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3、气相
土中的气体可分为两类：
与大气相连通的自由气体和与大气隔绝的封闭气体（气泡）。
三、土的物理性质指标及指标换算
1土的三相图
质量体积
ma=0气相Va
Vv
======================v
mmww======液相（水）======Vw
ms………………………….Vs
……固相（土颗粒）…
V-土的总体积，cm3或m3；
Vs-土的固体颗粒体积，cm3或m3；
Vv-土的孔隙体积，cm3或m3；
Va-土中气体体积，cm3或m3；
Vw-土中水的体积，cm3或m3；
m-土的总质量，g;
ma-土的气体质量，g;
一般ma约等于0；
mw-土中水的质量，g;
ms-土中固体颗粒的质量，g。
2、常用指标及定义
土粒相对密度Gs=ms/（ρw*Vs）；
天然密度（湿密度）ρ=m/V；
干密度ρd=ms/V；
饱和密度ρsat=（ms+Vv*ρw）/V；
浮密度ρ，=（ms+Vs*ρw）/V；
含水量w（%）=mw/ms*100；
孔隙比e=Vv/Vs;
孔隙率n（%）=Vv/V*100
饱和度Sr=Vw/Vv*100
其中土粒相对密度、天然密度、含水量是实测指标，其他是换算指标。
四、相关试验
（一）含水量试验
土的含水量是在105～110℃下烘至恒量时所失去大的水分质量和达恒量后干土质量的比值，以百分数表示。
常用测定方法有：
烘干法、酒精燃烧法、炒干法、碳化钙气压法、红外线照射法。
计算公式：
w（%）=（m-ms）/ms*100
其中w—含水量（%），m—湿土质量（g），ms—干土质量（g）。
本试验进行两次平行测定，取其算术平均值；
允许平行差值应符合下表规定
含水量
允许平行差值
5%以下
0.3%
40%以上
≤2%
40%以下
≤1%
1、烘干法
烘干法是测定含水量的标准方法，适用于黏质土、粉质土、有机质土、砂砾土、冻土砂类土等。
实验步骤
（1）取代表性试样，细粒土15～30g，砂类土、有机土50g，放入称量盒内，盖好盒盖，称质量，记录盒与土样质量；
（2）揭开盒盖，将试样和盒盖放入烘箱内，在温度105～110℃恒温下烘干。
烘干时间对细粒土不得少于8小时，砂类土不得少于6小时，对含有机质超过5%的土，应将温度控制在65～70℃恒温下烘干；
（3）将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却（一般0.5～1小时即可）。
冷却后盖好盒盖，称质量，准确至0.01g。
（4）结果整理，按含水量计算公式计算整理。
2、酒精燃烧法
本法适用于快速简易测定细粒土的含水量（含有机质的除外）。
（1）取代表性试样（黏质土5～10g，砂类土20～30g）放入称量盒内，称湿土质量。
（2）用滴管将酒精注入有试样的称量盒中，直至盒中出现自由液面为止。
（3）点燃盒中酒精，燃至火焰熄灭。
（4）将试样冷却数分钟，按
（2）、（3）步的方法重新燃烧两次。
（5）待第三次火焰熄灭后，盖好盒盖，立即称干土质量，准确至0.01g。
（6）结果整理。
3、其它测试方法
注意含有机质土的恒温控制，60～70℃;
干燥8h以上。
水泥稳定土的含水量测试时烘箱开始温度为105～110℃.
（二）密度试验
土的天然密度定义为：
ρ=m/V
测定密度的常用方法有环刀法、蜡封法、灌水法、灌砂法。
1、环刀法
1）使用于细粒土。
2）试验原理：
采用一定体积的环刀削土样，使土按环刀形状充满其中，侧环刀中土重，根据已知环刀的体积就可按定义计算土的密度。
3）实验步骤
（1）按工程需要取原状土或制备所需要状态的扰动土，整平两端，环刀内壁涂一薄层的凡士林，刀口向下放在土样上；
（2）用修土刀或钢丝锯将土样上部削成略大于环刀直径的土桩，然后将环刀垂直下压，边压边削，至土样伸出环刀上部为止。
削去两端余土，使与环刀口面齐平，并用剩余土样测定含水量；
（3）擦净环刀外壁，称环刀与土合质量m1,准确至0.1g；
（4）结果整理
按下式计算湿密度：
ρ=（m1-m2）/V；
ρd=ρ/（1+0.01w）
式中：
ρ—湿密度（g/cm3）；
ρd—干密度（g/cm3）；
m1—环刀与土合质量（g）；
m2—环刀质量（g）；
V—环刀体积（cm3）；
w—含水量（%）。
（5）精密度和允许误差
本试验须进行两次平行测定，取其平均值，平行差值不得大于0.03g/cm3。
2、蜡封法
1）本法适用于易破裂土和形态不规则的坚硬土。
2）试验原理：
将不规则的土样（体积不小于500cm3）称其自然质量（m）后，浸入熔化的石蜡中，使土样被石蜡所包裹，而后称其在空气中重（m1）与在水中重（m2），并按公式计算土样密度。
3）试验步骤
（1）用削土刀取体积大于30cm3试件，削除试件表面的松、浮土以及尖锐菱角，在天平上称量，准确至0.01g。
取代表性试样进行含水量测定。
（2）将石蜡加热刀刚过熔点，用细线系住试件浸入石蜡中，使试件表面覆盖一薄层严密的石蜡，若试件膜上有气泡，须用热针刺破，再用石蜡填充针孔，涂平孔口。
（3）待冷却后，将蜡封试件再天平上称量，准确至0.01g。
（4）用细线将蜡封试件置于天平一端，使其浸浮再盛有蒸馏水的烧杯中，注意试件不要接触杯壁，称蜡封试件再水下质量，准确至0.01g，并测量蒸馏水的温度。
（5）将蜡封试件从水中取出，擦干石蜡表面水分，再空气中称其质量，将其与（3）中所称质量相比。
若质量增加，表示水分进入试件中；
浸入水分质量超过0.03g，应重做。
（6）结果整理
ρ=m/【（m1-m2）／ρwt—（m1-m2）／ρn】
其中ρwt—蒸馏水再t℃时的密度，准确至0.001g/cm3。
ρn—石蜡密度（一般可采用0.92g/cm3）。
（m1-m2）／ρn—蜡样体积
（m1-m2）／ρwt—蜡封试样体积
3、灌砂法
（1）本法适用于在现场测定基层、砂石路面及路基土的各种材料压实层的密实度和压实度，也适用于沥青表面处治、沥青贯入式路面的密度和压实度检测，但不适用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料的压实度检测。
（2）用灌砂法测定密度和压实度时，应符合下列规定：
1）当集料的最大粒径小于15mm，测定层的厚度不超过150mm时，宜采用∮100mm的小型灌砂筒测试。
2）当集料的最大粒径大于或等于15mm，但不大于40mm，测定层的厚度超过150mm，但不超过200mm时，宜采用∮150mm的大型灌砂筒测试。
（3）试验步骤
1）按现行试验方法对检测对象试样用同种材料进行击实试验，得到最大干密度（ρ0）及最佳含水量（w0）。
2）标定灌砂筒底部的锥体内砂的质量。
3）标定量砂的单位质量ρs（g/cm3）。
4）现场测试步骤
1在试验地点选一块平坦表面，并将其清扫干净，其面积不得小于基板面积。
2将基板放在平坦表面上，当表面较粗糙时，则将盛有量砂m5的灌砂筒放在基板中间的圆孔上，将灌砂筒的开关打开，让砂流入基板的中孔内，直到储砂筒内的砂不再下流时关闭开关。
取下灌砂筒，并称量筒内砂的质量m6，准确至1g.
3取走基板，，并将留在试验地点的量砂收回，重新将表面清扫干净。
4将基板放回清扫干净的表面上，沿基板中心孔凿洞。
注意收集完凿出的材料并及时装入塑料袋中，不使水分蒸发。
称量取出全部材料的总质量mw,准确至1g。
5从挖出的材料中取代表性试样，放在吕盒或洁净的搪瓷盘中，测定其含水量。
6将基板安放在试坑上，将装有符合质量要求量砂的灌砂筒安放在基板中间，使灌砂筒下口对准基板的中孔及试洞，打开灌砂筒开关，让砂流入试坑内。
直到筒内砂不再下流试，关闭开关，仔细取走灌砂筒，并称量筒内剩余砂的质量m4，准确至1g.
7仔细取出试洞内干净量砂，留下次试验试再用。
8结果整理
按相关公式计算湿密度（ρw）和干密度（ρd），压实度K=ρd/ρ0*100%
9报告,干密度应准确至0.01g/cm3。
（三）相对密度（比重）试验
相对密度可以通过试验直接测定，即求出土在100-105℃下烘干至恒量时的质量与同体积4℃蒸馏水质量的比值。
国际上的定义是：
给定体积材料的质量（或密度）与等体积水的质量（或密度）的比值。
测定土的相对密度试验随土的粒径大小不同可采用不同的试验方法。
主要有以下试验方法：
比重瓶法，适用于粒径小于5mm的土；
浮称法，适用于粒径大于等于5mm的土，其中粒径为20mm的土质量小于总质量的10%；
虹吸筒法，适用于粒径大于等于5mm的土，其中粒径为20mm的土质量大于总质量的10%。
1、比重瓶法
1）试验步骤
（1）将比重瓶烘干，将15g烘干装入100mL比重瓶内（若用50mL比重瓶，装烘干土约12g），称量。
（2）为排除土中空气，将已装有干土的比重瓶注蒸馏水至瓶的一半处，摇动比重瓶，并将瓶在砂浴中煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起。
（3）如系长颈比重瓶，用滴管调整液面恰至刻度，擦干瓶外及瓶内壁刻度以上部分的水，称瓶、水、土总质量。
如系短颈比重瓶，将纯水注满，使多余水分自瓶塞毛细管中溢出，将瓶外水分擦干，称瓶、水、土总质量，称量后立即测出瓶内水的温度，准确至0.5℃。
（4）根据测得的温度，从已绘制的的温度与瓶、水总质量关系曲线中查得瓶、水总质量。
（5）如系砂土，煮沸时砂粒易跳出，允许用真空抽气法代替煮沸法排除土中空气，其余步骤同（3）（4）。
（6）对含有某一定量的可溶盐、不亲性胶体或有机质的土，必须用中性液体（比如煤油）测定，并用真空抽气法排除土中气体。
真空压力表读数宜为100kPa，抽气时间1～2小时（至悬液内无气泡为止），其余步骤同（3）（4）。
2）结果处理
（1）用蒸馏水测定时，按下式计算相对密度（比重）：
Gs=〔ms/（m1+ms-m2）〕*Gwt
式中Gs—土的相对密度；
ms—干土质量；
m1—瓶、水总质量；
m2—瓶、水、土总质量；
Gwt—t℃时蒸馏水的相对密度，准确至0.001.
（2）用中性液体测定时，按照下式计算相对密度（比重）：
Gs=〔ms/（m3+ms-m4）〕*Gkt
m3—瓶、中性液体总质量；
m4—瓶、中性液体、土总质量；
Gkt—t℃时蒸馏水的相对密度，准确至0.001.
（3）本试验称量应准确至0.001g，必须进行两次平行测定，取其算术平均值，以两位小数表示，平行差值不得大于0.02.
2、浮称法
1）试验步骤
（1）取代表性试样500～1000g，彻底冲洗试样，直至颗粒表面无尘土和其它污物。
（2）将试样浸在水中一昼夜取出，立即放入金属篮，缓缓浸没于水中，并在水中摇晃，至无气泡逸出为止。
（3）称金属篮和试样在水中的总质量。
（4）取出试样烘干，称量。
（5）称金属篮在水中质量，并立即测量容器内水的温度，准确至0.5℃。
2）、结果整理
按下式计算土粒相对密度（比重）：
Gs=﹛ms/〔（ms-（m5-m6）〕﹜*Gwt
m5—试样和金属网篮在水中的质量；
m6—金属篮在水中质量；
Gwt—t℃时蒸馏水的相对密度，准确至0.001。
3）准确度及精密度同上。
3、虹吸筒法
（1）取代表性试样1000～7000g，彻底冲洗试样，直至颗粒表面无尘土和其它污物。
（2）将试样浸在水中一昼夜取出，晾干（或用布擦干），称量。
（3）注清水入虹吸筒，至管口有水溢出时停止注水。
待管不再有水流出后，关闭管夹，将试样缓缓放入筒中，边放边搅，至无气泡逸出为止，搅动时勿使水溅出筒外。
称量筒质量。
（4）待虹吸筒中水面平静后，开管夹，让试样排开的水通过虹吸筒流入筒中。
（5）称量筒与水的质量后，测量筒内水的温度，确至0.5℃。
（6）取出虹吸筒内试样，烘干，称量。
（7）本试验称量准确至1g。
2）结果整理
Gs=﹛ms/〔（m1-m0）-（m-ms）〕﹜*Gwt
m1—量筒加水的质量；
m0—量筒质量；
m—晾干试样质量；
Gwt—t℃时蒸馏水的相对密度，准确至0.01。
精度度和允许误差筒比重瓶法。
第二节土的粒组划分及工程分类
土粒大小及粒组划分；
粒度、粒度成分及其表示方法；
土的级配指标Cu,Cc；
土粒大小及粒组划分
土的工程分类及命名，颗粒分析试验。
一、常用粒度成分表示方法有表格法、累计曲线法、三角形坐标法。
二、土的工程分类及命名
（一）土的分类依据：
（1）土颗粒组成特征；
（2）土的塑性指标：
液限wL、塑限wP、塑性指数IP.
（3）土的划分
粒组划图
2006020520.50.250.0740.002（mm）
巨粒组
粗粒组
细粒组
漂石
卵石
砾
砂
粉粒
黏粒
粗
中
细
土分类总体系图
（4）粗粒土应根据塑性图分类。
土的塑性图石以液限为横坐标、塑性指数为纵坐标构成的。
（5）土的成分代号，见《公路土工试验规程》。
（二）巨粒土分类
试样中巨粒组质量多于总质量50%的土称巨粒土，分类见下表：
巨粒土
漂（卵）石（其中巨粒土质量≥75%
漂石（漂石粒组＞50%）
B
卵石（漂石粒组≤50%）
Cb
漂（卵）石夹土
（其中巨粒组质量占50%～70%）
漂石夹土（漂石粒组＞50%）
BSL
卵石夹土（漂石粒组≤50%）
CbSL
漂（卵）石质土
（其中巨粒土质量仅含15%～50%）
漂石质土（漂石粒＞卵石粒）
SLB
卵石质土（漂石粒≤卵石粒）
SLCb
（三）粗粒土分类
试样中粗粒组质量多于总质量50%的土称粗粒土，分类见下表：
土
类
分类
符号
粒
砾类土
（其中砾粒组质量＞50%）
砾（细粒组质量F＞50%）
当Cu≥5,Cc=1～3时；
级配良好砾
GW
不同时满足Cu≥5,Cc=1～3时；
级配不良砾
GP
砾G＞50%
（砂G≤50%）
细粒组质量占总质量的5%～15%
GF
细粒土质砾
50%≥F＞15%
当细粒土位于塑性图A线以下时，称粉土质砾
GM
当细粒土位于塑性图A线以上时，称黏土质砾
GC
砂类土
（其中砾粒组质量＜50%）
砂＜50%
F＜5%
级配良好砂
SW
级配不良砂
SP
含细粒土砂
（F=5%～15%）
SF
细粒土质砂
当细粒土位于塑性图A线以下时，称粉土质砂
SM
当细粒土位于塑性图A线以上时，称黏土质砂
SC
（四）细粒土分类
1）试样中细粒组质量多于总质量50%的土称细粒土，分类见下表：
土类
细粒土（粗粒组质量少于总质量25%）
粉
质
高（低）液限粉土（粗粒组质量≤25%）
MH\ML
含砾（砂）高（低）液限粉土
（25%≤粗粒组≤50%）
砾粒＞砂粒
MHG\MLG
砾粒＜砂粒
MHS\MLS
黏
高（低）液限黏土（粗粒组质量≤25%）
CH\CL
含砾（砂）高（低）液限黏土
CHG\CLG
CHS\CLS
有机质土
塑性图A线以上时，称高（低）液限黏土
CHO\CLO
塑性图A线以下时，称高（低）液限粉土
MHO\MLO
2）塑性图（详见《公路土工试验规程》
1、细粒土：
细粒土中粗粒组质量少于总质量25%的土。
（1）当细粒土位于A线以上时：
在B线以右，称高液限黏土，记为CH；
在B线以左，Ip=10线以上，称低液限黏土，记为CL。
（2）当细粒土位于A线以下时：
在B线以右，称高液限粉土，记为MH；
在B线以左，Ip=10线以下，称低液限粉土，记为ML。
2、含粗粒细粒土：
细粒土中粗粒组质量为总质量25%～50%的土。
含粗粒细粒土应先确定细粒土部分名称，再按以下规定最终定名：
（1）当粗粒组终砾粒组占优势时，称含砾细粒土，在代号后缀以代号“G”。
（2）当粗粒组终砂粒组占优势时，称含砂细粒土，在代号后缀以代号“S”。
3、有机质土
（1）位于塑性图A线以上：
在B线以右，称有机质高液限黏土，记为CHO；
在B线以左，Ip=10线以上，称有机质低液限黏土，记为CLO。
（2）位于塑性图A线以下：
在B线以右，称有机质高液限粉土，记为MHO；
在B线以左，Ip=10线以下，称有机质低液限粉土，记为MLO。
（五）其它特殊土
四、土粒级配指标
土颗粒组成特征应以土的级配指标的不均匀系数Cu和曲率系数Cc表示。
不均匀系数Cu反应粒径分布曲线上的土粒分布范围，按下式计算：
Cu=d60/d10
曲率系数Cc反映粒径分布曲线上的土粒分布形状，按下式计算：
Cc=（d30）2/（d60*d10）
式中的d10、d30、d60—分别相当于百分含量为10%、30%、60%的粒径，d10
称为有效粒径，d30称为中间粒径，d60称为限制粒径。
一般认为：
（1）Cu＜5时为均匀土，级配不好；
Cu＞10时为级配良好的土。
（2）但是一般不能单独用Cu一个指标，而是要和Cc同时考虑，当同时满足Cu＞5，Cc=1～3之间，为级配良好的土；
若不能同时满足，则为级配不良的土。
五、粒度成分分析方法
对于粗粒土，即颗粒大于0.074mm的土，可以用筛分法；
对于颗粒小于0.074mm的土，则可以用比重计法。
当土中粗细兼有，则可联合使用筛分和沉降分析法，对于粒径小而比重大的土，可用移液管法。
（一）筛分法
1、适用范围：
粒径大于0.074mm的土分析。
2、试验原理：
筛析法是将土样通过逐级较小孔径的一组标准筛子。
对于通过某一筛孔的土粒，可以认为其粒径恒小于该筛的孔径，反之，遗留在筛上的颗粒，可以认为其粒径恒大于该筛的孔径。
这样即可把土样的大小颗粒按筛孔径大小逐级加以分组和分析。
3、实验步骤
1）对于无凝聚性的土
（1）按规定称取试样，将试样分批过2mm的筛。
（2）将大于2mm的试样从大到小的次序，通过大于2mm的各级粗筛。
将留在筛上的土分别称量。
（3）2mm筛下的土同样将试样从大道小的次序通过小于2mm的各级细筛。
用摇筛机，一般振摇时间为10至15分钟。
（4）由最大孔径的筛开始，顺序将个筛取下，在白纸上用手轻叩摇晃，至每分钟筛下数量不大于该级筛余质量的1%为止。
漏下的土粒应全部放入下一级筛内，并将留在各筛上的土样用软毛刷刷净，分别称量。
（5）筛后各级筛上筛底土总质量与筛前试样质量之差，不应大于1%。
（6）如2mm筛下的土不超过试样总质量的10%，可省略细筛分析；
如2mm筛上的土不超过试样总质量的10%，可省略粗筛分析。
2）对于含有黏土粒的砂砾土
（1）将土样放在橡皮板上，用木碾将黏结的土团充分碾散，拌匀、烘干、称量。
（2）将试样置于盛有清水的的瓷盆中，浸泡并搅拌，使粗细颗粒分散。
（3）将浸润后的混合液过2mm筛，边冲边洗过筛，直至筛上仅留大于2mm以上的土粒为止。
然后，将筛上洗净的砂砾风干称量。
按以上方法进行粗筛分析。
（4）通过2mm筛下的混合液存放在盆中，待稍沉淀，将上部悬液过0.074mm洗筛，用带橡皮头的玻璃棒研磨盆内浆液，再加清水，搅拌、研磨、静置、过筛，反复进行，直至盆内悬液澄清。
最后，将全部土粒倒在0.074mm筛上，用水冲洗，直到筛上仅留大于0.074mm净砂为止。
（5）将大于0.074mm的净砂烘干、称量。
（6）将大于2mm颗粒及2～0.074mm的颗粒质量从原称量的总质量中减去，即为小于0.074mm颗粒质量。
（7）如果小于0.074mm颗粒质量超过总土质量的10%，有必要时，将这部分土烘干、取样，另做比重计或移液管分析。
4、结果整理
5、注意事项
（1）要求各细筛及底盘内的土质量总和与原来所取2mm筛下试样之差不得大于1%，同样各粗筛及2mm筛下的土质量和与试样质量之差不得大于1%。
（2）筛分时，筛后总质量之差不得
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