土的三相比例指標

1、第四節(jié) 土的三相比例指標       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)出土的重量性質(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

2、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)指標的具體數(shù)字反映出來。表示土的三相比例關(guān)系的指標，稱為土的三相比例指標，亦即土的基本物理性質(zhì)指標包括土的顆粒比重、重度。含水量、飽和度、孔隙比和孔隙率等。一、指標的定義為了便于說明和計算，用圖2-20所示的土的三相組成示意圖來表示各部分之間的數(shù)量關(guān)系，圖中符號的意義如下：Ws土粒重量；Ww土中水重量；W土的總重童；WWsWwVs土粒體積；Vw土中水體積；rwV=Ww（rw=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

3、量與同體積的4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：(2-4)式中：水在4時單位體積的重量，等于1gfcm3或Itfm310kNm3。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2.652.692.702.712.722.732.742.

4、76（二）土的重度單位體積土的重量稱為土的重度（單位為kNm3=tfm3×101），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。對具有一定成分的土而言，結(jié)構(gòu)愈疏松，孔隙體積愈大，重度值將愈小。當土的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化時，則重度隨孔隙中含水數(shù)量的增加而增大。天然狀態(tài)下土的重度變化范圍較大。一般粘性土=1820kNm3；砂土=1620kNm3；腐植土=1517kNm3。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

5、與環(huán)刀容積之比值即天然重度。（三）土的干重度d、飽和重度sat和浮重度'土的干重度d 單位體積中固體顆粒部分的重量。稱為土的干重度d，即：(2-6)土的飽和重度sat 在工程上常把干重度作為評定土體緊密程度的標準，以控制填土工程的施工質(zhì)量。土孔隙中充滿水時的單位體積重量。稱為土的飽和重度sat即：(2-7)土的浮重度' 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'，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，以百分數(shù)計，即：(2-9)含水量是標志土的濕度的一個重要物理指標。天

6、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2030，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，當其含水量增大時，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100105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：(2-10)飽和度值愈大，表明土孔隙中充水愈多。孔隙完全為水充滿時，Sr=100，土處

7、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       Sr5080 很濕的       Sr>80% 飽水的應(yīng)指出，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

8、粘性土通常不按飽和，而按稠度指標液性指數(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，可以用來評價天然土層的密實程度。一般e0.6的土是密實的低壓縮性土，e1.0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，以百分數(shù)表示?？紫堵屎涂紫侗榷颊f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，

9、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。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。數(shù)值愈大，土中孔隙體積愈大，土結(jié)構(gòu)愈疏松；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3366。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。508，孔隙率相應(yīng)為3345；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4055，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、指標的換算關(guān)系上述土的三相比例指標中，土粒比重G、含水