物理表达式换算关系式
土的物理性质试验：
含水量试验：
烘T•法:
烘干法是测定含水量的标准方法，适用于粘质土,粉质土，砂类土和有机质土
仪器设备：
1,烘箱:
对釆用点热烘箱或温度能保持105-110的其他能源烘箱.
2,天平:
感量O.Olg.
3,其他:
干燥器，称量盒等.
试验步骤
1,取具育代表性试样,细粒土15-30&砂类土，右机土50g,放入称量盒内，立即盖好盒盖,称其质量.称量时，可在天平一端放上与该称量盒等质量的陋码，移动天平游码,平衡后称量结果即为湿土质量.
2,揭开盒盖，将试样和盒放入烘箱内，在温度105-110恒温下烘干.对于细粒土不得少于8h,对含有机质超过5%的土，应将温度控制在65-70下恒温烘干.
3,将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却（一般只需0.5-lh）冷却后盖好盒盖称质量精确到O.Olg.
酒精燃烧法
在土样中加入酒精，利用酒精能在土上燃烧，使土中水分蒸发，将土样烘干，一般应烧三次.
仪器设备
1称量盒
2天平:
感量O.Olg
3酒精:
纯度95%
4滴管，火柴，调十刀等
实验步骤
1,取代表性试样（粘质土5-10g砂类土20-30g）放入称量盒内，称湿土质量.
2,用滴管将酒梢注入放有试样的称量盒中,直至盒中出现口由液面为止.为使酒粕在试样中充分混合均匀，可将盒在桌上轻轻敲击.
3,点燃盒中究竟，燃烧至火焰熄灭.
4,将试样冷却数分钟，按2和3步重新燃烧两次.
5,待第三次火焰熄灭后，盖好盒盖，立即称干土质量,准确至O.Olg
本法适用于无粘性土，一般粘性土.不适用于含有机质土,含盐量较多的土和重粘土.
含水量的其他测试方法：
1,红外线照射法:
红外线照射法是将土样置于红外线灯光之下烘干，通常将土样放于距光源5-15cm距离内照射约lh左右即可T•燥.试验证明，此法所的结杲较烘干含水量略大1%左右.
2,比重法:
将土样放入一定容积的玻璃瓶中，算出土粒在水中的浮重，进一步求出十•的含水量.适川于砂类土.
3,微波加热法:
经试验对比多数土的测试结果与标准烘干法相对误差小于1.5%但对一些含金属矿物质的土不适用.
4碳化钙气床法：
碳化钙为吸水剂.将一定量的湿十样和碳化钙放与体积一•定的密封容器中,吸水剂与土小的水发生发应，产生乙烘气体，乙烘气体在密封容器中产生的压强与土屮水分子质量成正比.
特殊土的含水量测试方法：
1,含石膏土和有机质土的含水量测试法
含石膏土和有机质十-的烘干温度在110时，対含石膏土会失去结晶水，对含有机质十.其有机成分会燃烧，测试结果将与含水量定义不符.这种试样的干燥宜用真空干燥箱在近乎1个大气圧力作用下将土T•燥,或将烘箱温度控制在60-70,T燥8h以上为好.
2,无机结合料稳定土的含水量测试法
无机结合料在国外常称为水换性结合料,它主要指水泥，石灰，粉煤灰和石灰或水泥粉煤灰，所用术语水泥稳定土，石灰稳定土，石灰粉煤灰稳定土等总称无机结合料稳定土.
无机结合料含水量用烘十法测定时，应提前将烘箱温度提升到110,使放入的无机混合料一开始就能在105-110的坏境F烘干.另外烘干厉应用硅胶作为干燥剂.
如不将烘箱温度先提升到110,则测得的含水量往往偏小.密度试验方法
测定密度常川的方法令环刀法、蜡封法、灌砂法、灌水法等.环刀法操作简便而准确，在室内和野外普遍采用；不能用环刀削的坚硬、易碎、禽有粗粒、形状不规则的土，可用蜡封法;灌砂法、灌水法-•般在野外应用.
在密度测试屮，m较易获得，难的是V值。
V值的检测操作受人为因素和土的粒度成分影响很人。
环刀法：
此法采用一定体积的坏刀切削土样，使土按坏刀形状充满其中，测环刀中土重，根据已知环刀的体积就可按定义计算土的密度。
有不同型号的环刀可供选用。
室内测试吋，应结合我国仪器设备情况，可选用剪切、压缩、渗透仪环刀。
施工现场检查填土密度吋，因每层土压实程度上下不均，而每一层压实厚度达20・30cm,环刀容积过小，取土深度稍有变化，所测密度误差较大，为此可选用大容积坏刀提高测试精度。
1.仪器设备
（1）环刀：
内径6-8cm,高2・3m,壁厚
（2）天平：
感量O.lgo
（3）其他：
修土刀、钢丝钢、凡士林等。
2.试验步骤
（1）按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样，整平两端，环刀内壁涂一•薄层凡士林，刀口向下放在土样上。
正比。
通过测气体压强就可换算出相应的含水量。
（2）川修土刀或钢丝锯将土样上部削成略人子环刀直径的土柱，然后将环刀垂直下压,边压边削，至土样伸岀坏刀上部为止，削去两端余土，使与环刀口而齐平，并用剩余土样测定含水量。
（3）擦净环刀外壁，称环刀与土合质量叫，准确至O.lgo
3.结杲整理
4.粘密度和允许差
本试验须进行二次平行测定，取其算术平均值，其平行差值不得大于0.03g/cm3o
（三）蜡封法
此法系将不规则的土样（体积不小于5cm3）称其自然质量后，浸人熔化的石蜡中，使土样被石蜡所包裹，而后称其亦空气中重与亦水中重，并按公式计算土样密度。
此法所得密度值恒较其方法大，这是因为在任何情况下难以避免熔蜡浸人土内孔隙中的缘故。
1.仪器设备
（1）天平：
感量0.01分
（2）烧杯、细线、石蜡、针、削上刀等。
2.试验步骤
（1）用削土刀切取体积大于30”试件，削除试件表而的松、浮土以及尖锐棱角，在天平上称量，准确至0.0lgo取代表性上样进行合水量测定。
（2）将石蜡加热至刚过熔点，用细线系住试件侵入石蜡中，使试件表血覆盖一薄层严密的石蜡，若试件蜡膜上有气泡，需用热针刺破气泡，再用石蜡填充针孔，涂平孔口。
（3）待冷却质，将蜡封试件在天平上称量，准确至O.Olgo
（4）利用细线将蜡封试件置于天平一端，使其浸浮在盛有蒸饰水的烧杯中，注意试件不要接触烧杯壁，称贴封试件的水下质量，准确至O.Olg,并测量熬馆水的温度。
（5）将贴封试件从水中取出，擦干石蜡表面水分，在空气屮称其质量，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；若浸人水分质量超过0.03g,应重做。
3结果報理按下式计算湿密度
现场坑试法：
对含有碎砾石的上层或人工填上层无法用环刀取样，则可在现场测点挖一测坑，挖的同吋测其挖出土石的质量和含水量，挖出的土质量一般不少于300kg对不规则的试坑体积测、量,可川不透水的薄膜袋放在坑内，然后向袋屮灌水并测所灌水的体积，并按定义计算土的密度。
也可按灌砂法测定体积
比重试验：
土的比重试验目的：
是求土rn105-110下烘干至恒重时的质量，然后与同体积4度时熬憎水的质量的比值。
比重瓶法：
比重瓶法适用于土粒小于5mm的土。
浮称法：
浮称法适用于土粒大于5mm的土，其中20mm的土质量应小于总质量的10%
土的工程分类及命名；土粒级配指标Cu、Cco
自然界中的各种土，从直观上显然可以分为两人类：
一类是由肉眼可以见的松散颗粒所堆成,颗粒通过接触点直接接触。
另一类是由肉眼难以辨别的微细颗粒所组成。
工程上以土中颗粒直径人于0.075mm（有的规范用0.1mm）的质量占全部土粒质量的50%作为第一个分类界限。
大于50%的称为粗粒土，小于50%的称为细粒土。
交通部颁布的《公路土工试验规程》所列的土的分类标准依据为：
1,土颗粒组成特征
2,土的塑性指标：
液限W1塑限Wp和塑性指数Ip。
3,土屮有机质存在情况。
巨粒土
粗粒土
细粒土
漂石（块石）
卵石（小块石）
砾（角砾）
砂
粉粒
粘粒
粗
中
细
粗
中
细
粒组划分图
一、巨粒土的分类
U粒组质量多于总质量50%的十-称U粒土。
根据匕粒组的具体含量，口J细分为漂（卵）石、漂（卵）石夹土及漂（卵）石质土。
（1）巨粒组质量多于总质量75的土称漂（卵）石。
其中漂石粒组质量多丁总质量50%的土称为漂石，记为B；漂石粒纽质量少于或等于50%的十•称卵石，记Cb。
（2）巨粒组质量为总质量75-50%的土称漂（卵）石夹土。
其中漂石粒组质量多于总质量50%的土称漂右夹土记为BS1,漂石粒纽质量少于或等于50%的土称卵右夹土记为CbSl
（3）巨粒组质量为总质量50-15%的土称漂（卵）石质土。
其屮漂石粒多于卵石粒的土称漂石质土，记为S1B；其中漂石粒少于或等于卵石粒的土称为卵石质土记为SICbo
（4）巨粒组质蚩:
少于总质量15%的土，可扌II除巨粒，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。
（二）粗粒土的分类粗粒组质量多于总质量50%的土称为粗粒土。
1,粗粒十中砾粒组质量多于总质量50%的十称砾类土，砾类土应根据其中细粒含量和类别以及粗粒纽•的级配进行分类，其中：
a：
当Cu$5Cc=l・3时，称级配良好砾，记为GW
b：
不同时满足上述条件时，称级配不良砂，记为GP
砾类土中细粒组质量为总质量5-15%的土称含细粒土砾，记为GF砾类十•中细粒组质量大于总质量15%,并小于或等于总质量的50%时，按细粒十•的塑性图中的位置定名。
A,当细粒土位于塑性图A线以下时，称粉土质砾，记GM
B,当细粒土位于塑性图A线以上时，称粘土质砾，记GC。
2,粗粒土中砾粒组质量少丁•或等于总质量50%的土称砂类土，砂类土应根据其屮细粒含量和类别以及粗粒组的级配进行分类，其中：
砂类土中细粒组质量少于总质量5%的土称砂，按下列级配指标定名：
a,当Cu25,Cc=l-3时，称级配良好砂，记SW
b,当级配不满足上述条件时，称级配不良砂，记SP
砂类土屮细粒组质量为总质量5-15%时的土称含细粒土砂，记SF砂类土中细粒组质量大于总质量的15%并小于或等于总质量的50%时，按细粒土在然性十中的位置定名：
A,当细粒土位于須性图A线以下时，称粉土质砂，记SM
B,当细粒土位于塑性图A线以上吋，称粘土质砂，记SC
（三）细粒土的分类细粒组质量多于总质量50%以上的土称细粒土，细粒土应该按
规定划分为细粒土，含粗粒的细粒土和有机质土。
I,细粒土中粗粒组质量少于总质量25%的土称细粒土。
细粒土应按塑性图分类。
A,在B线以右，称高液限粘土，记CH
B,在B线以左，Ip=l0线以下，称低液限粉土，记ML
2,细粒土中粗粒组质量为总质量25-50%的土称含粗粒的细粒土，含粗粒的细粒土应先确定细粒土部分的名称，再按以下规定最终定名：
A,当粗粒土中砾粒纽占优势时，称含砾细粒十.，应在细粒土代号后缀代号G
B,当粗粒土中砂粒组占优势吋，称含砂细粒土，应在细粒土代号后缀代号S
3,含有机质的细粒土称有机质土。
土中有机质包括未完全分解的动物残骸和植物残骸和完全分解的无定形物质。
后者多呈黑色、青黑色或暗色；有臭味；有弹性和海绵感。
当不能判定时，可采用下列方法：
将试样在105-110的烘箱中烘烤。
烘烤24h后试样的液限小于烘前的3/4,该试样为幼有机质土。
有机质十应根据須性图规定命名：
1，位于塑性图A线以上：
A,rnB线以右，称令机质高液限粘土，记为CHO
B,在B线以左，Ip=l0线以上，称有机质低液限粘土，记为CLO
2,位于犁性图A线以下：
A,在B线以右，称有机质髙液限粉十，记为MHO
B,在B线以左，Ip=l0线以下，称有机质低液限粉土，记为MLO
颗粒分析试验方法
（一）概述
组成土体的颗粒是人小不同粒径的集合体，土粒粒径的人小和级配与土的工程性质紧密相关，土的颗粒分析试验就是测定土的粒径人小和级配状况，为土的分类、定名和工程应川捉供依据。
分析的方法有直接法和间接法，对于粒径大于0.O74mM的土用筛析法直接测试;对于粒径为0.002-0.074mm的土一般用水析法间接测试。
（二）筛折法
1•试验原理
筛析法是将土样通过逐级减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Z,遗留在筛上的颗粒，可以认为其粒径恒大于该筛的孔径。
这样即可把土样的人小颖粒按筛孔径人小逐级加以分组和分析。
2.适用范围
粒径d>0.074mm的土。
3.仪器设备
细筛：
孔径为2mm、0.5mm、0.25mm>0.074mm。
4.试验步骤
将十样放在橡皮板上风干，用木碾将粘结的土团充分碾散拌匀，用四分法取代表性土样备用。
将四分法取岀的代表性土样称取100-4000g（土样的粒径越大称取的数量越多）。
将试样过孔径为2mm的细筛，分别称出筛上和筛下十的质量。
取2mm筛上试样倒人依次叠好的粗筛（孔径为60mm>40mm、20mm、10mm、5mm）的最上层筛中；取2mm筛下的土样倒人依次叠好的细筛（孔径为2mm、0.5mm、0.25mm、0.074mm）的最上层筛中进行筛析，若2mm筛卜•的土不超过试样总质量的10%,则可省略细筛分析。
同样，2mm筛上的土如不超过试样总质量的10%,则可省略粗筛分析，筛析时细筛对放在摇筛机上振摇，振摇时间、般为10-15mino
依次将留在各筛上的土称重。
要求备细筛及底盘内土质量总和与原来所取2mm筛下试样质量之差不得大于1%,同样各粗筛及2mm筛卜的土质量和与试样质量之差不得人于1%。
5.计算及绘图
以小于某粒径的土质量百分数为纵坐标，颗粒直径的对数值为横坐标，绘制颗粒人小分配曲线。
（三）比重计法和吸管法
1•试验原理
比重计和吸管法分析是水析法的一•种，实质为静水沉降法，其基本原理认为0.002-0.2mm粒径的土粒在水或液体中靠自重下沉时应作等速运动，运动的规律符合斯托克斯定律。
定律认为土粒越大，在静水中沉降速度越快。
反之，土粒越小、沉降速度越慢。
设有一个圆球
在进行粒度成分分析时，先把一定重力Ws，的干土制成一定体积的悬液，搅拌均匀后,各种粒径的士在悬液中是均匀分布的，即各种粒径在悬液屮的浓度在不同深度处都是相等的。
静置一段时间匕后，悬液中粒径为山的颗粒以相应的沉降速度Ui在水中沉降占较粗的颗粒在悬液中沉降较快，较细的颗粒则沉降较慢，在深度Li处，沉降速度为u.=Li/s所以在Li深度范围内，肯定已没有大子山的颗粒，则在Li深度一微小区段内的悬液中只有等于及小于di的颗粒，而冃等于及小于d颗粒的浓度与开始均匀悬液中等于及小于山的浓度相等。
从以上分析可看出，只要时间一定，则某一深度处等于及小于山的粒径就已知。
同样只要测出同一时间内同深度处的悬液密度，则〜相应的含量就已知。
悬液的密度口可用比重计测读，也可用吸管吸取4处的悬液测定。
2.适用范围
1934年凡尔塞国际土壤物理学代表会议规定，斯托克斯公式只适川于直径为0.2-0.002mm的颗粒。
当颗粒直径过大时，其沉降速度超过公式所允许的速度，则颗粒在液体中沉降时会产生素流现象，而不是等速运动。
如颗粒冇•径过小，则胶体颗粒遇水后成为悬浮物质，由于水分子的作用力而相互撞击，永不停止，产牛布朗运动，从而改变了原颗粒在液体中沉降的特性，故不能正确地量测其下沉速度。
3・方法概述
对于比重计法，首先将一定体积液体中的土加以搅扌半，使其均匀分散于整个悬液内。
自此吋算起，在其后某一时间（t）将比重计放入悬液中，观测液血所达到的比重计刻度。
这样，可以利用己知的t及L算得相应的等值粒径d和推求在全部悬液中所含等于和小于d的颗粒密度及其所占质量百分比。
以此两项结果，在半对数纸上绘制颗粒大小分配曲线。
移液管法根据斯托克斯定律计算出某一粒径的颗粒沉降至某一深度所需要的时间，在此时刻内用吸管在该深度处吸取一定体积的悬液。
将吸出的悬液烘干称重；就可把不同粒级的质量测定出来以确定土的颗粒组成。
不均匀系数Cu,111］率系数（或称级配系数）Cc
Cu=d6o/dioCc=d23o/dio*d6o
式中：
dlO、d30、d60分别相当于累计白分含量10%,30%,60%的粒径
dlO有效粒径d60限制粒径
不均匀系数Cu反映大小不同粒径的分布情况。
Cu越大，表示土粒大小分布范围大，土的级配良好，曲率系数Cc则是描述累计曲线的范围，反映累计曲线的整体形状。
一-般认为不均匀系数Cuv5吋，称为匀粒土，其级配不好；Cu>10吋，称为级配良好的土。
当同时满足不均匀系数Cu>5和曲率系数Cc=l-3这两个条件时，土为级配良好土。
相对密度Dr的基础概念：
工程上为了更好的表明粗粒土所处的密度状态，采用将现场的孔隙比e与该种土所能达到兹密实时的孔隙比和最松时的孔隙比％ax相对比的办法來表示现场土孔隙比为e时的密实度。
这种度量密实度的指标称为相对密度Dr表示为：
-般认为DrWl/3时土屈疏松状态；l/3vDrW3/2时土屈中密状态；而Dr>2/3时土属于密实状态。
相对密度的另一中等价表达式为：
Di*-（P<1—Pdmin）Pdumx/（Pdm土从液体状态向塑性体状态过渡的界限含水量称为液限WL土有塑性状态向脆性固体状态过渡的界限含水量称为塑限Wp
粘性土塑性大小，可用土处丁塑性状态的含水量变化范围衡量。
此范围即液限少塑限Z差值,PtP罰称为然性指数邛二W厂Wp。
犁性指数一般用不带百分数符号的数值表示，犁性指数越大，表示土越具有高塑性。
土的天然含水量在一定程度上反映土中水量的多少。
但仅仅天然含水量并不能说明土处于什么物理状态，因此还盂要一个能够表示天然含水量与界限含水量关系的指标，液性指数h
lL=W-Wp/W,-WpW-天然含水量
当L二1.0,即W=WL土处于液限
20,即W二毗土处于塑限
按h可区分土的各种状态，在《公路桥涵地皋与基础设计规范》屮规定:
Il<00WIK0.50.5WIK1.0Il^I.O
为坚硬、半坚硕状态为硬塑状态一5J塑状态为软蜩状态一I可槊状态为流蜩状态
当土达塑限后继续变干，土的体积随含水量的减少而收缩。
但达某一含水量后，土的体积不再收缩，这个界限含水量称为缩限騎。
当土的含水量低于缩限时，土将是不饱和的。
相对密度试验方法
（一）概述
土的密实程度通常指单位体积中固体颗粒的含量。
土颗粒含量多，土就密实；土颗粒含量少，土就疏松。
但对于无粘性土来说这种表示密实度的方法有明显缺点，主要是这种表示方法没有考虑到粒径级配这一重要因素的彫响。
例如取两种不同级配的砂土进行分析，假泄第一种砂是理想的均匀圆球，不均匀系数Cu=1.0o若这种砂处于坟密实的月：
歹U,理论上可以算出这时的孔隙比e=0.35。
，”果砂的比重Gs=2.65,则最密实时的干密度pd=1.96g/cm\第二种砂是同样的理想圆球，但其级配中除人的圆球夕），还有J、的圆球町以充填孔
隙，即不均匀系数Cu>1.0,显然这种砂最密时的孔隙比eV0.35。
这就是说，。
果两种砂都具有同样的孔隙比e=0.35,但对丁•第一种砂已处于最密实状态，而对第二种砂则不是最密实状态。
工程上为了更好地表明粗粒土所处的密实状态，采用将现场土的孔隙比。
与该种土所能达到最密实时的孔隙比e翻和最松时的孔隙比e唤相对比的办法来表示现场土孔隙比为。
时的密实度。
这种度量密实度的指标称为相対密度Dr
公路路基填方工程用击实试验结果控制施工质量，对粘性上來说是很好的，但对于粗粒土，因其理论和实践上不适用于一般粘性土所表示的击实关系曲线，所以用压实度指标控制粗粒土路基的压实质量不尽合理，建议用Dr。
作为压实质量控制指标。
（2）仪器设备
（1）量筒：
容积为500cm3及100cm3两种，后者内径应大子6cm.
（2）长颈漏斗：
颈管内径约1.2cm,颈口磨平。
（3）锥形塞：
直径约1.5cm的圆锥体镶于铁杆上。
（4）砂而拂平器。
（5）电动最小孔隙比仪,如元此种仪器,可有下列（6）-（8）的设备。
（6）金属容器，有以下两种：
1容积250cm3,内径5cm,高度12.7cm。
2容积1000cm3,内径10cm,高度12.7cm。
（7）振动仪。
（8）击锤：
锤重1.25kg高度：
150mm,锤座直径50mm0
（3）试验步骤
1.最大孔隙比的测定
（1）取代表性试样约1.5kg,充分风干（或烘于），用手搓揉或用圆木棉在橡皮板上碾散，并拌和均匀。
（2）将锥形塞杆白漏斗下口穿人，并向上提起，使锥体堵住漏斗管口：
一并放人体积1000cm3量筒中，使其下端与量筒底相接。
（3）称取试样700g,准确至lg,均匀倒人漏斗中，将漏斗与塞杆同时提高，移动塞杆使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂而约l-2cm,使试样缓缓冃均匀分如地落人量筒中。
（4）试样全部落人量筒后取出漏斗与锥形塞，川砂面拂平器将砂面拂平，勿使量筒振动，然后测读砂样体积，估读至5cm3o
（5）以手掌或橡皮塞堵住量筒口，将量筒倒转，缓慢地转动量筒内的试样，并回到原来位置，如此重复儿次，记下体积的最大值，估读至5cn?
。
（6）取上述两种方法测得较大体积值，计算最大孔隙比。
2.最小孔隙比的测定
（1）取代表性试样约4kg,按最大孔隙比测定的步骤处理。
（2）分三次倒入容器振击，先取上述试样600-800（其数最应使振击后的体枳略大于容器容积的1/3）倒人1000cm3容器内，用振动仪以各（150-200）次/min的速度敲打容器两侧，并在同一吋间内，用击锤于试样表而锤击30-60）次/min,直至砂样体积不变为止
（一般约5-lOmin吋）。
敲打吋要用足够的力量使试样处于振动状态。
振击吋，粗砂可用较少击数，细砂应用较多击数。
（3）如用电动坟小孔隙比试验仪时、当试样同上法装人睿器后，开动电机，进行振击试验。
（4）按上述方法进行后两次加上的振动
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