土的物理性質(zhì)指標(biāo)計(jì)算小程序

土力學(xué)中關(guān)于土的物理性指標(biāo)的計(jì)算，包括密度(重度)、含水量、孔隙比、飽和度、液性指數(shù)、塑性指數(shù)等的計(jì)算。

土體是由固體土粒、水和空氣三相所組成,它們?cè)跀?shù)值上的比例關(guān)系不僅可以描述土的物理性質(zhì)和所處的狀態(tài),而且在一定程度上還可以反映土的力學(xué)性質(zhì)。土的物理性質(zhì)指標(biāo)就是表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量,用以定量分析評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì),如含水量、容量、孔隙比等。正因?yàn)橥恋奈锢硇再|(zhì)指標(biāo)反映土中三相物質(zhì)的相對(duì)含量的比例關(guān)系,如若現(xiàn)已知或直接測(cè)定了土的一個(gè)或若干個(gè)指標(biāo),便可通過三相物質(zhì)之間的關(guān)系,求出其它的指標(biāo),這也是必要的。

土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)：

注：表中：W——土的總重力（量）；Ws——土的固體顆粒的重力（量）；ρw——蒸餾水的密度，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，其余符號(hào)意義見表。

土的物理性質(zhì)指標(biāo)：

土的物理性質(zhì)指標(biāo)是表示土的三相在重量和體積上的相對(duì)比例關(guān)系的指標(biāo)，其中土的天然重度g、天然含水量ω、土粒比重Gs三個(gè)指標(biāo)是通過試驗(yàn)測(cè)定的，稱實(shí)測(cè)指標(biāo)，另外幾個(gè)指標(biāo)（如Sr、e、n、γsat、γd、γ′ ）可以通過計(jì)算得出，稱導(dǎo)出指標(biāo)。要熟悉各指標(biāo)的定義和用途，掌握物理指標(biāo)的計(jì)算方法。

1.三個(gè)實(shí)測(cè)指標(biāo)：

（1）天然重度γ：

①定義：天然狀態(tài)下單位體積土的重量（單位：KN/m3）

②常見值：γ=16～22 KN/m3；

③測(cè)定方法：環(huán)刀法、蠟封法、灌水法、灌砂法。

（2）天然含水量ω：

①定義：天然狀態(tài)下土中水的重量與土粒的重量之比，用百分?jǐn)?shù)表示。

②常見值：砂土：0～40%；粘性土：20%～60%

③ 測(cè)定方法：烘干法、炒干法。

【討論】含水量能否超過100％？

（3）土粒比重Gs：

①定義：土粒的重量與同體積4°C純水的重量之比（無量綱）

②常見值：

表1：土粒比重參考值

③ 測(cè)定方法：比重瓶法。

2.六個(gè)導(dǎo)出指標(biāo):

(1) 天然孔隙比e

① 定義：天然狀態(tài)下土中孔隙體積與土粒體積之比（用小數(shù)表示）

② 應(yīng)用：孔隙比是評(píng)價(jià)土的密實(shí)程度的重要物理性質(zhì)指標(biāo)。一般e< 0.6的土是密實(shí)的低壓縮性土，e>1.0的土是疏松的高壓縮性土。

（2）孔隙率n

①定義：土中孔隙體積與土的總體積之比(以百分?jǐn)?shù)表示)

②常見值：粘性土為30～60%，無粘性土為25～45%。

孔隙率亦可用來表示同一種土的松密程度。

（3）飽和度Sr

① 定義：土中所含水分的體積與孔隙體積之比（以百分?jǐn)?shù)表示）

飽和度可描述土體中孔隙被水充滿的程度：干土的Sr =0，完全飽和土Sr =100%。

② 應(yīng)用：

砂土根據(jù)飽和度可劃分為：Sr≤50% 稍濕，50%＜Sr≤80% 很濕，Sr＞80% 飽和。

【討論】孔隙比、孔隙率、飽和度能否超過1或100％？

（4）干重度γd

① 定義：?jiǎn)挝惑w積土中固體土粒的重量（單位：KN/m3）

② 常見值：γ=13～20 KN/m3；

③ 應(yīng)用：土體壓實(shí)質(zhì)量的控制指標(biāo)。

（5）飽和重度γsat

①定義：孔隙中全部充滿水時(shí)單位體積土的重量（單位：KN/m3）

② 常見值：γ=18～23 KN/m3；

（6）浮重度γ′

①定義：?jiǎn)挝惑w積土中土粒的重量扣除同體積水的重量（即為單位體積土中土粒的有效重量）

②常見值：γ=8～13 KN/m3

3.各指標(biāo)間的換算

物理指標(biāo)的計(jì)算方法有兩種:（1）直接利用有關(guān)的公式進(jìn)行計(jì)算，但難于記公式。

（２）利用三相簡(jiǎn)圖進(jìn)行計(jì)算，由已知的指標(biāo)計(jì)算出各相的重量和體積，再根據(jù)定義計(jì)算所求指標(biāo)，這種方法概念明確。

在物性指標(biāo)中，有很多指標(biāo)是重量與體積或體積與體積的比值，因此計(jì)算時(shí)可設(shè)分母的體積部分為單位１，如設(shè)Ｖ＝１或Vs＝１，可簡(jiǎn)化計(jì)算過程。

在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，要注意題中的隱含條件。如某飽和土、某干砂等。

土的物性指標(biāo)計(jì)算可直接指導(dǎo)工程施工，如填筑路堤時(shí)，對(duì)土料的含水量要求是最佳含水量，而現(xiàn)場(chǎng)的土料并不一定滿足要求，需配制滿足要求的土，這就要通過計(jì)算確定加水量。另外壓實(shí)填土?xí)r需運(yùn)送多少體積的土料，這都要通過計(jì)算得出。