任務1.3 土的物理狀態(tài)指標測試

土力學與地基基礎（第二版）《土力學與地基基礎》（第二版）土的物理狀態(tài)指標測試任務1.3圖1.3土的三相示意圖圖中符號意義如下:V———土的總體積；Vv———土的孔隙部分體積；Vs———土的固體顆粒實體的體積；Vw———水的體積；Va———氣體體積；m———土的總質(zhì)量；mw———水的質(zhì)量；ms———固體顆粒質(zhì)量。1.三相圖1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試2.確定三相比例關系的基本試驗指標（1）土的密度(ρ)土的密度定義為土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，用下式表示：在天然狀態(tài)下,單位體積土所受的重力,稱為土的天然重度，簡稱重度，用下式表示：式中g——重力加速度（g=9.81m/s2，工程上有時為了計算方便,取g=10m/s2）；WT——土樣的總重力。任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征2.確定三相比例關系的基本試驗指標（1）土的密度(ρ)土的密度和重度的關系式為：任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試2.確定三相比例關系的基本試驗指標（2）土粒相對密度(或比密度)土粒相對密度定義為土粒的質(zhì)量與同體積純蒸餾水在4℃時的質(zhì)量之比，即：式中ρs——土粒的密度，即單位體積土粒的質(zhì)量，；ρw——4℃時純蒸餾水的密度（g/cm3）。1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試2.確定三相比例關系的基本試驗指標（2）土粒相對密度(或比密度)單位體積土粒的重力稱為土粒重度。Gs與γs

的關系式：式中Ws——土樣內(nèi)土粒重力。1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試2.確定三相比例關系的基本試驗指標（3）土的含水率w土的含水率定義為土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,以百分數(shù)表示，即：式中w——土的含水率。1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試3.確定三相量比例關系的其他常用指標（1）表示土中孔隙含量的指標工程上常用孔隙比e或孔隙度n

表示土中孔隙的含量?？紫侗萫——指孔隙體積與固體顆粒實體體積之比，表示為：孔隙度n——指孔隙體積與土體總體積之比，用百分數(shù)表示，亦即：1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試3.確定三相量比例關系的其他常用指標（2）表示土中含水程度的指標孔隙中充滿水的程度，就是土的飽和度Sr：1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試3.確定三相量比例關系的其他常用指標（3）表示土的密度和重度的幾種指標①飽和密度ρsat

和飽和重度γsat飽和密度——孔隙完全被水充滿時土的密度，表示為：孔隙中完全充滿水時土的重度稱為飽和重度，用下式表示：1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試3.確定三相量比例關系的其他常用指標（3）表示土的密度和重度的幾種指標②干密度ρd

與干重度γd單位體積土體中的土粒質(zhì)量稱為土的干密度，用下式表示：單位體積土體中的土粒重力稱為土的干重度，用下式表示：1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試3.確定三相量比例關系的其他常用指標（3）表示土的密度和重度的幾種指標③土的浮重度γ'土的浮重度等于單位體積土體中的土粒重力減去與土粒體積相同的水的重力，其定義式為：1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試土的物理性質(zhì)指標的類別、名稱、符號、定義表達式、常用換算關系式和單位列于表1.5中。表1.5土的物理性質(zhì)指標注：重度γ

和土粒重度γs

并不是實測指標，為了查閱方便，本表將其列入實測指標欄內(nèi)。1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試【例題1.1】土樣總質(zhì)量為132.0g，總體積為80.0cm3，此土樣烘干后質(zhì)量為108.0g，土粒相對密度Gs=2.65。試求此土樣的含水率、孔隙比、孔隙度、飽和度和干重度。例題1.1圖【解】由題設條件，給出此土樣的三相簡圖。由于已知土樣的質(zhì)量、體積和土粒相對密度，故可以直接計算。土中水的質(zhì)量為土粒體積土中水的體積土中氣體體積1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試例題1.1圖

按定義可求得含水率孔隙比孔隙度飽和度干重度1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試

【解】直接用表1.5所列的定義表達式或換算關系式計算。土的重度土粒重度孔隙比飽和度1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試飽和重度浮重度干重度1.3.1

土的三相組成在量上的比例特征1.3.2土的物理狀態(tài)指標任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試1.粗粒土(無黏性土)的物理狀態(tài)指標（1）粗粒土(無黏性土)的密實度土的密實度通常指單位體積中固體顆粒的含量。土顆粒含量多，土就密實；土顆粒含量少，土就疏松。1.3.2土的物理狀態(tài)指標任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試1.粗粒土(無黏性土)的物理狀態(tài)指標（1）粗粒土(無黏性土)的密實度將現(xiàn)場土的孔隙比e與該種土所能達到最密實的孔隙比emin

和最松時的孔隙比emax

相對比，來表示孔隙比為e時土的密實度。這種度量密實度的指標稱為相對密實度Dr，表示為式中e——現(xiàn)場粗粒土的天然孔隙比；emax——土的最大孔隙比；emin———土的最小孔隙比。1.3.2土的物理狀態(tài)指標任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試1.粗粒土(無黏性土)的物理狀態(tài)指標（1）粗粒土(無黏性土)的密實度當Dr=0時，e=emax，表示土處于最松狀態(tài)。當Dr=1時，e=emin，表示土處于最密實狀態(tài)。用相對密實度Dr判定粗粒土的密實度標準見表1.6。表1.6砂類土密實程度的劃分標準因為emin

和emax

都難以準確測定，天然砂土的密實度只能在現(xiàn)場進行原位標準貫入試驗，根據(jù)錘擊數(shù)N63.5，按表1.6的標準間接判定。1.3.2

土的物理狀態(tài)指標任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試1.粗粒土(無黏性土)的物理狀態(tài)指標（1）粗粒土(無黏性土)的密實度粉土的密實程度用天然孔隙比大小劃分，見表1.7。表1.7粉土密實程度的劃分任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試【例題1.3】一砂樣的天然重度γ=18.4kN/m3，含水率w=19.5%，土粒相對密度Gs=2.65，最大干重度γdmax=15.8kN/m3，最小干重度γdmin=14.4kN/m3。試求其相對密實度Dr,并判定其密實程度。【解】按式（1.21），砂樣的干重度為：按式（1.9）求砂樣的孔隙比e：1.3.2土的物理狀態(tài)指標任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試相應于最大干重度的孔隙比是砂樣的最小孔隙比emin，相應于最小干重度的孔隙比是砂樣的最大孔隙比emax。emin

和emax

同樣可按上式求出:由式（1.25）得據(jù)Dr=0.73查表1.6，可判定此砂類土處于密實狀態(tài)。1.3.2土的物理狀態(tài)指標任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試1.粗粒土(無黏性土)的物理狀態(tài)指標（2）無黏性土的潮濕程度《鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范》規(guī)定碎石類土和砂類土的潮濕程度按飽和度的大小來劃分。粉土潮濕程度按其天然含水率w

劃分。表1.9碎石類土和砂類土潮濕程度的劃分表1.10粉土潮濕程度劃分1.3.2土的物理狀態(tài)指標任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試2.黏性土(細粒土)的物理狀態(tài)指標（1）黏性土(細粒土)的稠度稠度是指土的軟硬程度或土對外力引起變形或破壞的抵抗能力。從物理概念分析，土的稠度實際上是反應土中水的形態(tài)。圖1.9土中水與稠度狀態(tài)1.3.2土的物理狀態(tài)指標任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試2.黏性土(細粒土)的物理狀態(tài)指標（2）稠度界限土從某種狀態(tài)進入另外一種狀態(tài)的分界含水率稱為土的特征含水率，或稱為稠度界限。液性界限(wL)簡稱液限，相當于土從塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐盒誀顟B(tài)時的分界含水率。塑性界限(wp)簡稱塑限，相當于土從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)時的含水率。在試驗室中，液限wL

用液限儀測定，塑限wp

則用搓條法測定。1.3.2土的物理狀態(tài)指標任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試2.黏性土(細粒土)的物理狀態(tài)指標（3）塑性指數(shù)和液性指數(shù)①塑性指數(shù)塑性指數(shù)通常用不帶“%”符號的數(shù)字表示?！惰F路橋涵地基和基礎設計規(guī)范》采用塑性指數(shù)作為黏性土的分類指標，見表1.11表1.11粉土及黏性土的劃分1.3.2土的物理狀態(tài)指標任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試2.黏性土(細粒土)的物理狀態(tài)指標（3）塑性指數(shù)和液性指數(shù)②液性指數(shù)式中w

為土的天然含水率，wL液性界限，wp為塑性界限。液性指數(shù)通常用不帶“%”的數(shù)字表示。1.3.2土的物理狀態(tài)指標任務1.3土的物理狀態(tài)指標測試2.黏性土(細粒土)的物理狀態(tài)指標（3）塑性指數(shù)和液性指數(shù)②液性指數(shù)《鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范》(TB10093—2017)對黏性土的潮濕（軟硬）程度按液性指數(shù)劃分，如表1.12所示。表1.12黏性土塑性狀態(tài)的劃分1.