为w2=25%，问1m3土需增加多少水？
1.4 土的物理状态指标

无粘性土——密实度

粘性土的物理特征——含水量(软硬程 度)
1.4.1 无粘性土的密实度划分标准
（1）孔隙比e


孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土， 当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大， 土愈松散。 优点：简单方便 缺点：无法反映土的级配因素
例1-2 用体积为72cm3的环刀取得某原状土 样重129.5g，烘干后土重101.5g，土粒比重为2.7，
试计算该土样的含水量ω、孔隙比e、饱和度Sr、
重度γ、饱和重度γsat、浮重度γ’以及干重度γd。
例1-3 已知某土含水率w1=18%，重度 γ=17.5kN/m3，若孔隙比保持不变，含水率增加
Vv e Vs
(2) 孔隙率n (Porosity) 土中孔隙体积与土的总体积之比，以百分数表示。
Vv n 100% V
3. 土的饱和度Sr
Vw Sr 100 % Vv
饱和度描述土中孔隙被水充满的程度,它在0~100%。 干土Sr=0, 孔隙全部为水充填时，Sr=100%。
土中孔隙水的体积Vw与孔隙总体积Vv之比，以百分数表示。
•
•
筛分法 （d>0.075mm的土） 密度计法（d<0.075mm的土）
筛分法（d>0.075mm的土）
沉降分析法（密度计法） （d<0.075mm的土）
（3）颗粒级配的表示方法
表示方法：表格法、颗粒累计级配曲线法等
粒径di(mm) 10 粒径小于等于di的累计百分含量pi（％） 土样a － 土样b 100.0 土样c －
《岩土工程勘察规范》
0.005 0.075 2 20 200mm
粘粒
粉粒
砂粒
砾石
碎石
块石
细粒
粗粒
巨粒
粒 组 统 称 巨 粒
《土的工程分类标准》 粒组名称 粒组范围 （mm） 200 200～60 60～20 20～2 2～0.075
《公路土工试验规程》 粒组名称 粒组范围（mm） 200 200～60 60～20 20～5 5～2 2～0.5 0.5～0.25 0.25～0.075 0.075～0.002 0.002
第1章： 土的组成和物理性质
土的三相组成 土的三相比例指标 土的结构 粘性土的界限含水率 砂土的密实度 土的压实原理 土的工程分类

1.1 土的三相组成
固体矿物颗粒 （固相）
土中气体 （气相） 土中水
（液相）
1.1.1 土的固体颗粒
土的固体颗粒是土的固体颗粒、水和气体三相组 成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分。
工程应用：当Dr=0时， e=emin，表示土处于最疏松状态; 当Dr=1.0时， e=emax，表示土体处于最密实状态。
(1 e)V s 1 e
1 e
e s 1 d
Vw w s
s (1 w) e 1
4. 饱和度与含水量，比重和孔隙比的关系
w
Vs
Vv=e Vs＝1 1+e
质量 m
（1＋w）ρs ρs wρs
体积V 气 水 土粒
V Sr w Vv
w s
Sr
w
颗粒累计级配曲线法
工程上常用不均匀系 数Cu描述颗粒级配的不 均匀程度。 曲率系数Cc描述颗粒级配曲 线整体形态，表明某粒组是 否缺失情况。
d 60 不均匀系数 Cu d10
Cu愈大，表示土粒愈不均 匀。工程上把Cu＜5的土视 为级配不良的土； Cu＞10 的土视为级配良好的土。
曲率系数 Cs
土的含水率

测定方法： 烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在 烘箱里，在100～105℃（有机质含量低）下 烘干，称干土的质量。
1.3.3 换算指标(6个)
1. 不同状态下土的密度或重度 (1) 干密度ρd (Dry Density) 固相质量ms与土的总体积V 之比.
ms d V
(2) 饱和密度ρsat (Saturated Density) 土体中孔隙完全被水充满时的土的密度.
5
2 1
100.0
98.9 92.9
75.0
55.0 42.7
－
－ －
0.50
0.25 0.10 0.075 0.010 0.005 0.001
76.5
35.0 9.0 － － － －
34.7
28.5 23.6 19.0 10.9 6.7 1.5
－
100.0 92.0 77.6 40.0 28.9 10.0
受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大。
（2）封闭气体
受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水中，压力 减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响，使土的渗 透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历 时。
1.2 土的结构构造
1.2.1 土的结构
单粒结构
蜂窝结构
絮状结构
1.2.2 土的构造
密实 e＜0.6 e＜0.7 中密 0.6≤e≤0.75 0.7≤e≤0.85 稍密 0.75＜e≤0.85 0.85＜e≤0.95 松散 e＞0.85 e＞0.95
密实度 土的名称
砾砂、粗砂、 中砂 细砂、粉砂
（2）相对密度Dr
定义：
emax e Dr emax emin

优点：计入土的级配因素，理论上比较完善。 缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin的测定受人 为的影响较大。

一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、
孔隙率、饱和度等，称为间接指标。
1.3.2 试验直接测定的物理性质指标
试验测定指标:土的密度、土粒密度（比重）和含水量。
1. 土的密度(Bulk density)ρ：单位体积土的质量.
ms mw m V Vs Vw Va
土的密度常用环刀法测定，其单位通常为g/cm3. 一般土的密度为1.60～2.20g/cm3。
3.土的含水率w (Water content)：
土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示.
mw m ms w 100 % 100 % ms ms
数值：天然土层含水量变化范围较大，与土的 种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。
天然状态下土的含水率称土的天然含水率。一般 砂土天然含水率都不超过40%，以10~30%最为常见； 一般粘土大多在10~80%之间，常见值20~50%。但 近代沉积的松软粘性土的天然含水率可到到100%以 上。
土粒密度ρs ,土的密度ρ,饱和密度ρsat,干密度ρd ,浮密度ρ 。 相应的重度指标(kN/m3)也有5个： 土粒重度s，土的重度，饱和重度sat，干重度d，浮重度 。
s sat d '
2.孔隙比e和孔隙率n
(1)孔隙比e (Void ration) 土中孔隙体积Vv与固体体 积Vs之比。
应用：工程上将砂土根据饱和度分为三种状态:
Sr≤50% 50％＜Sr≤80% Sr＞80% 稍湿； 很湿； 饱和.
而对于天然粘性土，一般将Sr大于95%才视为完全饱和土。
1.3.4 指标间的换算
Vv=e
质量 m
（1＋w）ρs ρs wρs
体积V 气 水 土粒
Vs＝1
土的三相指标中，土粒 密度ρs ，含水量w和密度ρ 是通过试验测定的，可以根 据三个基本指标换算出其余 各指标. 推算时，首先令土体内 固相（土粒）体积=1。
e
w s w s e w e w
五、例题分析
【例题1-1】已知土的试验指标为γ=18kN/m3，ρs= 2.72g/cm3和 w=20％，求e， Sr，γd。 【解】
一种解法是直接利用表1-6 (P20)的换算公式;
另一种是；
也可设土粒质量ms等于1。
漂石（块石） 卵石（碎石 ） 粗砾 细砾 砂粒
漂石（块石） 卵石（小块石 ） 粗砾 中砾 细砾 粗砂 中砂 细砂 粉粒 粘粒
粗 粒
细 粒
粉粒 粘粒
0.075 ~0.005 0.005
3.土的粒径级配
（1）定义
工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的 百分数来表示，称为土的粒径级配。
（2）粒径分析方法
1.土粒的矿物成分
原生矿物：石英、长石、云母等 固 体 颗 粒 矿物质 次生矿物
粘土矿物：蒙脱石、伊利 石、高岭石等 可溶盐：NaCl、CaCO3等 无定形氧化物胶体
有机质
次生矿物
硅片 铝片 硅片
蒙脱石
伊利石
高岭石
高 岭 石
蒙 脱 石
伊 利 石
2.土颗粒的大小与形状
基本概念 粒度：土粒的大小（粒径） 粒组：大小相近的土粒合并为一组
事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m1 。 然后把烘干土若干克(ms)装入空比重瓶内，再加 纯水至满，称瓶加水加土的质量m2，按下式计算 土粒比重。
ms Gs m1 ms m2
土的名称
砂土
粉土 2.70~2.71
粘性土 粉质粘土 粘土 2.72~2.73 2.74~2.76
土粒相对密度 2.65~2.69
（2）自由水
重力水、毛细水
双电层

结合水概念
强结合水：性质接近于固体， 冰点很低（-78℃），沸点 很高（150 ℃ ），且不能 传递压力。 弱结合水：呈粘滞状态，不 能传递压力，不能自由流 动，但可以发生转移。

双电层概念
1.1.3
土中气体（气相）
土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。
（1）自由气体
80