(整理)土的三相比例指标及换算关系推导

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

第四节土的三相比例指标以上三节介绍了土的组成和结构，特别是土颗粒的粒度和矿物成分，是从本质方面了解土的工程性质的根据。

但是，为了对土的基本物理性质有所了解，还需要对土的三相：土粒（固相）、土中水（液相）和土中气体（气相）的组过情况进行数量上的研究。

在不同成分和结构的土中，土的三相之间具有不同的比例。

土的三相组成的重量和体积之间的比例关系，表现出土的重量性质（轻、重情况）、含水性（含水程度）和孔隙性（密实程度）等基本物理性质各不相同，并随着各种条件的变化而改变。

例如对同一成分和结构的土，地下水位的升高或降低，都将改变土中水的含量经过压实，其孔隙体积将减小。

这些情况都可以通过相应指标的具体数字反映出来。

表示土的三相比例关系的指标，称为土的三相比例指标，亦即土的基本物理性质指标包括土的颗粒比重、重度。

含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。

一、指标的定义为了便于说明和计算，用图2-20所示的土的三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系，图中符号的意义如下：Ws——土粒重量；Ww——土中水重量；W——土的总重童；W＝Ws＋WwVs——土粒体积；Vw——土中水体积；rwV=Ww（∵rw=1gf/cm3≈1kN/m3）Va一土中气体积；VV一土中孔隙体积；VV= Vw+ VaV一土的总体积，V= Vs+ Vw+ Va（一）土的颗粒比重G土粒重量与同体积的4℃时水的重量之比，称为颗粒比重，它在数值上为单位体积土粒的重量，即：(2-4)式中：——水在4℃时单位体积的重量，等于1gf／cm3或Itf／m3≈10kN／m3。

颗粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.65~2.75。

有机质为2.4~2.5；泥炭土为1.5～1.8；而含铁质较多的粘性土可达2.8～3.0。

同一种类的士，其颗粒比重变化幅度很小。

颗粒比重可在试验室内用比重瓶法测定。

一般土的颗粒比重值见表2-3。

由于颗粒变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。

土的颗粒比重参考值表2-3粘性土土的名称砂土粉土粉质粘土粘土颗粒比重 2.65～2.69 2.70～2.71 2.72～2.73 2.74～2.76 （二）土的重度γ单位体积土的重量称为土的重度（单位为kN／m3=tf／m3×10－1），即：(2-5)土的重度取决于土粒的重量，孔隙体积的大小和孔隙中水的重量，综合反映了土的组成和结构特征。