土的物理性质指标计算小程序

土力学中关于土的物理性指标的计算，包括密度(重度)、含水量、孔隙比、饱和度、液性指数、塑性指数等的计算。

土体是由固体土粒、水和空气三相所组成,它们在数值上的比例关系不仅可以描述土的物理性质和所处的状态,而且在一定程度上还可以反映土的力学性质。土的物理性质指标就是表示土中三相比例关系的一些物理量,用以定量分析评价土的工程性质,如含水量、容量、孔隙比等。正因为土的物理性质指标反映土中三相物质的相对含量的比例关系,如若现已知或直接测定了土的一个或若干个指标,便可通过三相物质之间的关系,求出其它的指标,这也是必要的。

土的基本物理性质指标：

注：表中：W——土的总重力（量）；Ws——土的固体颗粒的重力（量）；ρw——蒸馏水的密度，一般取ρw=1t/m3；γw——水的重度，近似取γw=10kN/m3；g——重力加速度，取g=10m/s2，其余符号意义见表。

土的物理性质指标：

土的物理性质指标是表示土的三相在重量和体积上的相对比例关系的指标，其中土的天然重度g、天然含水量ω、土粒比重Gs三个指标是通过试验测定的，称实测指标，另外几个指标（如Sr、e、n、γsat、γd、γ′ ）可以通过计算得出，称导出指标。要熟悉各指标的定义和用途，掌握物理指标的计算方法。

1.三个实测指标：

（1）天然重度γ：

①定义：天然状态下单位体积土的重量（单位：KN/m3）

②常见值：γ=16～22 KN/m3；

③测定方法：环刀法、蜡封法、灌水法、灌砂法。

（2）天然含水量ω：

①定义：天然状态下土中水的重量与土粒的重量之比，用百分数表示。

②常见值：砂土：0～40%；粘性土：20%～60%

③ 测定方法：烘干法、炒干法。

【讨论】含水量能否超过100％？

（3）土粒比重Gs：

①定义：土粒的重量与同体积4°C纯水的重量之比（无量纲）

②常见值：

表1：土粒比重参考值

③ 测定方法：比重瓶法。

2.六个导出指标:

(1) 天然孔隙比e

① 定义：天然状态下土中孔隙体积与土粒体积之比（用小数表示）

② 应用：孔隙比是评价土的密实程度的重要物理性质指标。一般e< 0.6的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土是疏松的高压缩性土。

（2）孔隙率n

①定义：土中孔隙体积与土的总体积之比(以百分数表示)

②常见值：粘性土为30～60%，无粘性土为25～45%。

孔隙率亦可用来表示同一种土的松密程度。

（3）饱和度Sr

① 定义：土中所含水分的体积与孔隙体积之比（以百分数表示）

饱和度可描述土体中孔隙被水充满的程度：干土的Sr =0，完全饱和土Sr =100%。

② 应用：

砂土根据饱和度可划分为：Sr≤50% 稍湿，50%＜Sr≤80% 很湿，Sr＞80% 饱和。

【讨论】孔隙比、孔隙率、饱和度能否超过1或100％？

（4）干重度γd

① 定义：单位体积土中固体土粒的重量（单位：KN/m3）

② 常见值：γ=13～20 KN/m3；

③ 应用：土体压实质量的控制指标。

（5）饱和重度γsat

①定义：孔隙中全部充满水时单位体积土的重量（单位：KN/m3）

② 常见值：γ=18～23 KN/m3；

（6）浮重度γ′

①定义：单位体积土中土粒的重量扣除同体积水的重量（即为单位体积土中土粒的有效重量）

②常见值：γ=8～13 KN/m3

3.各指标间的换算

物理指标的计算方法有两种:（1）直接利用有关的公式进行计算，但难于记公式。

（２）利用三相简图进行计算，由已知的指标计算出各相的重量和体积，再根据定义计算所求指标，这种方法概念明确。

在物性指标中，有很多指标是重量与体积或体积与体积的比值，因此计算时可设分母的体积部分为单位１，如设Ｖ＝１或Vs＝１，可简化计算过程。

在进行计算的时候，要注意题中的隐含条件。如某饱和土、某干砂等。

土的物性指标计算可直接指导工程施工，如填筑路堤时，对土料的含水量要求是最佳含水量，而现场的土料并不一定满足要求，需配制满足要求的土，这就要通过计算确定加水量。另外压实填土时需运送多少体积的土料，这都要通过计算得出。