土的常用物理性质指标换算公式

第1页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。

1.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：土的密度常用环刀法测定，其单位是 g/cm 3，一般土的密度为1.60〜2.20g/cm 3。

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。

2.土粒密度s 是干土料的质量m s 与基体积V s 之比，由下式表示：satm(g/cm 3)V(1 — 8a )第2页s^(g/cm 3)(1 — 9)3.土的含水量w 是土中水的质量m w 与固体（土粒）的质量 m s 之比，由下 式表示：w 匹 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。

材料--大纲要求的知识点1 土工试验(1)土的三相组成及物理性质指标换算了解：土的形成过程。

土是由地壳表面的岩石经过物力风化化学风化和生物风化作用之后的产物。

岩石暴露在大气中，受到温度变化的影响，体积经常发生膨胀和收缩，不均匀的膨胀和收缩使之产生裂缝，同时长期经受风霜雨和雪的侵蚀以及动植物的破坏，逐渐由整块岩石崩解成大小不等和形状不同的碎块，这个过程叫物理风化。

物理风化只改变岩石颗粒的大小和形状，不改变颗粒的成分。

物理风化后形成的碎块与氧气二氧化碳和水接触，经过化学变化，变成更细的颗粒并且成分也发生改变，产生与原来岩石成分不同的矿物，这个过程叫做化学风化。

在此基础上，加之生物活动的参与，从而产生有机质的积聚，经过这些风化作用所形成的矿物颗粒堆积在一起，其间贯穿着孔隙，孔隙间存在着水和空气。

这种松散的固体颗粒（有时还会含有有机质）水和气体的集合体即是土。

熟悉：土的三相组成；土的物理性质指标及指标换算。

土是由土颗粒（固相）水（液相）及气体（气相）三种物质组成的集合体。

土的密度土颗粒的比重（或土粒密度）土的含水量干密度饱和密度浮密度孔隙比孔隙率饱和度指标换算：上述土的三相比例指标中，土粒比重G、含水量ω和重度γ三个指标是通过试验测定的。

在测定这三个基本指标后，可以导得其余各个指标常用图2-21所示三相图进行各指标间关系的推导，令γw=1gf/cm3，令Vs=e，V＝1＋e，Ws=VsG=G，Ww＝ωWs=ωG,W=G(1+ω)。

常用图2-21所示三相图进行各指标间关系土的三相比例指标换算公式如下：掌握：含水量试验；密度试验；相对密度试验含水量试验（烘干法）一、定义土的含水量是在105-110℃下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒量后干土质量的比值，以百分数表示，本法是测定含水量的标准方法。

二、适用范围粘质土、粉质土、砂类土和有机质土类。

三、主要仪器设备烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持105-110℃的其他能源烘箱，也可用红外线烘箱天平：感量0.01g。

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。

1． 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ρ可由下式表示：1s sat d γλγ=-3(/)mg cm Vρ= （1－8a ） 土的密度常用环刀法测定，其单位是g/cm 3，一般土的密度为1.60～2.20 g/cm 3。

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。

2． 土粒密度s ρ是干土料的质量s m 与基体积s V 之比，由下式表示：3(/)ss sm g cm V ρ=（1－9）3． 土的含水量w 是土中水的质量w m 与固体（土粒）的质量s m 之比，由下式表示：100%wsm w m =⨯ （1－10） 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。

土的物理性质指标换算公式土壤的物理性质是指土壤固有的一些属性，这些属性可以通过一些指标来进行测量和描述。

常用的土壤物理性质指标包括土壤的颗粒组成、容重、孔隙度、水分保持能力等。

下面我们将分别介绍这些指标的换算公式。

1.颗粒组成：土壤的颗粒组成可以用不同粒径的粒子百分含量来衡量，常用的粒子粒径有砂粒（粒径 > 0.05mm）、粉粒（粒径为0.05-0.002mm）、黏粒（粒径 < 0.002mm）。

颗粒组成可以通过湿筛分析法来测定，其中不同粒径的颗粒质量除以总质量即可得到百分含量。

2.容重：土壤的容重是指单位体积土壤的质量，可以通过测量土壤的体积和质量来计算。

常用的换算公式为：容重 = 土壤的质量 / 土壤的体积。

容重的单位一般为g/cm³或kg/m³。

3.孔隙度：孔隙度是指单位体积土壤中孔隙空间的比例，可以用来衡量土壤的通气和排水性能。

孔隙度可以通过测量土壤的容重和颗粒密度来计算。

常用的换算公式为：孔隙度=(1-容重/颗粒密度)×100%。

孔隙度的单位为%。

4.饱和水分量：饱和水分量是指土壤中完全饱和状态下所含有的水分量，可以通过浸水法来测定。

常用的换算公式为：饱和水分量=(饱和土壤质量-干土质量)/干土质量×100%。

饱和水分量的单位为%。

5.田间持水量：田间持水量是指土壤在田间条件下能够保持的有效水分量，可以通过田间试验来测定。

一种常用的换算公式为：田间持水量=(采样湿土重-干土重)/采样湿土重×100%。

田间持水量的单位为%。

6.毛管持水力：毛管持水力是指土壤中毛细管作用下能够保持的有效水分量，可以通过压汞法或毛细管法来测定。

换算公式可以根据不同的实验方法而有所不同。

以上是常见的几个土壤物理性质指标的换算公式。

需要注意的是，不同的指标可能需要使用不同的实验方法和测量仪器，具体的换算公式也会有所差异。

因此，在进行土壤物理性质指标的测量和换算时，需要根据具体的实验方法和仪器来选择相应的公式。

第1页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。

1.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：土的密度常用环刀法测定，其单位是 g/cm 3，一般土的密度为1.60〜2.20g/cm 3。

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。

2.土粒密度s 是干土料的质量m s 与基体积V s 之比，由下式表示：satm(g/cm 3)V(1 — 8a )第2页s^(g/cm 3)(1 — 9)3.土的含水量w 是土中水的质量m w 与固体（土粒）的质量 m s 之比，由下 式表示：w 匹 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。

土的三相比例指标精选文档TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-第二节 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。

所谓土的物理性质指标就是表示土中三相比例关系的一些物理量。

土的物理性质指标可以分为两类：1．必须通过试验测定的，如含水率，密度和土粒比重2．可以根据试验测定的指标换算的，如孔隙比，孔隙率和饱和度等。

（s g ）-土粒质量 (w g )-土中水质量m (g )-土的总质量-土粒体积-土中水体积-土中气体积-土中空隙体积 V-土的总体积一、试验指标（1）土的密度（天然密度）ρ：天然状态下，单位体积土的质量，单位为3/cm g 或3/m t 即：V g=ρ天然密度变化范围较大。

一般3/0.28.1cm g -=ρ；3/0.26.1cm g -=ρ；腐殖土3/7.15.1cm g -=ρ。

天然密度一般用"环刀法"测定，用一个圆环刀（刀口向下）放在削平的原状土样面上，徐徐削去环刀外围的土，边削边压，使保持天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内土样质量，求得它与环刀容积之比值即为其密度。

（2）土粒密度（比重）：干土粒质量s g 与其体积s V 之比，即：ss Vg s =ρ 土粒相对密度：土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比，一般用s d 或s G 表示，无量纲。

即：式中s ρ－土粒密度（3/cm g ）；1w ρ－纯水在4℃时的密度（单位体积的质量），等于13/cm g 或者13/m t 。

试验测定方法：比重瓶法实际上，土粒比重在数值上就等于土粒密度，但前者无因次。

土粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为－；有机质土为－。

同一种类的土，其比重变化幅度很小。

土粒比重可在试验室内用比重瓶测定。

将置于比重瓶内的土样在105-110℃下烘干后冷却至室温用精密天平测其质量，用排水法测得土粒体积，并求得同体积4℃纯水的质量，土粒质量与其比值就是土粒比重。

土的物理状态指标土的物理指标1.4.1土的三相比例指标因为土是三相体系，不能用一个单一的指标来说明三相间量的比例关系，需要若干个指标来反映土中固体颗粒、水和空气之间的量关系。

在土力学中，通常用三相草图来表示土的三相组成图1－10为了确定土的三相比例指标，需要通过试验室测定土的重力密度、含水量和土粒比重，有关实验方法参见《土工试验规程》，这里不予讲述。

得到这三个基本指标图1－10土的三相草图后，其它指标就可通过三相草图的关系得到。

（1）土的重度（g）土的重度定义为土单位体积的重量，单位为（kN/m3）。

其定义式为：（2）土粒比重（d s）土粒比重定义为土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比，其定义式为：土粒的比重给出的是矿物组合体的密度，由于土中矿物成分相对比较稳定，故土的比重一般变化不大或土的稠度。

1、无粘性土（粗粒土）的密实程度无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良好的天然地基；呈松散状态时，则是不良地基。

对于同一种无粘性土，当其孔隙比小于某一限度时，处于密实状态，随着孔隙比的增大，则处于中密、稍密直到松散状态。

无粘性土的这种特性，是因为它所具有的单粒结构决定的。

以下介绍与无粘性土的最大和最小孔隙比、相对密实度等有关的密实度指标。

无粘性土的最小孔隙比是最紧密状态的孔隙比，用符号e min表示；其最大孔隙比是土处于最疏松状态时的孔隙比，用符号e max表示。

e min一般采用“振击法”测定；e max一般用“松砂器法”测定。

对于不同的无粘性土，其e min与e max的测定值也是不同的，e max与e min之差(即孔隙比可能变化的范围)也是不一样的。

一般土粒粒径较均匀的无粘性土，其e max与e min之差较小；对不均匀的无粘性土，则其差值较大。

无粘性土的天然孔隙比e如果接近e max(或e min)，则该无粘性土处于天然疏松(或密实)状态，这可用无粘性土的相对密实度进行评价。

第二节 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。

所谓土的物理性质指标就是表示土中三相比例关系的一些物理量。

土的物理性质指标可以分为两类：1．必须通过试验测定的，如含水率，密度和土粒比重2．可以根据试验测定的指标换算的，如孔隙比，孔隙率和饱和度等。

（s g ）-土粒质量(w g )-土中水质量m (g )-土的总质量-土粒体积-土中水体积-土中气体积-土中空隙体积V-土的总体积一、试验指标（1）土的密度（天然密度）ρ：天然状态下，单位体积土的质量，单位为3/cm g 或3/m t 即：V g=ρ天然密度变化范围较大。

一般粘性土3/0.28.1cm g -=ρ；砂土3/0.26.1cm g -=ρ；腐殖土3/7.15.1cm g -=ρ。

天然密度一般用"环刀法"测定，用一个圆环刀（刀口向下）放在削平的原状土样面上，徐徐削去环刀外围的土，边削边压，使保持天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内土样质量，求得它与环刀容积之比值即为其密度。

（2）土粒密度（比重）：干土粒质量s g 与其体积s V 之比，即：ss Vgs =ρ土粒相对密度：土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比，一般用s d 或s G 表示，无量纲。

即：式中s ρ－土粒密度（3/cm g ）；1w ρ－纯水在4℃时的密度（单位体积的质量），等于13/cm g 或者13/m t 。

试验测定方法：比重瓶法实际上，土粒比重在数值上就等于土粒密度，但前者无因次。

土粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.6－2.8；有机质土为2.4－2.5。

同一种类的土，其比重变化幅度很小。

土粒比重可在试验室内用比重瓶测定。

将置于比重瓶内的土样在105-110℃下烘干后冷却至室温用精密天平测其质量，用排水法测得土粒体积，并求得同体积4℃纯水的质量，土粒质量与其比值就是土粒比重。

由于比重变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。

土的总质量公式土的总质量公式是质量(mg)= 体积(cm³)×密度(g/cm³)。

这里的密度是指土的天然密度，即土单位体积的质量。

土的密度取决于土粒的密度、孔隙体积的大小和孔隙中水的质量多少，这些因素综合反映了土的物质组成和结构特征。

另外，如果是计算风干土的质量，也可以使用这个公式。

但请注意，此公式只适用于一般情况，如有特殊需求或其他复杂因素，可能需要采用更精确的公式或方法进行计算。

下面详细地讨论土的总质量公式及其相关概念。

首先，土的总质量公式是用来计算土壤中所有物质（包括固体颗粒、水、空气等）总质量的数学表达式。

通常表示为：质量（M）= 体积（V）×密度（ρ）这里的质量（M）通常以克（g）或千克（kg）为单位，体积（V）以立方厘米（cm³）或立方米（m³）为单位，密度（ρ）则是以克每立方厘米（g/cm³）或千克每立方米（kg/m³）为单位。

接下来，我们逐一解释公式中的各个组成部分：1. 体积（V）：这是指土壤占据的三维空间大小。

在实际应用中，可以通过测量土壤的长、宽、高来计算其体积。

例如，对于一个长方体形状的土壤样本，体积V = 长×宽×高。

2. 密度（ρ）：密度是物质的一种基本属性，表示单位体积内物质的质量。

对于土壤而言，密度通常指的是天然密度，它包括了土壤固体颗粒、孔隙中的水和空气的总质量。

天然密度可以通过实验室测定获得，也可以近似地通过土壤颗粒密度和孔隙率来估算。

需要注意的是，不同类型的土壤（如砂土、粘土、壤土等）具有不同的密度值。

3. 质量（M）：质量是物体所含物质的多少，是一个基本的物理量。

在土壤学中，质量通常指的是土壤中所有成分的总质量。

通过测量土壤的体积和密度，并利用上述公式，我们可以计算出土壤的总质量。

此外，还需要注意的是，土壤的质量可能会受到多种因素的影响，包括土壤类型、含水量、有机质含量、矿物组成等。