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土壤物理性质指标及评估方法

【摘要】:图5.2-1 三相图1.试验测定指标土的天然密度 单位体积天然土体的质量称为土的天然密度,以ρ表示,即常用单位为g/cm3或t/m3。

为直观地了解各物理性质指标的含义及相互关系,理想化地将土的三相分隔开,绘成三相示意图,如图5.2-1所示。

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图5.2-1 三相图

1.试验测定指标

(1)土的天然密度 单位体积天然土体的质量称为土的天然密度,以ρ表示,即

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常用单位为g/cm3或t/m3

单位体积天然土体的重量称为土的天然重度,以γ表示

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常用单位为kN/m3

两者的关系为:γ=g为重力加速度,常近似取10m/s2

(2)土的含水量 土中水的质量与土粒质量之比称为土的含水量,以w表示

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常以百分率表示。含水量反映土的干湿及软硬程度。

(3)土粒相对密度(比重) 土粒质量与同体积4℃时水的质量之比称为土粒相对密度(比重),以Gs表示,即

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量纲

上述三个指标是试验直接测定的基本指标,其他指标可由其换算获得,称为间接换算指标。

2.换算指标

(1)孔隙比 土中孔隙体积与土粒体积之比称为土的孔隙比,以e表示

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反映土体的密实程度,对于同一类土,孔隙比越大土体越疏松。

(2)孔隙率 土中孔隙体积与土体总体积之比,即单位体积的土体中孔隙所占的体积称为孔隙率,以n表示

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常以百分率表示。

(3)饱和度 土中水的体积与孔隙体积之比,是指土中孔隙被水充满的程度,以Sr表示,即

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常以百分率表示,其变化范围为0~100%,表示土体的干湿程度。

(4)饱和重度与饱和密度 土中孔隙完全被水充满时的重度称为土体的饱和重度,以γsat表示,即

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其中,γw为水的重度。饱和重度常以kN/m3为单位,若天然土为饱和土,则γ=γsat。而饱和密度为

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利用三相图可以推得

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(5)有效重度(浮重度) 处于水下的土,受到浮力作用,单位体积中土的有效重力称

为有效重度或浮重度,以γ′表示,即

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常以kN/m3为单位。由三相图容易推证

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(6)干重度与干密度 单位体积的土体中固体颗粒的重力称为干重度,以γd表示,即

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也常以kN/m3为单位。干密度为

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干密度和干重度反映土颗粒排列的紧密程度,即反映土体的松密程度,工程上常用它作为控制人工填土施工质量的指标。由图5.2-1可推得

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显然,对同一种土

γ′γdγγsat (5.2-16)

各种指标间的换算可以采用上述三相图的方法,也可以直接利用公式计算,常用的指标换算公式见表5.2-1。

表5.2-1 土的三相指标换算公式

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【例5.2-1】 某黏性土的基本试验指标为:ρ=1.84g/cm3Gs=2.74,w=20%,利用三相图及各指标的定义,得到的孔隙率e和孔隙比n(%)与下列哪项数值最为接近?

(A)1.787,45.4 (B)0.787,44.0 (C)1.787,44.0 (D)0.787,45.4

答案:(B)

解答:如图5.2-2所示,首先设土粒的体积Vs=1,则根据孔隙比的定义得

Vv=eVs=eV=Vs+Vv=1+e

根据土粒相对密度的定义978-7-111-45870-8-Chapter05-22.jpg,得

ms=GsVsρw=Gsρw=2.74g

再由含水量的定义978-7-111-45870-8-Chapter05-23.jpg,得

mw=wms=wGsρw=0.2×2.74g=0.548g

m=ms+mw=2.74g+0.548g=3.288g

将上述结果填入图5.2-2的三相图中,可利用三相图进行土的物理指标间的换算。

根据土的天然密度定义

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则可得

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由三相图可得

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图5.2-2 【例5.2-1】图

【例5.2-2】 某土土粒相对密度Gs=2.70,其含水量为w=24.5%,孔隙比e=0.85,饱和度(%)和天然密度(g/cm3)与下列哪项数值最接近?

(A)77.9,1.817 (B)79.7,1.847 (C)77.9,1.847 (D)79.7,1.817

答案:(A)

解答:设土粒的体积Vs=1cm3,如图5.2-3所示,则根据孔隙比的定义得

Vv=eVs=e=0.85cm3

V=Vs+Vv=1+e=1.85cm3

根据土粒相对密度(比重)的定义978-7-111-45870-8-Chapter05-28.jpg,得

ms=GsVsρw=Gsρw=2.70g

再由含水量的定义978-7-111-45870-8-Chapter05-29.jpg,得

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图5.2-3 【例5.2-2】图

mw=wms=wGsρw=0.245×2.70g=0.662g

m=ms+mw=2.70g+0.662g=3.362g

利用图5.2-3,得水的体积

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代入饱和度的定义式中,则有

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根据土的天然密度定义得

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【例5.2-3】 饱和土体孔隙比为0.7,土粒相对密度为2.72,饱和重度γsat(kN/m3)和浮重度γ′(kN/m3)与下列哪项数值最接近?

(A)20.1,10.1 (B)2.01,10.1 (C)20.1,1.01 (D)2.01,1.01

答案:(A)

解答:直接代入式(5.2-10)

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γ′=γsat-γw=10.1kN/m3

【例5.2-4】 某场地地基土现场试验获得天然密度为1.95g/cm3,含水量为21.5%,其现场干密度(g/cm3)与下列哪项数值最接近?

(A)1.40 (B)1.50 (C)1.60 (D)1.70

答案:(C)

解答:直接代入式(5.2-15)

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