精品课程《土质学与土力学》 第二章
e?Gs?w?d?1
4、饱和度与含水量，比重和孔隙比的关系
设土体内土粒体积Vs=1，则孔隙体积Vv?e，土粒质量ms??s，孔隙水质量mw?w?s 孔隙水体积：Vw?w?s?w
w?s由：Sr?Vw?ww?swGs得Sr? ??Vvee?we当Sr?100%时，土饱和，则：
e?wmGs
式中：wm——饱和含水量，Gs：土粒比重。 常见的物理性质指标及互相关系换算公式见教材P69 表5-5
例题：某原状土样，经试验测得天然密度??1.67g/cm3含水量w=12。9%，土粒比重Gs=2.67，求孔隙比e，孔隙度n和饱和度Sr。
解：绘三相草图
（1）设土的体积V=1.0cm3
根据密度定义得：m??V?1.67?1?1.67g （2）根据含水量定义得：mw?wms?0.129ms 从三相图可知：m?ma?mw?ms ∵ma?0
mw?ms?m，即0.129ms?ms?1.67
1.67?1.18g∴ 1.129mw?1.67?1.48?0.19gms?（3）根据土粒比重定义：土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4摄氏度时质量之比，即
Gs?4度Vs?w?ms???s ?w6
安徽理工大学
精品课程《土质学与土力学》 第二章
∵Gs?2.67 ?w?1
?s?2.67?1?2.67g/cm3∴
Vs?ms?s? 1.48?0.554cm32.67（4）Vw?mw?w?0.190?0.190cm3 1.0（5）从三相可知
V?Va?Vw?VS?1cm3
或Va?1?Vw?Vs?1?0.554?0.190?0.256cm3 ∴Vv?V?Vs?1?0.554?0.446 （6）根据孔隙比定义：e?
Vv
得 Vs
e?Va?Vw0.256?0.19??0.805 Vs0.554Vv得 V（7）根据孔隙度定义：n?n?Va?Vw0.256?0.19??0.446?44.6% V1e0.805??0.446?44.6% 1?e1?0.805或n?（8）根据饱和度定义：Sr?Vw得 VvSr?Vw0.19??0.426?42.6%
Va?Vw0.256?0.19
例题．薄壁取样器采取的土样，测出其体积V与重量分别为38.4cm3和67.21g，把土样放入烘箱烘干，并在烘箱内冷却到室温后，测得重量为49.35g。试求土样的?（天然密度），，w（含水量），e（孔隙比），n（孔隙率），饱和度。（Gs?2.69） ?d（干密度）解：①
??mms?mw67.21???1.750g/cm3 VVs?Vv38.407
安徽理工大学
精品课程《土质学与土力学》 第二章
②?d?msm?mv49.35???1.285g/cm3 VV38.40③w?mwm?ms67.21?49.35?100%???100%?36.19% msms49.35Gs?w?1?2.69?1?1?1.093
1.285④e??d⑤n?e1.093??100%?52.22% 1?e1?1.093⑥Sr?w?Gs36.19?2.69??89.07% e1.093第二节 土的水理性质
一、粘性土的稠度（consistency）和塑性(plasticity) （一）稠度与液性指数
粘性土的物理状态常以稠度来表示。
稠度的涵义是指土体在各种不同的湿度条件下，受外力作用后所具有的活动程度。 粘性土的稠度，可以决定粘性土的力学性质及其在建筑物作用下的性状。
在土质学中，常采用下列稠度状态来区别粘性土在各种不同温度条件下所具备的物理状态。
粘性土的标准稠度及其特征 稠度状态 液体状 塑体状 固体状 液流状 粘流状（触变状） 粘塑状 稠塑状 半固体状 固体状 稠度的特征 呈薄层流动 呈厚层流动 具有塑体的性质，并粘着其他物体 具有塑体的性质，但不粘着其他物体 失掉塑体性质，具有半固体性质 具有固体性质 标准温度或稠度界线 触变界限 液限Wc 粘着性界限 塑限Wp 收缩界限Ws 相邻两稠度状态，既相互区别又是逐渐过渡的，稠度状态之间的转变界限叫稠度界限，用含水量表示，称界限含水量。
在稠度的各界限值中，塑性上限（Wl）和塑性下限（Wp）的实际意义最大。它们是区别三大稠度状态的具体界限，简称液限和塑限。
土所处的稠度状态，一般用液性指数IL（即稠度指标B）来表示
IL?W?WpWc?Wp
式中：W—天然含水量
Wl—液限含水量 Wp—塑限含水量
按液性指数（IL）粘性土的物理状态可分为：
安徽理工大学 8
精品课程《土质学与土力学》 第二章
坚硬：IL?0 软塑：0.75?IL?1 硬塑：0?IL?0.25 流塑：IL?1 可塑：IL?0.75
在稠度变化中，土的体积随含水量的降低而逐渐收缩变小，到一定值时，尽管含水量再降低，而体积却不再缩小，其变化过程见教材图所示。
（二）塑性和塑性指数（plasticity index）
塑性的基本特征：（1）物体在外力作用下，可被塑成任何形态，而整体性不破坏；即不产生裂隙。（2）外力除去后，物体能保持变形后的形态，而不恢复原状。
有的物体是在一定的温度条件下具有塑性；有的物体在一定的压力条件下具有塑性；而粘性土则是在一定的湿度条件下具有塑性
粘性土具有塑性，砂土没有塑性，故粘性土又称塑性土，砂土称非塑性土。
在岩土工程中常用二个界限含水量（又称Atterberg界限，瑞典土壤学家，1911年）表示粘性土的塑性。
（1）、塑性下限或称塑限：是半固态和塑态的界限含水量，它是使土颗粒相对位移而土体整体性不破坏的最低含水量。
（2）、塑性上限或称液限：即塑态与流态的界限含水量，也即是强结合水加弱结合水的含量。
二个界限含水量的差值为塑性指数(plasticity index)，即：Ip=Wl－Wp 塑性指数表示粘性土具有可塑性的含水量变化范围，以百分数表示。塑性指数数值愈大，土的塑性愈强，土中粘粒含量越多。
例题：从某地基取原状土样，测的土的液限为37.4%，塑限为23.0%，天然含水量为26.0%，问地基土处于何种状态？
解： 已知：wc?37.4% wp?23.0% w?16.0%
Ip?wL?wp?0.374?0.23?0.144?14.4%
IL?w?wpIp0.26?0.23??0.210.144
∵0?IL?0.25
∴该地基土处于硬塑状态
（三）影响粘性土可塑性的因素
粘性土塑性大小决定于土的成分及孔隙水溶液的性质。土的成分包括粒度成分、矿物成分及交换阳离子成分；孔隙水溶液的性质是指化学成分及浓度。
1、矿物成分
（1）土的矿物成分不同，其晶格构造各异，对水的结合程度不一样；例如：蒙脱石具 有较大的可塑性。
（2）矿物成分决定着颗粒的形状与分散程度。只有片状结构的矿物破坏后才表现出可 塑性。例如：黑云母，绿泥石，高岭石等。
安徽理工大学
9
精品课程《土质学与土力学》 第二章
（3）矿物成分还影响着土的分散程度；
2、有机质含量对土的可塑性有明显的影响
表层土含有机质较多，因有机质的分散度较高，颗粒很细，比表面积大，当有机质含量高时，无论液限值或塑限值均较高。
3、土中的可溶盐类溶于水后，改变了水溶液的离子成分和浓度，从而影响扩散层厚度的变化，导致土的可塑性的增强或减弱。
4、粒度成分对粘性土可塑性的影响
主要取决于土中粘粒含量的多少；粘粒含量愈多，分散程度愈高，具有较大的可塑性。 5、孔隙溶液的化学成分，浓度和PH值对可塑性的影响，是通过ζ电位、扩散层的厚度的影响表现出来的。一般来说：PH?PHie?大或ζ?大，d?大?粘性性的可塑性增强。当PH=PHie，粘性土基本上不表现塑性。
（四）粘性土的活性指数
粘性土的粘性和可塑性被认为是由颗粒表面的吸着水引起的。因此，塑性指数的大小在一定程度上反映了颗粒吸附水能力的强弱。
Skempton（斯开普顿）通过试验发现：对给定的土，其塑性指数与小于0.002mm颗粒的含量成正比，并建议用活性指标来衡量土内粘土矿物吸附水的能力。
其定义为：A?Ip?0.002mm颗粒的含量
其中： A——活性指数或亲水性指数。 根据活性指标的大小，他把粘性土分为： 非活性粘土：A?0.75
正常粘土：A?0.75~1.25 活性粘土：A?1.25
活性粘土的矿物成分以吸水能力很强的蒙脱石等矿物为主，而非活性粘土中的矿物成分，则以高岭石等吸水能力较差的矿物为主。
（五）灵敏度（St）
灵敏度反映粘性土结构性的强弱。
St?qu q0式中：St——粘性土的灵敏度 qu——原状土的灵敏度
q0——与原状土密度、含水量相同，结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度。 灵敏度分下列几类：
安徽理工大学 10
