土的物理状态指标

土的三项基本物理指标土是我们日常生活和工程建设中经常接触到的一种物质。

要了解土的性质，就需要关注一些重要的物理指标。

其中，土的三项基本物理指标分别是土的密度、土的含水率和土的孔隙比。

首先来说说土的密度。

土的密度简单来讲，就是单位体积土的质量。

它反映了土的密实程度。

密度越大，说明土颗粒之间排列得越紧密；密度越小，则土颗粒之间的空隙相对较大。

在实际工程中，土的密度对于计算地基承载力、判断填土的压实程度等都具有重要意义。

比如说，在修建道路时，如果填土的密度不够，就容易出现下沉、塌陷等问题。

土的密度又分为天然密度、干密度和饱和密度。

天然密度就是土在天然状态下单位体积的质量。

干密度则是把土中的水分全部去除后，单位体积土的质量。

饱和密度是指土在饱和状态下单位体积的质量。

测定土的密度，常用的方法有环刀法、灌砂法和灌水法等。

环刀法适用于细粒土，操作相对简单。

灌砂法和灌水法适用于测定粗粒土和巨粒土的密度。

接下来谈谈土的含水率。

土的含水率指的是土中水的质量与土粒质量之比，用百分数表示。

含水率的大小直接影响着土的物理力学性质。

比如，含水率高的土，其强度往往较低，压缩性较大。

在工程中，准确测定土的含水率对于判断土的状态（如坚硬、可塑、流塑等）以及计算土的干密度等都非常重要。

常见的测定土含水率的方法有烘干法、酒精燃烧法等。

烘干法是测定含水率的标准方法，但需要较长的时间。

酒精燃烧法速度较快，但精度相对较低，适用于现场快速测定。

最后说说土的孔隙比。

孔隙比是指土中孔隙体积与土粒体积之比。

它反映了土中孔隙的大小和数量。

孔隙比越大，说明土中的孔隙越多，土越疏松；孔隙比越小，土越密实。

孔隙比在评价土的压缩性和渗透性方面有着重要的作用。

压缩性高的土，孔隙比较大；渗透性好的土，孔隙比通常也相对较大。

要确定土的孔隙比，需要先测定土的密度、含水率等指标，然后通过计算得出。

总的来说，土的密度、含水率和孔隙比这三项基本物理指标，是我们认识和研究土的性质的重要依据。

土的基本物理指标，密度、干密度、饱和度、重度、孔隙比
5、土的密度：单位体积土的质量称为土的质量密度，简称土的密度。

6、土的重力密度：单位体积土所受的重力称土的重力密度，简称土的重度。

7、土粒相对密度（比重）：土粒密度（单位体积土粒的质量）与4°C 时纯水密度rw1之比，称为土粒相对密度，或称土粒比重。

8、土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比（用百分数表示）称为土的含水量。

含水量的数值和土中水的重力与土粒重力之比（用百分比表示）相同。

9、土的干密度：单位体积土中土粒的质量称为土的干密度。

工程上常以土的干密度来评价土的密实程度，并常用这一指标控制填土的施工质量。

10、土的饱和重度：土中孔隙完全被水充满时土的重度称为饱和重度。

11、土的干重度：土的单位体积内土粒所受的重力为土的干重度。

12、土的有效重度：地下水位以下的土受到水的浮力作用，扣除水浮力后单位体积土所受的重力称为土的有效重度，又称浮重度。

13、土的孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比称为土的孔隙比。

14、土的孔隙率：土中孔隙体积与总体积之比（用百分数表示）称为土的孔隙率。

15、土的饱和度：土中水的体积与孔隙体积之比（用百分数表示）称为土的饱和度。

习惯上根据饱和度Sr的数值，把细砂、粉砂等土分为稍湿（Sr≤50）、很湿（50<Sr≤80）、饱和（Sr>80）三种湿度状态。

土的物理状态指标土壤的物理状态指标是指在土壤中反映土壤无机颗粒体积与有机质含量、空隙率、密度、质地组成、结构等土壤结构与颗粒组成指标。

1.质地组成土壤的质地是指土壤中不同颗粒大小的比例与组成.常用的表示质地组成的指标是粒径分析的百分含量，以传统方法中的砂、粉砂、粉砂、粘壤、黏土粒分别占全样品重的百分数表示的指标.2.容重与真密度容重是指土壤体容量的实际重量,它是土壤在一定体积内所含固体颗粒的质量.真密度是指粘土、砂壤、壤土及泥炭等等岩石中粒子质量与体积的比值.3.孔隙度与毛管持水量土壤孔隙度是指单位体积土壤中孔隙和孔隙之间的比例.孔隙度的大小直接影响土壤的空气、水分和温度等环境因子的变化，也直接关系到作物根系的通气、透水及根系扩张等,在土壤中空气、水分和其他溶解物存在于微型孔隙和孔隙中，并因孔隙类型和表面特性而加速植物根部对空气和水分的吸收.4.水分含量土壤水分含量是评价土壤湿度状态的重要指标之一,直接关系到土壤水分平衡与作物生长.土壤中水分的总量由孔隙度、毛管力、渗透压、吸力及土壤水分位能和液相上升下降等因素共同维持.5.土壤结构土壤结构是土壤物理状态指标中的一个重要方面,是指土壤颗粒聚集成团的方式与组织性,有机质、黏涂粘土、胶体玻璃体与细菌植物等微生物活性的结果反映在结构化上的展现的土层结构的通称.裂隙是土壤结构的一种，是指较大颗粒粘粒聚集成群或更大颗粒凝结聚集在一起以形成特殊结构.6.水稳性水稳性是指土壤中的颗粒在水的多波动环境中对于比较危险的作物、生物和物理变化越小，越不容易因为外力、水分和气候等因素的变化而发生不稳定的断裂.7.通透性土壤通透性是直接影响植物根部伸长，水和空气进入植物根部的物理因素，在同一温度下，土壤对空气、水的吸引力越大，通透性越好.总之，土壤的物理状态指标对于评价土壤质量、产量以及农业生产起着重要的作用.通过合理的管理和调控土壤的物理状态，能够提高土壤的保墒性、耕性以及养分持水的能力，从而提高农作物产量和质量。

有关土的经验参数一、原状土物理性质指标变化范围原状土物理性质指标变化范围，见表3-3-28。

注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土7＜I p≤17二、土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。

土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。

注：①平均比重采取：砂——2.66；粘砂土——2.70；砂粘土——2.71；粘土——2.74；②粗砂和中砂的E 0值适用于不均匀系数C u = = 3者，当C u ＞5时应按表中所列值减少 。

C u为中间值时E 0 值按内插法确定；③对于地基稳定计算，采用人摩擦角φ的计算值低于标准值2°。

1060d d 32三、土的压缩模量一般范围值土的压缩模量一般范围值，见表3-3-3-。

注：砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17四、粘性土剪强度参考值粘性土抗剪强度参考值，见表3-3-31。

注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17五、土的侧压力系数（ξ）和泊松比（u）参考值注：粘土I p＞17；粉质粘土10＜I p≤17；I p≤10五、变形模量于压缩模量的关系变形模量E0是指土体在无侧限条件下应力与应变之比，其中的应变包含弹性应变和塑性应变两部分。

因此，变形模量较弹性模量E小，通常在土与基础的共同作用分析中用变形模量E。

变形模量一般是通过现场载荷试验确定，一些地方通过静力触探、标贯试验与变形模量建立了经验公式。

压缩模量Es是在侧限条件下应力与应变的比值，是通过室内试验获取的参数。

两者的关系：对于软土E0近似等于Es；较硬土层，E0=βEs，β=2～8，土愈坚硬，倍数愈大。

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/m 3 ）。

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（见表1 －3），且与常见矿物的比重接近（表1 －4 ）。

表 1 － 3 常见土的比重土名土粒比重砂土2．65—2．69砂质粉土2．70粘质粉土2．71粉质粘土2．72～2.73粘土2．74～2．76表 1 － 4 土中常见矿物的比重矿物矿物密度闪石英2．8—3.4黑云母2．7—3．1方解石2．7石英2．65长石2．5—2．9云母2．8～2．9白云母2．8～3．0黄铁矿5．0～5．1辉石3．1～3．6伊利石 2.6～2．8高岭土2．6～2.7蒙托石2．4～2．8绿泥石2．6～3．0（ 3 ）土的含水量（w ）土的含水量定义为土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示。

（ 4 ）土的孔隙比（ e ）孔隙比e —指孔隙体积与固体颗粒实体体积之比，以小数表示，即：（ 5 ）孔隙率（n ）孔隙度n 一指孔隙体积与土总体积之比，用百分数表示，亦即孔隙比和孔隙度都是用以表示孔隙体积含量的概念。

不难证明两者之间可以用下式互换。

或土的孔隙比或孔隙度都可用来表示同一种土的松、密程度。

它随土形成过程中所受的压力、粒径级配和颗粒排列的状况而变化。

土的三项基本物理性质指标土的物理力学基本指标知识点主要分为：质量密度；孔隙比；孔隙率；含水量；饱和度；界限含水量；液限；塑限；塑性指数；液性指数；渗透系数；内摩擦角与黏(内)聚力等。

土的物理力学基本指标土的三相(固体颗粒、水和气)组成特性，构成了其许多物理力学特性。

相同成分和结构的土中，土的三相之间具备相同的比例。

土的三相共同组成的重量和体积之间的比例关系相同，则土的重量性质(重、轻情况)、不含水性(含水程度)和孔隙性(规整程度)等基本物理性质各不相同，并随着各种条件的变化而发生改变。

比如对同一成分和结构的土，地下水位的增高或减少，都将发生改变土中水的含量;经过压实,其孔隙体积将增大。

这些情况都可以通过适当指标的具体内容数字充分反映出。

土的物理力学基本指标主要有: ①质量密度；②孔隙比；③孔隙率；④含水量；⑤饱和度；⑥界限含水量:黏性土由一种物理状态向另一种物理状态转变的界限状态所对应的含水量；⑦液限:土由流动状态转入可塑状态的界限含水量，是土的塑性上限，称为液性界限，简称液限；⑧塑限:土由可塑状态转为半固体状态时的界限含水量为塑性下限，称为塑性界限，简称塑限；⑨塑性指数:土的液限与塑限之差值；⑩液性指数:土的天然含水量与塑限差值与塑性指数之比值；⑾渗透系数:土被水透过称为土的渗透性，水在土孔隙中流动则为渗流。

在一定水力梯度下，渗流速度反映土的渗透性强弱，渗透系数是渗流速度与水力梯度成正比的比例系数；⑿内摩擦角与黏(内)聚力:土的抗剪强度由滑动面上土的黏聚力(阻挡剪切)和土的内摩阻力两部分组成，摩阻力又与法向应力成正比，其中内摩擦角反映了土的摩阻性质。

因而内摩擦角与黏聚力是土抗剪强度的两个力学指标。

土的经验参数一、物理指标1.比重：土壤的比重是指单位体积土壤的质量与同体积纯水的质量之比，通常用干重比重和湿重比重表示。

2.含水量：土壤的含水量是指土壤中水分的质量与干重土壤质量之比，常用百分比表示。

3.孔隙度：土壤的孔隙度是指土壤中孔隙体积与总体积之比，常用百分比表示。

4.总容重：土壤的总容重是指单位体积土壤的质量，通常用干重表示。

5.粒径分布：土壤的粒径分布是指不同粒径组分在土壤中的含量分布状况。

二、压缩指标1.压缩系数：土壤的压缩系数是指单位压力下土壤体积变化的比例，通常用体积压缩系数和线性压缩系数表示。

2.压缩指数：土壤的压缩指数是指土壤在其中一固定压力下的压缩变化量与干重土壤质量之比，表示土壤的可压缩性。

3.压缩模量：土壤的压缩模量是指土壤在荷载作用下的压缩刚度，通常用单位应力下的压缩应变表示。

三、变形模量1.杨氏模量：土壤的杨氏模量是指土壤在单位应力下的应变、变形关系，反映土壤的刚度。

2.泊松比：土壤的泊松比是指土壤沿径向收缩时垂直于径向的应变与径向应变之比，反映土壤的可压缩性和变形能力。

3.弯曲模量：土壤的弯曲模量是指土壤在受弯曲荷载作用下的弯曲刚度，通常用单位应力下的弯曲应变表示。

1.内摩擦角：土壤的内摩擦角是指土壤在剪切状态下达到极限强度时，切线与水平方向之间的夹角，反映土壤抗剪性能。

2.剪切模量：土壤的剪切模量是指土壤在剪切应力作用下的应变、剪切关系，反映土壤的刚度。

以上是土的经验参数的主要内容，在土壤工程设计和分析中起到重要的作用。

不同类型的土壤具有不同的参数值，通过对土的经验参数的研究可以更好地了解土壤的物理和力学特性，为土壤工程设计提供依据。