土的三相比例指标及换算关系推导.docx

土的三相比例指标
土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标。三相比例指标反映了土的 干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工程地质勘 察报告中不可缺少的基本内容。
为了推导土的三相比例指标，通土的三相比例指标
土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标。三相比例指标反映了土的 干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工程地质勘 察报告中不可缺少的基本内容。
为了推导土的三相比例指标，通常把在土体中的实际上处于分散状态的三相物质理想化 地分别集中在一起，构成如图1—4所示的三相图。在图1—4中，右边注明各相图的体积， 左边注明各相的质量或重力。土样的体积V为土中空气的体积Va、水的体积Vw和土粒的 体积Vs之各；土样的质量m为土中空气质量ma、水的质量mw和土粒的质量ms之和；通 常认为空气的质量可以忽略，则土样的质量就仅为水和土料质量之各。
图1—4 土的三相图
三相比例指标可分为二种，一种是试验指标；另一种是换算指标。
一、试验指标
通过试验测定的指标有土的密度、土料密度和含水量。
土的密度是单位体积土的质量，如令土的体积为V，质量为m，则土的密度p可由下式 表示：
入 =L -1 P= m (g / cm3) (1 —8a)
sat y v
d
土的密度常用环刀法测定，其单位是g/cm3，〜 g/cm3。
对天然土求得的密度称为天然密度，相应的重度称为天然重度，以区别于其他条件下的指标， 如下面要讲到的干密度、饱和密度和饱和重度等。
土粒密度是干土料的质量与基体积之比，由下式表示：
P = m(g /cm3) (1—9)
s V
s
土的含水量是土中水的质量与固体(土粒)的质量之比，由下式表示：
w = —w X 100% (1 — 10)
m
s
含水量常用烘干法测定，是描述土的干湿程度的重要指标，常以百分数表示。土的天然含水 量变化范围很大，从干砂的含水量接近于零到蒙脱土的含水量可达百分之几百。
二、 换算指标
除了上述三个试验指标之外，还有六个可以计算求得的指标，称为换算指标，包括土的干密 度(干重度)、饱和密度(饱和重度)、有效重度、孔隙比、孔隙率和饱和度。
干密度是土的固相质量与总体积V之比，可由下式表示：
P = ms (g / cm3) (1-11)
d V
土的干密度越大，土越密实，强度就越高，水稳定性也好，干密度常用作填土密实度的施工 控制指标。
土的饱和密度是当土的孔隙中全部为水所充满时的密度，即全部充满孔隙的水的质量与 固相质量之和与土的总体积V之比，由下式表示：
P = mw + ms (g / cm3) (1-12)
sat V
当用干密度或饱和密度计算重力时，也应乘以10变换为干重度和饱和重度。
当土浸没在水中时，土的固相受到水的浮力作用，土体的重力也应扣除浮力。计算地下 水位以下土层的自重应力时应当用有效重度，有效重度是扣除浮力以后的固相重力与土 的总体积之比(又称为浮重度)，由下式表示：
Y' = 10ms Tw匕=y -y (kN /m3) (1 — 13)
V sat w
式中：为水的重度，纯水在4°C时的重度等于9.