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土的工程性质
1.土的基本物理性质
物体的质量、体积和密度是最基本的物理量。土的三相物质的质量（或重力）、体积之间的各种比值统称为土的基本物理性质指标，也称为土的三相指标。土的基本物理性质指标中只要已知三个独立的指标便可计算出所有其他指标，故选定三个相对容易准确测定的指标作为试验指标，即土的含水量（或称含水率）、土的质量密度（简称土的密度）和土粒相对密度（土粒比重），其余的指标均为换算指标。

（1）试验指标
基本物理性质试验指标是通过室内试验（含水量试验、密度试验和土粒相对密度试验）直接测定土样相应的质量和体积，再经适当的计算得到的。土的三相组成各部分的质量和体积示意图见图2-1-11。

图2-1-11土的三相组成示意图

1）土的含水量土中水的质量（液体）与土粒质量（固体）之比，以百分数表示：
×100%（2-1-5）
式中w——土的含水量（%）；
mw——土中水的质量（g）；
ms——土粒质量（g）。
土的含水量一般用烘干法测定，特定条件下也可采用酒精燃烧法、炒干法等测定。
2）土的密度土的质量（固体加液体）与土的体积（固体、液体、气体之和）之比，即单位土体积土的质量：
（2-1-6）
式中——土的密度（g/cm3）；
m——土的质量（g）；
V——土的体积（cm3）。
土的密度常用环刀法测定，也可采用蜡封法、灌水法、灌砂法等测定。
由土的质量密度乘以重力加速度，可直接算得土的重力密度（简称土的重度）。土的重力密度是指单位体积土的重力：
g（2-1-7）
式中——土的重力密度(kN/m3)；
g——重力加速度(m/s2)。
3）土粒相对密度（比重）土粒质量与同体积（固体体积）4℃时纯水的质量之比：
（2-1-8）
式中Gs——土粒相对密度；
Vs——土粒体积（cm3）；
——纯水在4℃时的密度(=1g/cm3)；
——土粒密度(g/cm3)。
土粒相对密度在数值上等于土粒密度，但土粒相对密度无量纲。
土粒相对密度的测定方法可根据颗粒大小分别采用比重瓶法、浮称法、虹吸筒法等。

（2）换算指标
基本物理性质的换算指标有下列几个。
1）土的孔隙比e土中孔隙体积Vv与土粒体积Vs之比，以小数表示。
2）土的孔隙率n（%）土中孔隙体积Vv与土的体积V之比，以百分数表示。
3）土的饱和度Sr（%）土孔隙中水的体积Vw与孔隙体积Vv之比，以百分数表示。
4）土的干密度（g/cm3）土粒质量ms与土的体积V之比，即单位土体积的土粒质量。由土的干密度乘以重力加速度可算得土的干重度(kN/m3)。
5）土的饱和密度（g/cm3）土的饱和质量（孔隙全部充满水时水的质量mw(sat)与土粒质量ms之和）与土的体积V之比，即单位土体积土的饱和质量。由土的饱和密度乘以重力加速度可算得土的饱和重度(kN/m3)。
6）土的有效密度（g/cm3）又称浮密度，是指土的有效质量（土的饱和质量减去与土同体积水的质量）与土的体积V之比，即单位土体积土的有效质量。由土的有效密度乘以重力加速度可算得土的有效重度，又称浮重度(kN/m3)。
常用的土的基本物理性质换算指标计算公式见表2-1-17。

土的基本物理性质指标的换算关系表2-1-17
换算指标用试验指标计算的公式用其他指标计算的公式孔隙比孔隙率饱和度干重度饱和重度有效重度注：式中为水的密度(≈1g/cm3)。

2.土的密实度、状态和湿度
（1）粗颗粒土（粉土）的密实度
碎石土、砂土和粉土的密实度反映土颗粒之间排列的紧密程度，与土的力学性质有直接的内在关系，故应重视对土的密实度的合理划分，并尽可能采用定量指标进行评定。
碎石土一般难以甚至无法取样，故不可能采用室内试验方法评定其密实度。碎石土的密实度划分传统上常采用野外鉴别方法，即根据土的骨架颗粒的含量和排列、开挖与钻探的难易程度等来判定，这是一种定性描述方法，比较粗略且带有经验性。《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）中采用按圆锥动力触探锤击数确定碎石土的密实度，属按定量指标进行鉴定的方法。
砂土的密实度可按土的天然孔隙比、相对密度或标准贯入试验锤击数等划分。理论上讲，砂土的孔隙比越小则越密实，但这没有考虑到颗粒级配的因素。颗粒级配不同的砂土，即使具有相同的孔隙比，所处的密实状态也可能不同。
为了同时考虑孔隙比和级配的影响，可采用砂的相对密度（相对密实度）。砂的相对密度按下列公式计算：
（2-1-9）
或（2-1-10）
式中——砂的相对密度；
——最大干密度（g/cm3）；
——最小干密度（g/cm3）；
——天然干密度（g/cm3）；
——最大孔隙比；
——最小孔隙比；
——天然孔隙比。
当砂土的天然孔隙比等于最大孔隙比时，其相对密度等于0，表明砂土处于最松散的状态；而当天然孔隙比等于最小孔隙比时，其相对密度等于1，表明土处于最