w
液限wl
强结合水膜最大
出现相当数量自由水
§2.3 黏性土的物理特性
测定塑限的方法： 搓滚法和液、塑限联合测定法
。 测定液限的方法：
碟式仪法和液、塑限联合测定法
液、塑限联合测定法： 塑限－5秒入土2mm时的含水率 17mm液限－ 5秒入土17mm时的含水率
圆锥体入土深度与含水量的关系
§2.3 黏性土的物理特性
§2.3 黏性土的物理特性
密实度 稠度
土的物理性质指标
(三相间的比例关系)
表 示
土的物理状态
粗粒土的松密程度
影响
粘性土的软硬状态
力学特性
土的物理状态指标
§2.3 黏性土的物理特性 粘性土最主要的物理状态特征与含水量有关
粘性土 含水量
较硬 变软 流动
§2.3 黏性土的物理特性
粘性土的状态转变过程
粘性16土~2：0k2N.7/2m~32.76 粉 土：2.70~2.71 砂类13土~1：8k2N.6/5m~32.69
1280~%23~k6N0/%m3

d

e
sdd11(sd1s(1ewew1)w1w)
w
e
dds

(1
d (1w)ww)

1
V Vs Vw Va
天然容重 g
干密度：土被烘干时的密度，
d ms / V
干容重： d dg
饱和密度：土被饱和时的密度，
sat

ms
wVv V
饱和容重：sat satg
浮容重： sat w
表示土体密度和容重的指标
土的三相比例指标
Vs= ms ／ ρs=96.43 ／2.7＝35.7cm3 Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3 按式（1－10），于是 e= Vv ／ Vs＝24.3 ／35.7=0.68 （4）按式（1－11） n= Vv ／ V＝24.3 ／60=40.5％ （5）根据ρw的定义 Vw = mw ／ρw=11.57 ／1＝11.57cm3 于是按式（1－12） St= Vw ／ Vv=11.57 ／24.3＝48％
空气 水
Va
Vn Vw V
固体
Vs
体积
表示土中含水程度的指标
名 称 符号
土粒比重 d s
三 相 含水量 w
指
标
密度

换
算 干密度 d
饱和密度 sat
有效密度
三相比例表达式
ds

ms Vs wl
w mw 100 % ms
m V
d

ms V
sat

ms
Vs w V
四、土的物理与力学性质
ma=0 m mw
土的三相比例指标
空气 Air 水 Water
Va
Vn
Vw
V
ms
固体 Solid
Vs
质量 三 相 草 图 体积
土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关 系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。
ma=0
mw m
Air Water
Va
Vn Vw
V
共有九个参数:
sat w
质量
体积
sat d
各种密度容重间的大小关系
土的三相比例指标
孔隙比e：土中孔隙体积与固
体颗粒体积之比, 为无量纲
ma=0
空气
Va Vn
m mw
水
Vw V
e Vn / Vs
ms
孔隙率(孔隙度)n：土中孔隙体
固体
Vs
积与总体积之比, 用百分数表示 质量
可塑状态：黏性土在某含水量范围内，可用外力塑成任何 形状而不发生裂纹，当外力卸除后仍能保持已有的形状。
§2.3 黏性土的物理特性
强结合水
强结合水 弱结合水 强结合水 弱结合水
土颗粒
示意图
土颗粒
稠度状态 固态或半固态
可塑状态
土中水的形态
强结合水
弱结合水
含水量 界限含水量
塑限wp
土颗粒
自由水
流动状态
自由水
ms Vs w V
m
土的三相比例指标
常用换算公式
ds

Sre w
单位 常见的数值范围
粘性土： 2.72~2.76 粉 土：2.70~2.71 砂类土： 2.65~
1
d (1 w)


ds (1 w) 1 e
w
d

(1 w)
d

d s 1 e
w
n
e
1sat
e；dns1e 1 e
d
dws
w
Sr
w ds e
d；ssatS1r 1 e



ww d
n w
w
kN/m3 g/cm3
8~13kN/m3 1.6~2.0g/cm3
g/cm3
粘性土和粉土： 0.40~1.20

ms Vs
单位：g/cm3
ms
土粒
土粒的密度值ρs在大小上等于土 土粒密度仅与组成土粒的矿物密度有关，而与土的孔隙大小 和含水多少无关。实际上是土中各种矿物密度的加权平均值。
砂土的土粒密度一般为：2.65 g/cm3左右
的相对密度即等于土的比重G。 粉质砂土的土粒密度一般为：2.68g/cm3 粉质粘土的土粒密度一般为：2.68~2.72g/cm3 粘土的土粒密度一般为：2.7-~2.75g/cm3
体积
n(%) Vn / V
砂类土：28-35% 粘性土：30-50%，有的可达60-70%
表示土中孔隙含量的指标
土的三相比例指标
含水量： w(%) mw ms
ma=0
饱和度：土中水的体积与孔
m mw
隙体积的比值
Sr

Vw Vn
ms
质量
饱和度表示孔隙中充满水
的程度：
对干土：Sr=0 对饱和土：Sr=1
V Vn Vs Va Vω / ms m ω ma m
ms
Soil
Vs
质量
体积
三相草图法
是一种简单而实用的方法
已知关系五个:
m ms m ma ma 0
m V
V Vs Va V Vn Va V
对于饱和土, Va=0
土的三相基本指标
为了确定三相草图诸量中的三个量，通 常进行三个基本指标的物理性质试验：
土的密度试验 土粒相对密度试验 土的含水量试验
基本物理性质试验
土的（湿）密度 (天然密度)
• 定义：土单位体积的质量 • 表达式：
土的三个基本指标
ma=0 m mw
空气 水
Va Vn
Vw V
m ms mw
V Vs Vw Va
• 单 位: kg/m3 或 g/cm3 • 试验方法：环刀法 • 一般范围: 1.60~2.20 g/cm3
土的三个基本指标
土的含水量W
ma=0
空气
Va
• 定义：土中水的质量与土粒质 量之比，用百分数表示
Vn
• 表达式：
m mw
水
Vw V
(%) mw 100% m ms 100%
ms
ms
ms
• 单 位: 无量纲
• 实验方法：烘干法,酒精燃烧法
质量
• 一般范围：变化范围大
固体
Vs
体积
要点
•从物理意义上理解指标间的关系 •不鼓励死记硬背 •必要时利用三相草图推导
可分为两类： 一类是必须通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比重，称为直 接指标； 另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。
【例题1】某一块试样在天然状态下的体积 为38.4cm3，称得其质量为67.21g，将其烘 干后称得质量为49.35g，根据试验得到的土 粒比重G为2.69，试求试样的土的密度、干 密度、含水率、饱和密度、孔隙比、孔隙率 和饱和度。
§2.2 土的三相比例指标
【解】（1）已知V＝60cm3，m=108g，则由式（1－4）得 ρ=m ／ v=180 ／ 60=1.8g/cm3
（2）已知ms=96.43g，则 mw=m－ms=108－96.43=11.57g 按式（1－9），于是 w= mw ／ ms＝11.57／96.43=12% （3）已知Gs=2.7，则
注意: 其实是含水比,可达到或超过100％
土的三个基本指标
土的含水量W 用烘干法测定
测定方法：先称小块原状土样的湿土质量m，然后置于烘箱内 维持100～105℃烘至恒重，再称干土质量ms，水的质量mw为湿
土和干土质量之差。
土样
铝盒
烘箱
电子天平
土的干密度d
质量m
气
定义：土的孔隙中完全没有水时的密度，
mw
质量m 气 水
Vw Va
体积V
V
m
Vs
ρ’= ρsat -ρw
ms
土粒
单位: g/cm3
同一种土在体积不变的条件下，它的各种 密度在数值上有如下关系：
s sat d '
ma=0 m mw
ms
质量
空气 水
Va
Vn Vw V
固体
Vs
体积
静水下的 有效容重
天然密度 m ms mw
三 相 指 标 换 算
有效密度
名 称 符号
重度
土粒比重 d s 干重度 d