土的基本物理性质指标计算与换算

土的三相比例指标换算公式
土壤的三相比例指标换算公式如下：
1.砂粉砂界限计算公式：
C_1=D_25/D_15
其中，C_1表示砂粉砂界限，D_25表示土壤颗粒通过穿透50%所需的筛孔尺寸，D_15表示土壤颗粒通过穿透15%所需的筛孔尺寸。

C_1的数值越大，表示土壤中砂的含量越高，粘性较小，渗透性较好。

2.粉砂粉土界限计算公式：
C_2=D_50/D_25
其中，C_2表示粉砂粉土界限，D_50表示土壤颗粒通过穿透50%所需的筛孔尺寸。

C_2的数值越大，表示土壤中粉砂的含量越高，颗粒较小，保水性较好。

3.粉砂砂界限计算公式：
C_3=D_75/D_25
其中，C_3表示粉砂砂界限，D_75表示土壤颗粒通过穿透75%所需的筛孔尺寸。

C_3的数值越大，表示土壤中粉砂颗粒的含量越高，保水性较差。

这些公式是根据土壤颗粒分布特征的测定结果得出的，通过测定土壤样本中不同粒径颗粒的含量百分比，可以计算出不同比例指标。

这些指标可以用来估计土壤的性质和用途，并且对于农田的土壤改良、水土保持等工作也有参考价值。

要注意的是，三相比例指标换算公式只是一种近似计算方法，实际土壤中的颗粒分布情况受到多种因素的影响，如土壤类型、风化程度、物理结构等，因此在实际应用中应结合实地调查和分析，综合考虑其他土壤性质指标，来评估土壤的综合特性和潜力。

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。

《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001（2009版）学习-土的物理性质指标1 土的组成天然状态下的土的组成（一般分为三相）（1）固相：土颗粒--构成土的骨架。

决定土的性质--大小、形状、成分、组成、排列（2）液相：水和溶解于水中物质（3）气相：空气及其他气体（1）干土=固体+气体（二相）（2）湿土=固体+液体+气体（三相）（3）饱和土=固体+液体（二相）土的三相示意图2 土的颗粒级配2.1 基本概念自然界的土通常由大小不同的土粒组成，土中各个粒组重量（或质量）的相对含量百分比称为颗粒级配，土的颗粒级配曲线可通过土的颗粒分析试验测定。

工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。

土中各粒组的相对含量称土的粒径级配，土的粒径级配是通过土的颗粒大小分析试验确定。

土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比，一般用百分比表示。

土的粒径级配直接影响土的性质，如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。

要确定各粒组的相对含量，需要将各粒组分离开，再分别称重。

这就是工程中常用的颗粒分析方法，实验室常用的有筛分法和密度计法。

土的粒径级配指的是土中各粒组的相对含量，用占总质量的百分数来表示。

这是无黏性土的重要指标，是粗粒土的分类定名的标准。

2.2 粒径级配累积曲线工程中常用粒径级配累积曲线（颗粒大小分布曲线）直接了解土的级配情况。

曲线的横坐标为土颗粒粒径的对数，单位为mm ；纵坐标为小于某粒径土颗粒的累积含量，用百分比（％）表示。

将筛分析和比重计试验的结果绘制在以土的粒径为横坐标，小于某粒径之土质量百分数为纵坐标，得到的曲线称土的粒径级配累积曲线。

级配曲线的特点：半对数坐标{量（％）小于某粒径的土质量含纵坐标）土粒粒径（对数坐标横坐标---mm几种土的粒径分布曲线从颗粒级配曲线中可直接求得各粒组的颗粒含量及粒径分布的均匀程度，进而估测土的工程性质。

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。

土壤物理性质的测定1、土壤密度=土壤比重的测定（比重瓶法）(密度=比重*1000 kg/m3)仪器设备：比重瓶（50ml或100ml），天平（感量0.001g），电炉或砂浴，滴管。

测定步骤：将比重瓶盛满无二氧化碳的水（煮沸5分钟后冷却的水），静置10分钟加塞，使多余的水从瓶塞毛细管中溢出，用滤纸擦干比重瓶外壁、称重（W1）。

然后将比重瓶中的水倒出一半，将通过1mm筛孔的10g风干土土样用小漏斗小心装入比重瓶中，轻轻摇动，使土样与水充分混合；为了除去土和水中的空气，须将比重瓶加热煮沸1小时，在煮沸过程中经常晃动比重瓶，以驱除水及土样中的空气，使水和土更好的接触。

冷却后，用滴管加满无二氧化碳的水，在室温下再静置10min，加塞，使多余的水从瓶塞毛细管中溢出，用滤纸擦干比重瓶外壁，称量（W2)。

结果计算 d=W/(W+W1-W2)式中：d—－土壤比重，g／cm3W—－烘干土样质量，gW1—－加满水的比重瓶质量，gW2—－加有水和士样的比重瓶质量，g注：①含可溶性盐较多的土样，需用非极性液体（如汽油、媒油等）代替水，用其空抽气法排除土中空气。

②本方法中加入风干样在计算时需换算成烘干样，即需测定风干样中吸湿水含量，计算其水分换算系数（K）按下式计算、K= m/m1式中：m—－烘干样（土）质量，gm1—－风干样（土）质量，g2、土壤容重的测定（环刀法）仪器设备:200cm3环刀（高5．2cm ，半径3．5cm ）或其他规格的环刀、天平（感量0.0lg 及0.lg ）、小刀、铁锹、烘箱、铝盒、瓷盘、滤纸等。

测定步骤：选定代表性测定地点，挖掘土壤剖面，根据剖面发生层次或机械分层，用环刀采取土样，每层土壤应不少于三个重复。

采样过程中必须保持环刀内土壤结构不受破坏，注意环刀内不要有石块或粗根侵入，如果土壤过份紧实，可垫上木板轻轻打入。

待取出环刀后，用锋利的削刀切去环刀两端多余的土，使环刀内的土壤体积与环刀容积相等，最后将环刀两端用盖子盖好，分别放入塑料袋内并写好标签，带回室内备用。

土的物理性质及计算说明1.土的三相土是由固体颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）三部分组成的，这三部分之间的比例关系随着条件的变化而变化。

土的三相组成的不同比例指标，反映着土的物理状态（如干燥或潮湿，疏松或紧密），是土的最基本物理性质指标，它们对于评价土的工程性质具有重要意义。

土的三相物质本来是混合分布的，为了阐述和标记的方便，将三相的各部分集合起来，画出土的三相示意图，如图1-1所示。

V——土的总体积；Vs——土中固体颗粒的体积；Vv——土中孔隙的体积；Vw——土中水所占的体积；Va——土中气体所占的体积；W——土的总重量；Ws——土的固体颗粒的重量；Ww——土中水的重量；Wa——土中气体的重量(一般认为Wa=0)。

2.土的重力密度γ土的重力密度（简称土的重度），是土在天然状态下单位体积的重量，单位为kN／m3，用下式表示：不同的土，重度不同，其与土的密实程度、含水量等因素有关。

一般土的重度在13～22 kN／m3之间，重度大的土比较密实，强度也较高。

土的重度可用环刀法测定，即根据特制环刀所切取的土重除以环刀的容积即得。

对于不宜用环刀切取的土样或岩石，也可用排开等体积的水银或用蜡封等方法测定。

饱和重度γsat是孔隙全部被水充满时土的重度，用下式表示：式中 W′w——充满土中全部孔隙的水重；γw——水的重度，取10 kN／m3。

浮重度γ′，是在地下水位以下的土，受到水的浮力作用时，单位体积中土的有效重量(浮重)，用下式表示：3.土粒的相对密度ds土粒重量与同体积的4℃时的水的重量之比，称为土粒的相对密度，用下式表示：一般土粒的相对密度在2.65～2.80之间，其大小决定于土的矿物成分。

砂土的相对密度约为2.65；黏土的相对密度为2.70～2.80。

土中含有大量有机质时，土粒相对密度显著减小。

同一类土的相对密度变化幅度很小。

土的相对密度可在试验室内用比重瓶法测定。

4.土的干重度γd干重度γd，即单位体积中土粒的总重量：5.土的含水量w（%）土中水的重量与土颗粒重量的比值，称为土的含水量，以百分数表示：土的含水量表示土的湿度，含水量越大说明土越湿，一般来说，工程性质也越差。

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。