土的三相指標(biāo)相互轉(zhuǎn)換

1、第四節(jié)土的三相比例指標(biāo)以上三節(jié)介紹了土的組成和結(jié)構(gòu)，特別是土顆粒的粒度和礦物成分，是從本質(zhì)方面了解土的工程性質(zhì)的根據(jù)。但是，為了對土的基本物理性質(zhì)有所了解，還需要對土的三相：土粒（固相）、土中水（液相）和土中氣體（氣相）的組過情況進行數(shù)量上的研究。在不同成分和結(jié)構(gòu)的土中，土的三相之間具有不同的比例。土的三相組成的重量和體積之間的比例關(guān)系，表現(xiàn)岀土的重量性質(zhì)（輕、重情況）、含水性（含水程度）和孔隙性（密實程度）等基本物理性質(zhì)各不相同，并隨著各種條件的變化而改變。例如對同一成分和結(jié)構(gòu)的土，地下水位的升高或降低，都將改變土中水的含量經(jīng)過壓實，其孔隙體積將減小。這些情況都可以通過相應(yīng)指標(biāo)的具體數(shù)字反映

2、岀來。表示土的三相比例關(guān)系的指標(biāo)，稱為土的三相比例指標(biāo)，亦即土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)包括土的顆粒比重、重度。含水量、飽和度、孔隙比和孔隙率等。一、指標(biāo)的定義(Trw=1gf/cm31kN/m3 )Va 一土中氣體積；VV 一土中孔隙體積；VV= Vw+ VaV 一土的總體積，V= Vs+ Vw+ Va(一) 土的顆粒比重 G土粒重量與同體積的 4C時水的重量之比， 稱為顆粒比重，它在數(shù)值上為單位體積土粒的重量，即：式中：水在 4 C時單位體積的重量，等于 1gf / cm3或Itf / m3 10kN / m3。顆粒比重決定于土的礦物成分，它的數(shù)值一般為2.652.75。有機質(zhì)為2.42.5 ;泥

3、炭土為1.51.8 ;而含鐵質(zhì)較多的粘性土可達2.83.0。同一種類的士，其顆粒比重變化幅度很小。顆粒比重可在試驗室內(nèi)用比重瓶法 測定。一般土的顆粒比重值見表2-3。由于顆粒變化的幅度不大，通?？砂唇?jīng)驗數(shù)值選用。土的顆粒比重參考值表2-3土的名稱砂土粉土粘性土粉質(zhì)粘土粘土顆粒比重（二）土的重度丫單位體積土的重量稱為土的重度（單位為 kN /m3=tf /m3 X10 1 )，即:(2-5)土的重度取決于土粒的重量，孔隙體積的大小和孔隙中水的重量，綜合反映了土的組成和結(jié) 構(gòu)特征重度值將愈小。當(dāng)土的結(jié)構(gòu)不發(fā)生對具有一定成分的土而言，結(jié)構(gòu)愈疏松，孔隙體積愈大, 變化時，則重度隨孔隙中含水?dāng)?shù)量的增加而

4、增大。天然狀態(tài)下土的重度變化范圍較大。一般粘性土 Y=18 20kN / m3 ;砂土丫 =16 20kN /m3 ;腐植土 丫 =15 17kN / m3重度一般用“環(huán)刀法”測定，用一個圓環(huán)刀（刀刃向下）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)刀容積內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣重量，求得它與環(huán)刀容積之比值即天然重度。（三）土的干重度丫 d、飽和重度丫 sat和浮重度丫土的干重度丫 d(2-6)單位體積中固體顆粒部分的重量。稱為土的干重度丫d，即:土的飽和重度y sat在工程上常把干重度作為評定土體緊密程度的標(biāo)準(zhǔn)，以控制填土工程的施工質(zhì)量。土孔隙中充滿水時的單位

5、體積重量。稱為土的飽和重度丫sat即：FOB2 j-r卜（2-7）土的浮重度丫在地下水位以下，單位土體積中土粒的重量扣除浮力后，即為單位土體積中土粒的有效重量,稱為土的浮重度或水下重度丫 ，即：“ (2-8)（四）土的含水量 W土中水的重量與上粒重量之比，稱為土的含水量，以百分?jǐn)?shù)計，即:= 100%吧(2-9)含水量是標(biāo)志土的濕度的一個重要物理指標(biāo)。天然土層的含水量變化范圍很大，它與土的種類、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35 %;堅硬的粘性土的含水量為20 %30 %，而飽和狀態(tài)的軟粘性（如淤泥），則可達60 %或更大。一般說來，同一類土

6、，當(dāng)其含水量增大時，則其強度就降低。土的含水量一般用“烘干法”測定。先稱小塊原狀土樣的濕土重，然后置于烘箱內(nèi)維持 100 105 C烘至恒重，再稱干土重，濕、干土重之差與干土重的比值，就是土的含水量。（五）土的飽和度 S土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，稱為土的飽和度，以百分率計，即：7 （2-10）飽和度值愈大，表明土孔隙中充水愈多?？紫锻耆珵樗錆M時，Sr=100 %，土處于飽和狀態(tài)；孔隙中全是氣體，沒有水分，Sr =0 %，土處于干燥狀態(tài)（這種狀態(tài)自然界實際很少）。工程實際中，按飽和度常將土劃分為如下三種含水狀態(tài)：Sr<50% 稍濕的Sr = 50 %80 %很濕的Sr>

7、;80% 飽水的應(yīng)指岀，粘性土因主要含結(jié)合水，由于結(jié)合水膜厚度的變化將使土體積發(fā)生膨脹、收，改變土中孔隙的體積，即孔隙體積可因含水量而變化，所以，對粘性土通常不按飽和，而按稠度指標(biāo)液性指數(shù)人評述其含水狀態(tài)（參見26節(jié)）。對于粉土，由于毛細(xì)作用引起的假塑性，按液性指數(shù)評價狀態(tài)已失去意義， 根據(jù)對全國各地粉土資料的綜合分析，巖土工程勘察規(guī)范確定按含水量評述粉土的含水（濕度）（六）土的孔隙比 e和孔隙率n土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比，即：- （2-11）孔隙比用小數(shù)表示。它是一個重要的物理性指標(biāo)，可以用來評價天然土層的密實程度。一般e v 0.6的土是密實的低壓縮性土，e > 1.0

8、的土是疏松的高壓縮性土。土的孔隙率是土中孔隙所占體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示。孔隙率和孔隙比都說明上中孔隙體積的相對數(shù)值?？紫堵是抑苯诱f明土中孔隙體積占土體積的百分比值，概念非常清楚，但不便于工程應(yīng)用，因地基土層在荷載作用下產(chǎn)生壓縮變形時，孔隙體積（Vv）和土體總體積（V）都將變小，顯然，孔隙率不能反映孔隙體積在荷載作用前后的 變化情況。而一般情況下，土粒體積（ Vs ），則可看作不變值，故孔隙比就能反映土體積變化 前后孔隙體積的變化情況。因此，工程計算中常用孔隙比這一指標(biāo)。自然界上的孔隙率與孔隙比的數(shù)值取決于土的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，故為表征土結(jié)構(gòu)特征的重要指標(biāo)。數(shù)值愈大，土中孔隙體積愈大，土結(jié)構(gòu)愈疏

9、松；反之，結(jié)構(gòu)愈密實。由于土松密程度差別極大，土的孔隙比變化范圍也大，可由0.2到4.0，相應(yīng)孔隙率由20 %到80 %，但常見值孔隙比為 0.51.2，相應(yīng)孔隙率為33 %66 %。并如上所述，無粘性土雖孔隙較大，但因數(shù)量少，孔隙比相對較低，一般為0。50 . 8，孔隙率相應(yīng)為 33 %45 %;粘性則因孔隙數(shù)量多和大孔隙的存在， 孔隙比常相對較高，一般為 0.671.2，相應(yīng)孔隙率為40 %55 %，少數(shù)近代沉積的未經(jīng)壓實 的粘性土，孔隙比甚至在 4.0以上，孔隙率可大于 80 %。二、指標(biāo)的換算關(guān)系上述土的三相比例指標(biāo)中，土粒比重G、含水量3和重度丫三個指標(biāo)是通過試驗測定的。在測定這三個基本指標(biāo)后，可以導(dǎo)得其余各個指