车辆系统仿真理论与实践：土壤的物理性质

自然条件下的土壤通常是由固体、液体和气体所组成的三相介质。各相不同的配合比例会使土壤的物理性质和机械特性出现很大的不同。与车辆行驶相关的土壤物理性质主要有土壤的含水量、容重、可塑性以及土壤颗粒间的内聚性和内摩擦性等。

1.土壤的含水量（湿度）

将土壤的试样在105～110℃的温度下烘干，总共失去水分的质量占土样质量的百分比，即称之为该土壤的含水量（湿度）。

2.容重

自然结构土壤单位体积的质量称为湿容重，烘干土壤单位体积的质量称为干容重。土壤的容重和土壤的密度不同，密度是指土壤颗粒的单位体积质量，因此密度值比容重值要大些。例如，容重为1 100～1 800 kg／m3，则密度为1 300～2 700 kg／m3。

3.土壤的可塑性

土壤在湿润状态下，可塑成一定形状并持久保持不变的性质称为可塑性。土壤呈现可塑性状态时的含水量称为塑限，而土壤失去可塑性并开始流动变形时的含水量称为液限。液限与塑限间含水量之差叫塑性指数。显然，塑性指数越小，其可塑性就越差。砂的塑性指数近于零，亦即砂无可塑性。黏土的可塑性最好，其塑性指数大于17，是高塑性土壤。

4.土壤的内聚力(www.xing528.com)

土壤的内聚力是指土壤颗粒间的结合水和胶结物所形成的胶结力。所谓结合水是指粘附在土壤颗粒表面的水膜，它由吸湿水和膜状水形成。当土壤压实时，土壤颗粒间距离靠近，使颗粒间的结合水膜变薄，因而胶结力加强。当土壤的含水量增加时，土壤颗粒间距加大，结合水膜增厚，使胶结力变弱。结合水的胶结力还和土壤的表面积有关，因为它们之间的相互作用发生在接触面上，所以土壤单位体积的表面积，即“比表面积”可以用来度量土壤颗粒间粘结的程度。

土壤颗粒间单位表面积上的胶结力定义为土壤的内聚力c（kPa）。黏土颗粒细小，其比表面积大，因此内聚力就大。此外，土壤的内聚力还和土壤颗粒间的胶结物质有关。

5.土壤的内摩擦力

土壤的内摩擦力是土壤颗粒间的摩擦阻力，它包括土壤间的表面摩擦和颗粒间的相互嵌入阻止相对滑动的阻力。内摩擦力的大小和内摩擦系数成正比。内摩擦系数的反正切值称为内摩擦角φ。黏性土壤的φ值在6°～43°范围内；干砂的φ值一般大于30°，其内摩擦系数大于0.58。

6.土壤的粘附性

土壤粘附于其他物体上的性质称为粘附性。粘附性与土壤的含水量关系极大，当含水量达到80%的饱和度时，粘附性达到最大；含水量超过80%时，粘附性逐渐减小。土壤的粘附性会造成履带或轮胎的花纹被填平，使它们与土壤的相互作用关系变差，为了获得必要的地面反作用力，履带或车轮的滑转将更严重，甚至完全滑转。