒質(zhì)量與其比值就是土粒比重。土的名稱砂土粉土粘質(zhì)粉土粘性土粉質(zhì)粘土粘土土粒比重2.65 2.692.70 2.712.712.72 2.732.74 2.76由于比重

4、變化的幅度不大，通?？砂唇?jīng)驗(yàn)數(shù)值選用。（3 ）土的含水量：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，一般用O表示，以百分?jǐn)?shù)計(jì)，即:含水量©是反映土的濕度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。天然狀態(tài)下土層的含水量稱天然含水量，其變化范圍很大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。一般干的粗砂土，其值接近于零，而飽和砂土，可達(dá)40% ;堅(jiān)硬的粘性土的含水量約小于30%，而飽和狀態(tài)的軟粘性土（如淤泥），則可達(dá)60%或更大。一般說來，同一類土，當(dāng)其含水量增大時(shí)，強(qiáng)度就降低。土的含水量一般用”烘干法"測(cè)定。先稱小塊原狀土樣的濕土質(zhì)量，然后置于烘干箱內(nèi)維持100-105 C烘至恒重，再稱干土質(zhì)量，濕、干

5、土質(zhì)量之差與干土質(zhì)量的比值，就是土的含水量?！菊n堂討論】相對(duì)密度（比重）與天然密度（重度）的區(qū)別注意：從公式可以看出，對(duì)于同一種土，在不同的狀態(tài)（重度、含水量）下，其比重不變；土的含水量«土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示:=X100% ms試驗(yàn)測(cè)定方法：烘干法【討論】含水量能否超過 100 %?從公式可以看出，含水量可以超出100 %。二、換算指標(biāo)（1） 土的干密度Pd: 土的固相質(zhì)量與土的總體積之比（土單位體積中固體顆粒部分質(zhì)量）即:Pdgs=丁Pd Ve 孔隙比；w 含水量。在工程上常把干密度作為評(píng)定土體密實(shí)程度的指標(biāo)，以控制填土工程的施工質(zhì)量。2、土的飽和密度Psat:

6、土孔隙中充滿水時(shí)，單位體積質(zhì)量，即:1+起幾式中Pw為水的密度,o近似等于 Pw =1g/cm。3、土的有效重度是扣除浮力以后的固相重力與土的總體積之比（又稱為浮重度）有效密度p/: 土體中土粒的質(zhì)量扣除浮力后，即為單位體積中土粒的有效質(zhì)量，即:4、土的孔隙比e：是土中孔隙體積與土粒（固相）體積之比，孔隙比用小數(shù)表示。即:PdPds-土粒比重，Pd 土的干密度P土的天然密度， w 土的含水量； Pw水的密度,近似等于1g/cm3。天然狀態(tài)下土的孔隙比稱為天然孔隙比，它是一個(gè)重要的物理性指標(biāo),可以用來評(píng)價(jià)天然土層的密度程度。一般e < 0.6的土是密實(shí)的低壓縮性土，e A 1.0的土是疏松

7、的高壓縮性土。5、土的孔隙率n :土中孔隙所占體積與總體積之比，空隙率用百分?jǐn)?shù)表示。即:般粘性土的孔隙率為 3060%，無粘性土為2545%。，以百分率計(jì)，即:w 含水量；n 孔隙率；e6、土的飽和度Sr :土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比,E, = xl00%=1 + 日Pd -土的干密度；Pw -水的密度，近似等于1g / cm3 ；孔隙比。飽和度可以反映土的干濕程度，砂土根據(jù)飽和度Sr的指標(biāo)值分為稍濕、很濕與飽和三種濕度狀態(tài)，其劃分標(biāo)準(zhǔn)見下表:砂土濕度狀態(tài)稍濕很濕飽和飽和度Sr (%)Sr < 5050<SrW 80Sr>80【討論】孔隙比、孔隙率、飽和度能否超過

8、1或100%?三、指標(biāo)間的相互換算已知：P () Gs或d s (相對(duì)密度)，e, n, Sr, Psat ( Xat) , H (吊)，丫'等的表達(dá)式。推導(dǎo)間接指標(biāo)的 關(guān)鍵在于：熟悉各個(gè)指標(biāo)的定義及其表達(dá)式,能熟練利用土的三相簡圖。推導(dǎo)公式主要步驟: 利用Vs作為未知數(shù)，將土的三相圖中的各相物質(zhì)的質(zhì)量用P ('6 , Gs或ds (相對(duì)密度)，©和Vs表示出來，填在圖中;ml空氣二水.一mGiKaptnr=(i+e)n 先將孔隙比e的表達(dá)式求出來，然后將其它指標(biāo)用P (卩，Gs, O和e來表達(dá)。依上圖，將 m=( 1 + «) Gs Vs&和 V

9、=( 1 + e) Vs代入P = m中可得:e")沁-1注意：此時(shí)e已是“已知”P Pd =1+© P(Gs +e)pPsat -耳的指標(biāo)。根據(jù)各間接指標(biāo)的定義，利用三相簡圖可求得:Pd 走 p®科GS + e F，sa7r'屮=n=2 或 n =1- Pd1+ eGsPq【課堂思考】可否用其它簡潔方法上述推導(dǎo)公式？如令Vs= 1。Gs j Y 或 7，- U 7 1+e或一1【課堂先自習(xí)例題后講解】【例1- 11某土樣經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得何種為100 cm 3,濕土質(zhì)量為187g,烘干后，干土質(zhì)量為167 g。若土粒的相對(duì)密度Gs為2.66，試求該土樣的含水量 Y、密度口重度y干重度綣、孔隙比e、飽和重度'Cat和有效重度乍。解題思路：利用定義先求 05, P, Y，后根據(jù)公式求相關(guān)指標(biāo)?！纠?- 11某完全飽和粘性土的含水量為0=40% 土粒相對(duì)密度 Gs =2.7，試按定義求土的孔隙比e和填密度Pd。解題思路:利用三相圖