当前课程知识点：地质学与工程地质 > 第9章 土体的工程地质性质 > 9.2 土的基本性质 > Chapter 9.2.1 土的物理性质
同学们好 欢迎来到地质学与工程地质课程
在解决与各类工程建筑有关的工程地质问题时
我们需要了解所遇到的土的工程性质
并用一定的指标来定量地描述
从而为工程地质勘查和建筑场地条件评价提供依据
土的工程性质包括物理性质
水理性质和力学性质
这节课我们先来学习土的物理性质
构成土体的土颗粒
水和气体三相之间在质量
和体积上的不同将表现出不同的物理状态
通常用土的三相比例指标来
作为土的基本物理性质指标
这个是土的三相组成示意图
其中v为土体的总体积
Vs为土颗粒也就是固相部分的体积
Vv是孔隙的体积 Vw是土中水的体积
Va为气体部分的体积 m是土的总质量
ms为土颗粒的质量 mw为水的质量
ma为气体的质量 可以忽略
共9个参数 很明显它们之间存在着相关性
单位体积土的质量称为土的密度
单位为千克每立方米
或者克每立方厘米
室内呢通常可以通过环刀法试验测得
在野外有时可以采用试坑法测量
天然土的密度称为天然密度
单位体积土的重量呢叫做土的容重
单位为千牛每立方米或牛每立方厘米
土中固相质量与土的总体积之比
称为土的干密度
土孔隙中全部充满水时土的密度
也就是说充满孔隙的水的质量与固相质量之和
与土的总体积之比称为土的饱和密度
当土浸没在水中时 土颗粒将受到水的浮力
所以土体的重力要扣除这部分浮力
扣除浮力以后的固相重力
与土的总体积之比称为土的浮容重
单位为千牛每立方米
干燥土颗粒的质量与它的体积之比
称为土粒的密度 通常采用
比重瓶法来测量得到
土粒密度与4摄氏度时纯水的密度之比
称为土粒的相对密度 又叫土粒比重
它是一个无量纲 土粒的密度呢一般在2.65
到2.8克每立方厘米之间
土中所含水的质量
与土中所含固体颗粒质量之比
称为含水率或者含水量 用百分数来表示
在实验室内可以通过烘干法来测量得到
粘性土的含水率的多少
可以反映土体的物理力学性质
一般坚硬粘性土它的含水率相对较少
而饱和软粘土的含水率
可以达到50%到200%甚至更大
天然状态下土的含水率
称为天然含水率
而饱和状态下土的含水率称为饱和含水率
土中所含水的体积与土体孔隙体积的比值
称为土的饱和度 用百分数来表示
土中孔隙体积与土总体积的比值
称为土的孔隙度或者是孔隙率
用百分数来表示
而土中孔隙体积与土中固体
颗粒体积的比值称为孔隙比
用小数来表示 土的孔隙比它反映了土的密实程度
一般的来讲将孔隙比小于0.6的土
称为密实的低压缩性土
而将孔隙比大于1.0的土称为疏松的高压缩性土
砂土的最大孔隙比也就是说在
最疏松状态下的孔隙比和天然状态下的孔隙比之差
与砂土最大孔隙比和最小孔隙比
也就是最紧密状态下的孔隙比之差的
比值称为砂土的相对密实度dr
它是一个无量纲量
在工程中通常把相对密实度
作为砂土的结构状态指标
并根据它的大小将砂土分为疏松的
中密的和密实的三种状态
描述土的这些物理性质指标是可以相互转换的
根据实验室测得的土的密度
土颗粒密度及含水率三个指标
其余的指标均可以计算出来
所以这三个指标又称为土的物性基本指标
下面我们结合一个具体的例子
来加深对土的物理性质指标的理解
某工程的原状土样
通过室内试验测得的天然密度为ρ
等于1.67克每立方厘米
含水量为12.9% 土粒比重为2.67
求孔隙比 孔隙度和饱和度
首先我们绘制土的三相示意图
我们假定土的体积为1.0立方厘米
根据密度的定义
那么我们可以求得土的质量m等于1.67克
同时根据含水量的定义
可以得到水的含量mw等于0.129ms
从三相图可以得到m等于ma加mw再加ms
由于ma可以忽略也就是等于0
所以m也就是等于mw加ms
那对于这个试样而言 也就是有这样一个关系式
所以我们可以求得土粒的质量ms等于1.48克
相应的土中水的质量mw也可以得到了 也就是0.19克
根据土粒的比重gs等于ρs除以ρw
由于根据试验gs等于2.67
而水的密度ρw等于1克每立方厘米
所以我们可以得到土粒的密度
ρs等于2.67克每立方厘米
相应的土粒的体积也
可以计算得到也就是0.554立方厘米
同时根据前面求得的土中水的质量
很容易可以求得水的体积
也就是0.19立方厘米
从三相图可以得到土的体积等于气体的体积
加水的体积加固体的体积
所以我们可以得到土中气体的体积
而土的孔隙的总的体积呢
可以得到是0.446立方厘米
根据孔隙比的概念
也就是孔隙比等于孔隙的体积与固体体积的比值
我们可以得到孔隙比e等于0.805
相应的孔隙度 那么也就等于孔隙的体积
与土体的总体积（之比） 也就是44.6%
当然也可以根据孔隙度和孔隙比的关系
同样可以计算得到n
而饱和度Sr也就是土中水的体积
与孔隙体积的比值 我们可以得到Sr等于42.6%
这节课我们学习了土的物理性质指标
也就是土的三相比例指标
它们之间可以相互的转换换算
其中土的含水率 土的密度 土粒密度
可以通过试验来测得称为土的基本指标
其它的指标比如孔隙比 孔隙率
饱和度等都可以通过它们来换算得到
通过这节课的学习 同学们
要掌握土的物理性质指标的含义
达到能够利用土的三相图
来计算各个指标及相互转换关系
-0.1 人类工程活动与地质环境
-0.2 工程地质学的任务
-知识巩固--作业
-1.1 地球的形成与演化
-1.2 地球的基本性质
-1.3 岩石圈板块构造与地质作用
-知识巩固
-2.1 地壳运动
--默认
-2.2 岩浆作用
-2.3 变质作用
-2.4 地震作用
-知识巩固
-3.1 引述
-3.2 风化作用
-第3章 外动力地质作用--3.2 风化作用
-3.3 地面流水的地质作用
-3.3 地面流水的地质作用--作业
-3.4 风的地质作用
-3.4 风的地质作用--作业
-3.5 冰川的地质作用
-3.5 冰川的地质作用--作业
-知识巩固-基础篇--作业
-知识巩固-提高篇--作业
-4.1 矿物
-第4章 矿物与岩石--4.1 矿物
-4.2 岩浆岩
-第4章 矿物与岩石--4.2 岩浆岩
-4.3 沉积岩
-4.3 沉积岩--作业
-4.4 变质岩
-第4章 矿物与岩石--4.4 变质岩
-第4章 矿物与岩石--知识巩固-基础篇
-第4章 矿物与岩石--知识巩固-提高篇
-5 地质年代
-知识巩固--作业
-6.1 水平构造与倾斜构造
-6.2 褶皱构造
-6.3 断裂构造
-第6章 地质构造--知识巩固-基础篇
-第6章 地质构造--知识巩固-提高篇
-7.1 概述
-7.2 地质图的表示方法
-7.3 地质图的阅读和分析
-第7章 地质图--知识巩固-基础篇
-第7章 地质图--知识巩固-提高篇
-8.1 基本概念
-8.1 基本概念--作业
-8.2 地下水的埋藏类型与排泄
-第8章 地下水--8.2 地下水的埋藏类型与排泄
-8.3 地下水的运动
-8.3 地下水的运动--作业
-8.4 地下水的水质
-8.4 地下水的水质--作业
-8.5 与地下水有关的工程地质问题
-8.5 与地下水有关的工程地质问题--作业
-知识巩固-基础篇--作业
-第8章 地下水--知识巩固-提高篇
-9.1 土的物质组成
-9.1 土的物质组成--作业
-9.2 土的基本性质
-9.2 土的基本性质--作业
-9.3 土的工程分类
-9.4 特殊土及工程性质
-9.4 特殊土及工程性质--作业
-第9章 土体的工程地质性质--知识巩固-基础篇
-第9章 土体的工程地质性质--知识巩固-提高篇
-10.1 概述
--10.1练习
-10.2 岩石的物理和水理性质
--10.2练习
-10.3 岩石的力学性质
--10.3习题
-10.4 岩体结构、结构面与结构体
--10.4习题
-10.5 结构面的特征及力学性质
--10.5习题
-10.6 岩体力学性质
--10.6习题
-10.7 岩体的工程地质分类
--10.7习题
-知识巩固-基础篇--作业
-知识巩固-提高篇--作业
-11.1 斜坡变形与破坏
-11.1 斜坡变形与破坏--作业
-11.2 影响斜坡稳定的因素
-11.3 斜坡稳定性分析
-11.3 斜坡稳定性分析--作业
-11.4 岩质边坡稳定的结构分析法
-11.5 斜坡变形破坏防治原则与措施
-11.5 斜坡变形破坏防治原则与措施--作业
-第11章 斜坡稳定性工程地质问题分析--知识巩固-基础篇
-第11章 斜坡稳定性工程地质问题分析--知识巩固-提高篇
-12.1 地下洞室及其应力重分布
-12.1 地下洞室及其应力重分布--作业
-12.2 洞室围岩的变形与破坏
-12.3 影响洞室围岩稳定性的因素
-12.4 洞室围岩失稳的防治措施
-第12章 地下洞室围岩稳定性的工程地质分析--知识巩固
-13.1 水利工程坝基
--Chapter 13.1.1 坝型及对工程地质条件的要求
-13.2 常见地基处理方法
-第13章 地基岩体稳定性工程地质问题分析--知识巩固
-14.1 水库渗漏
-14.2 库岸稳定问题
-14.3 库周浸没及水库淤积
-知识巩固--作业
-15.1 概述
-15.2 工程地质测绘
-15.3 工程地质勘探与野外试验
-15.4 地质罗盘的使用方法
-知识巩固
-汶川地震泥石流——5年的回顾
--汶川地震泥石流
--汶川地震这五年
--解疑答惑
-期末考试
