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公路工程试验检测人员考试公路材料辅导 第一部分 土工 第一节 土的三相组成及物理性质指标换算 一、土的形成 土是由地表面的岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、流体水和气体的一种集合体。不同的风化作用形成不同性质的土。风化作用有下列三种。 1、物理风化 岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化，不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩角为碎石。这种风化作用，只改变颗粒的大小和形状，不改变原来的矿物成份，称为物理风化。由物理风化生成的土为巨粒土，这种土呈松散状态，总称无黏性土。 2、化学风化 当岩石的碎屑，与水、氧气和二氧化碳等物质相互接触，使这些岩石碎屑逐渐发生化学变化，改变了原来组成矿物的成份，产生一种新的成份——次生矿物。这类风化称为化学风化。经化学风化生成的土为细粒土，具有黏结力，如黏土与粉质土，总称黏性土。 3、生物风化 由动物、植物和人类活动对岩石的破坏称生物风化。 二、土的三相组成 固相——土颗粒，由无机矿物颗粒和有机质组成，构成土的骨架； 液相——土孔隙中存在的水； 气相——土孔隙中填充的空气。 土的三相比例变化，引起的状态和工程性质的变化： 固体+液体+气体——湿土。 当液体=0， 固体+气体——干土。 当气体=0， 固体+液体——饱和土。 三、土中的水 土中的水可分为结晶水、结合水和自由水。 结晶水——存在于土颗粒矿物晶体内部或参与矿物构造的水。要通过高温才能从土颗粒矿物中折出。 结合水——吸着在土颗粒表面呈薄膜状的水，受土粒表面引力作用而不服从静水力学规律，根据靠近土颗粒表面的距离，分强结合水和弱结合水。强结合水一般在105℃～150℃下才能折出。 自由水——存在于土颗粒孔隙中的水，分为毛细水和重力水，在105℃～110℃时就能从土体中折出。 四、土的物理性质指标及指标换算 工程设计和工程检验中常用的物理性质指标：土的密度（湿密度）、土颗粒比重、饱和密度、干密度、浮密度、含水率、孔隙比、孔隙率、饱和度9个指标。 其中：土的比重、土的密度、土的含水率三个指标是实验指标（土的三相基本物理指标），其它的指标是换算指标。 1、常用物理性质指标和定义 （1）土的湿密度ρ：是指土单位体积的质量。 m ρ= ——— （kg/m3） V （2）土颗粒比重（或土颗粒相对密度）Gs：是土粒在温度105℃～110℃下烘至恒重时的质量与同体积4℃时纯水质量的比值。 ms/Vs Gs= ———— mw/Vw4℃ (3) 土的含水率ω：是指土中水的质量和固体颗粒质量之比，通常以百分数表示。 mw ω= ———×100 ms (4)干密度ρd：是指土的固体颗粒质量与土的总体积之比。 ms ρd= —— (kg/m3) V （5）饱和密度ρsat：是指土孔隙中全部被水充满时的密度。 ms+Vv.ρw ρsat= —————— (kg/m3) V （6）浮密度（或称浸水密度）ρ′：是指土浸入水中受到水的浮力作用时的单位体积质量。 ms-Vs.ρw ρ′= —————— (kg/m3) V （7）孔隙比e：是土中孔隙体积与固体颗粒体积之比。 Vv e = —— Vs （8）孔隙率n：是指土中孔隙体积与总体积之比。 Vv n = ———×100 V （9）饱和度Sr：是指孔隙中水的体积与空隙体积之比 Vw Sr= ——×100 Vv 2、土的物理指标换算关系 3、土的其它指标 （1）常用的物理状态指标：液限含水率ωL、塑限含水率ωP、塑性指数Ip、液性指数IL、相对密度Dr等。 （2）常用的力学性质指标：压缩系数、压缩指数、固结系数、抗剪强度指标、承载比、回弹模量、无侧限抗压强度等。 （3）常用土的水理性指标：渗透系数、湿化崩解量和毛细管水上升高度等。 五、土的含水率试验