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第二章 土的物理性质、水理性质和力学性质 第一节 土的物理性质 土是土粒（固体相），水（液体相）和空气（气体相）三者所组成的；土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。 土的物理性质指标，可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水量，密度和土粒比重；另一类是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。 一、土的基本物理性质 土的三相图（见教材P62图） （一）土粒密度(particle density) 土粒密度是指固体颗粒的质量ms与其体积Vs之比；即土粒的单位体积质量： g/cm3 土粒密度仅与组成土粒的矿物密度有关，而与土的孔隙大小和含水多少无关。实际上是土中各种矿物密度的加权平均值。 砂土的土粒密度一般为：2.65 g/cm3左右 粉质砂土的土粒密度一般为：2.68g/cm3 粉质粘土的土粒密度一般为：2.68~2.72g/cm3 粘土的土粒密度一般为：2.7-~2.75g/cm3 土粒密度是实测指标。 （二）土的密度(soil density) 土的密度是指土的总质量m与总体积V之比，也即为土的单位体积的质量。其中：V=Vs+Vv; m=ms+mw 按孔隙中充水程度不同，有天然密度，干密度，饱和密度之分。 1．天然密度（湿密度）(density) 天然状态下土的密度称天然密度，以下式表示： g/cm3 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，它综合反映了土的物质组成和结构特征。 砂土一般是１.4 g/cm3 粉质砂土及粉质粘土１.4 g/cm3 粘土为１.4 g/cm3 泥炭沼泽土：１.4 g/cm3 土的密度可在室内及野外现场直接测定。室内一般采用“环刀法”测定，称得环刀内土样质量，求得环刀容积；两者之比值。 2．干密度（dry density） 土的孔隙中完全没有水时的密度，称干密度；是指土单位体积中土粒的重量，即：固体颗粒的质量与土的总体积之比值。 g/cm3 干密度反映了土的孔隙生，因而可用以计算土的孔隙率，它往往通过土的密度及含水率计算得来，但也可以实测。 土的干密度一般常在1.4~1.7 g/cm3 在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准，以控制填土工程的施工质量。 3．饱和密度（saturatio density） 土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度。即，土的孔隙中全部充满液态水时的单位体积质量，可用下式表示： g/cm3 式中： ：水的密度（工程计算中可取1 g/cm3） 土的饱和密度的常见值为1.8~2.30 g/cm3 此外： （1）浮密度 土的浮密度是土单位体积中土粒质量与同体积水的质量之差，即 ρ’=(ms-vsρw)/V或 由此可见：同一种土在体积不变的条件下，它的各种密度在数值上有如下关系： （2）容重：单位体积的重量 （三）土的含水性 土的含水性指土中含水情况，说明土的干湿程度。 1．含水率（含水量） 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，即 土的含水率也可用土的密度与干密度计算得到： 室内测定：一般用“洪干法”，先称小块原状土样的湿土质量，然后置于烘箱内维持100~105摄氏度烘至恒重，再称干土质量，湿、干土质量之差与干土质量的比值就是土的含水量。 天然状态下土的含水率称土的天然含水率。一般砂土天然含水率都不超过40%，以10~30%最为常见；一般粘土大多在10~80%之间，常见值20~50%。 土的孔隙全部被普通液态水充满时的含水率称饱和含水率 水的密度,又称饱和水容度。 饱和含水率又称饱和水密度，它既反映了水中孔隙充满普通液态水时的含水特性，又反映了孔隙的大小。 土的含水率又可分为体积含水率与引用体积含水率： 体积含水率nw：为土中水的体积与体积之比。 引用体积含水率ew：为土中水的体积与土粒体积之比。 2．饱和度（degree of saturation） 定义为：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示，即： 或天然含水率与饱和含水率之比： 饱和度愈大，表明土中孔隙中充水愈多，它在0~100%；干燥时Sr=0。孔隙全部为水充填时，Sr=100%。 工程上Sr作为砂土湿度划分的标准。 Sr 50% 稍湿的 Sr = 50~80% 很湿的 Sr 80% 饱和的 工程研究中，一般将Sr大于95%的天然粘性土视为完全饱和土；而砂土Sr大于80%时就认为已达到饱和了。 （四）土的孔隙性 孔隙性指土中孔隙的大小，数量、形状、性质以及连通情况。 1．孔隙率（porosity）与孔隙比(void ratio)