四阶魔方公式图解七步(关于干容重、浮容重、饱和容重)土力学带公式完整版

2020年10月2日发(作者：卓文君)
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土的三相指标

图 1-2 土的三相图
（ 1 ）土的天然密度 或重度
单位体积土的质量（重量）。
（ kgm3 ） （ 1-3a ）
（ kNm3 ） （ 1-3b ）
且有关系
（ 1-4 ）
试验测定方法：环刀法等。
（ 2 ）土的含水量（率）
w

土中水的质量（重量）与土粒质量（重量）之比，以百分数表示。
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（ 1-5 ）
试验测定方法：烘干法
（ 3 ）土粒相对密度（土粒比重）
G
s
土粒相对密度定义为土粒的质量与同体积 4oC 纯水的质量之比。
（无量纲） （ 1-6 ）
试验测定方法：比重瓶煮沸法。由此还可得到
（ 1-7 ）
以下指标由基本指标导出。设土颗粒的体积为 1 ，按照各指标的定义，可得到单元土的三
相简图如图 1-3 所示。

图 1-3 单元土的三相简图
（ 4 ）孔隙比
e

孔隙比为土中孔隙何种与土粒体积之比，用小数表示。
（ 1-8 ）
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（ 5 ）孔隙率
n

土中孔隙体积与土的总体积之比。
（ 1-9 ）
且有
或 （ 1-10 ）
（ 6 ）饱和度
Sr

土中所含水分的体积与孔隙体积之比 , 反映了土体中孔隙被水充满的程度。
（ 1-11 ）
（ 7 ） 土的饱和容重 和浮重度（有效重度）
饱和重度为土处于饱和状态时的重度，浮重度为土浸入水中受到浮力时的重度。
（ 1-12 ）
（ 1-13 ）
（ 8 ）干重度
土中颗粒的重量与土体积之比。
（ 1 － 14 ）
（ 9 ）各重度之间的比较
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（ 1 － 15 ）
（ 10 ）最大干容重和最优含水量
同一种土，采用同一种方法压密击 实时，所能达到的最大干容重与其含水量有关，达到最大
干容重时所对应的含水量称为最优含水量，显然 干容重最大时，填土的密实度最高。
7 ．土的物理状态
土的物理状态主要是指：
无粘性土：密实程度，疏松或密实。粘性土：稠度，即土的软硬程度。
土的干湿软硬松密等状态。
（ 1 ）无粘性土密实程度指标
① 孔隙比
孔隙比愈大，则土愈松散，反之越密实。
孔隙比仅适用于级配相近的土的密实度的比较，且取原状土样测定孔隙比 比较困难。
② 相对密度
D
r
（ 1 － 16 ）
其中，
e
为原状土的孔隙比， 和 分别为该种土所能达到的最大、最小孔隙比。
同样，它也存在着原状土孔隙比 较难测定的问题。
③ 标准贯入系数
N
63.5
通过现场标准贯入试验确定，适用范围较广。
（ 2 ）粘性土的状态及可塑性
即粘性土的软硬程度，或称稠度状态，如图 1-4 所示。其中：
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图 1-4 粘性土的物理状态
液 态：含水量较大，颗粒之间有自由水，且粒间联结很弱。宏观上表现为粘土处于粘滞流
动状态。 可塑态：颗粒之间的主要为外层间的结合水，土粒之间有一定的联结力。宏观上表现为土的
形状可任 意改变而不裂不断，外力解除后，土仍保持改变后的形状，这种性能称为可塑性，
是粘性土区别于无粘性 土的重要特征。
半固态：颗粒间的水主要是强结合水和扩散层的内层结合水，粒间联结比较牢固，土 失去可
塑性。
固 态：土间之水为强结合水，粒间联结非常牢固，土体积已不随含水量的减少而减少。
它有以下几个稠度界限（粘性土由一种状态变为另一状态的分界含水量）：
液限：由液性状 态转变为塑性状态时的分界含水量。由锥式（碟式）液限仪法或液塑限联合
测定法确定。
塑限：由塑性状态转变为半固体状态时的分界含水量。由搓条法或液塑限联合测定法确定。
缩限：由半固态转变为固态的分界含水量。
（ 3 ）塑性指数
（ 1 － 17 ）
反映粘性土的可塑性的大小，综合 反映出该种土的固有特性（指颗粒组成、矿物成分、结
构性等），可作为粘性土分类的指标。
（ 4 ）液性指数
（ 1 － 18 ）
由此可判断粘性土所处的物理状态：
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，半固态或固态；
5 ．土（岩）的工程分类
，可塑态； ，液 态
以《建筑地基基础设计规范》（ GB5007 － 2002 ）为例，作为建筑地基的土 ( 岩 ), 可
分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等六 类。其中，岩石按强度、完整程度
等分类，粗粒土按其级配（及颗粒是否圆滑）分类，细粒土按塑性指数 分类。
（ 1 ）岩石
按强度：坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩。
按完整程度：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。
（ 2 ）碎石土
碎石土是指粒径大于 2mm 的颗粒含量超过总质量的 50% 的土，由大到小，包括：漂石（块
石）、卵石（碎石）、圆砾（角砾）砾。
（ 3 ）砂土
砂土是指粒径大于 2mm 的颗粒含量不超过总质量的 50% ，粒径大于 0.075mm 的颗粒含量
超过总质量的 50% 的土，由大到小，包括：砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。
（ 4 ）粉土
粉土是指粒径大于 0.075mm 的颗粒含量不超过总质量的 50% 且塑性指数
IP
≤ 10 的土。
（ 5 ）粘性土
粘性土是指塑性指数 的土。其中： ，粉质粘土； ， 粘土。
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土的物理化学性质
种类
沙土
粉土
粉质粘
土
粘土

天然含水量% 比重

6.67-21.80
2.65
2.69
～
干密度gm

3
天然孔隙比

内摩擦角

凝聚力
kpa

湿容重
3
gm

1.85
1.81


饱和容重
3
gm

1.91
1.99


浮容重
3
gm

0.91
0.99


水上摩擦
角

22
21


水下摩擦
角

28
27


水上凝聚力
kpa

24
24


水下凝聚力
kpa

18
19





渗透系数
cms

2.16*10-4
1.86*10-5





承载力特征值
fak

120kpa
120kpa





标准贯入锤基
数

10-13击30cm
15-19击30cm


2.7～2.71 1.57-1.76 0.537-0.729 26.7-30.5 21-45
～
～
1.47-1.68 0.624-0.869 18-24.6


密度
2.35-2.58



比重
2.68

稍密 松散


26-51


饱和抗压强度
4-20mpa

21.33-31.67 2.72
2.73


种类
砂岩、砂砾岩

砂土的密实度
密实度
2.74
2.76

岩石物理化学性质
软化系数
0.5-0.68

抗拉强度
1.0-1.5mpa

承载力特征值fak
400kpa



密实 中密
标贯击数 N>30 30>=N>15 15>=N>10 N<=10
粘性土软硬状态的划分
状态 坚硬
I
L




硬塑 可塑 软塑 流塑
I
L
<=0 0< I
L
<=0.25 025< I
L
<=0.75 0.75< I
L
<=1 I
L
>1
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