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土的物理性质及工程分类
第3章 土的物理性质及工程分类
概述
第二章介绍了土的成因类型、土的颗粒组成、矿物成分和结构构造等知识，这些是从质的方面了解土的性质的依据。一般地讲，还需要从量的方面了解土的组成。土中的土粒、水和气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。一般说来，对同一类土，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质量m，然后置于烘箱内
mm,mmsss维持100,105?烘至恒重，再称干土质量，湿、干土质量之差与干土质量之比值，就是土的含水量。
确定三相量比例关系的其它常用指标
d,s在测定土的密度、土粒比重和土的含水量w这三个基本指标后，就可以根据三相草图计算出三相组成各自在体积上与质量上的含量。工程上，为了便于表示三相含量的某些特征，定义如下几种指标。
(一)表示土中孔隙含量的指标
ene工程上常用孔隙比或孔隙率表示土中孔隙的含量。孔隙比定义为土中孔隙体积与土粒体积之比，即
Vve,Vs (3-5)
孔隙比用小数表示，它是一个重要的物理性能指标，可用来评价天然土层的密实程度。
een一般地，<，>。孔隙率定义为土中孔隙体积与土总体积之比，以百分数计，即:
Vvn,，100%V (3-6)
孔隙比和孔隙率都是用来表示孔隙体积含量的概念。容易证明两者之间具有以下关系:
en,，100%1，e (3-7)
ne,1,n (3-8)
(二)表示土中含水程度的指标
含水量w当然是表示土中含水程度的一个重要指标。此外，工程上往往需要知道孔隙中充满水的程度，这可用饱和度S表示。土的饱和度S定义为土中被水充满的孔隙体积与rr
孔隙总体积之比，即
VwS,，100%rVv (3-9)
砂土根据饱和土S的指标值分为稍湿、很湿和饱和三种湿度状态，其划分标准见表3-2。r
显然，干土的饱和度S=0，而完全饱和土的饱和度S=100%。 rr
砂土湿度状态的划分 表3-2
砂土湿度状态 稍湿 很湿 饱和
>80 S饱和度S(%) S?50 50<S?80 rrrr
(三)表示土的密度和重度的几种指标
,除了天然密度(有时也叫湿密度)以外，工程计算中还常用如下两种土的密度:饱,,satd和密度和干密度。土的饱和密度定义为土中孔隙被水充满时土的密度，表示为:
mV，,sVw,,satV (3-10)
土的干密度定义为单位土体积中土粒的质量，表示为:
ms,,dV (3-11)
在计算土中自重应力时，须采用土的重力密度，简称重度。与上述几种土的密度相应的
,,,satd有土的天然重度、饱和重度、干重度。在数值上，它们等于相应的密度乘以重力
,,,,g,,,,g,,,,gsatsatdd加速度g，即，，。另外，对于地下水位以下的土体，由
,,于受到水的浮力作用，将扣除水浮力后单位体积土所受的重力称为土的有效重度，以表
,,,,,,gsatwww示，当认为水下土是饱和时，它在数值上等于饱和重度与水的重度()
之差，即:
,mgV,ssw,,,,,,,satwV (3-12)
显然，几种密度和重度在数值上有如下关系:
,,,,,satd
,,,,,,,,satd
3,[例题3-1] 某原状土样，经试验测得天然密度=，含水量w=%，土粒相d,essat对密度=。试计算:?土的孔隙比、饱和度S;?当土中孔隙充满水时土的密度r
和含水量w。
例题 3-1 三相草图
3V解:绘三相草图，见例图3-1。设土的体积=。
,Vm1)根据密度定义，得: ==×=
mmmswws根据含水量定义，得: =×=
mmmws从三相草图有: +=
mmmmsssw因此 += = =
,s根据土粒相对密度定义，得土粒密度为:
3,,d,,，,
,,,,
,,,,
3V,V,V,V,,,, 3V,V，V,，,，孔隙体积。至此，三相草图中，三相组成
的量，无论是质量或体积，均已算出，将计算结果填入三相草图中。根据孔隙比定义，得:
,,,
根据饱和