第一章 土的基本性质和工程分类
CHAPTER1 Basic Characteristics and
Engineering Classification of Soils
第一节 土的形成
1.1 The Formation of soils
一, 土的搬运和沉积
The Transportation and Sedimentation of soil
土是岩石风化的产物,
To the Civil Engineer soil is any uncemented or
weakly cemented accumulation of mineral particles
formed by the weathering of rock,the void space
between the particles containing water and/or air.
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
残积土
西北黄土风积土
冰积土
海相沉积土
工程性质差湖泊沼泽沉积土
冲积土
洪积土
坡积土
运积土
运积土, Transported soil
残 积土, Residual soil
一, In a brief,soil is the products of weathering
rock.
The weathering action and main nature of soils
土的特征：
The characteristics of soils:
（ 1） 碎散性,
（ 2） 三相体系
（ 3） 自然变异性
性质复杂, 不均匀, 各向异性且随时间而在不断变
化 。
注：岩石三相体系：固体矿物, 液体, 气体
二、风化作用和土和主要特点
第二节 土的三相组成
1.2 The Three-Phase Composition of
soils
)
)(
(
)(
?
?
?
?
?
s o i ld r y
s o i ldu n s a t u r a t e
s o i ls a t u r a t ed
干土
非饱和土
饱和土
一, 固体颗粒 (Solid Particle)
〈 一 〉 粒径级配 (Particle size gradation/grading)
粒径级配,粒径大小及其在土中所占的百分比,
界限粒径 — 土性质改变的粒径尺寸
粒组 — 以界限粒径为依据, 根据其大小分为若干组
200 20 2 0.05 0.005 分界粒径
漂石 卵石 园砾 砂粒 粉粒 粘粒
块石 碎石
粗粒土（无粘性土）
(coarse-gained
soils/none-cohesive soil)
细粒土（粘性土）
(fine-gained soils/
cohesive soil)
? ?0c)( )( ?
??
? c o he s i on
s an d
g r a v e l 粘聚力
砂粒
砾石
? ?
?
?
?
?
?
?
胶粒
粘粒
粉粒
0)(
)(
cp a r t i cl ecl a y
p a r t i cl es i l t
1.粒径级配的分析方法
筛分试验 sieve analysis test
d>0.1mm(d>0.074mm) 筛分法
d <0.1mm(d<0.074mm) 水分法 （ 比重计法 ）
12,粒径级配曲线 (Particle size distribution curve)
小于某粒径含 量
式中, G— 总称量,X— 筛余量
%100??G xG
粒径
小
于
某
粒
径
土
的
含
量
（%
）
d30d60 d10
图 1-1 土的粒径级配累计曲线
1 3,粒径级配累积曲线的应用
d60— 控制粒径
d30— 特征粒径
d10— 有效粒径
不均匀系数 (coefficient of uniformity)
均匀土 不均匀土
曲率系数 (coefficient of curature)：
表示连续性好,
判断 好级配土 (well-graded)：
10
60
d
dCu ?
5?Cu5.?Cu
1060
30 2
dd
dCc
??
3~1?Cc
5?Cu 3~1?Cc
（ 二 ） 土粒成分 （ Particle ingredient）
固体成分
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
有机质
可溶性盐
胶体无定形氧化物
粘土矿物
次生矿物
石英、长石、云母等原生矿物
矿物质
3
32
C a l oN a c l,
OAI
1,粘土矿物的晶体结构和分类
The crystal structure and classification of clay minerals
粘土矿物：片状铝 — 硅酸晶体
The basic structural units of most clay minerals consist of
a silica tetrahedron(四面体 ) and an alumina octahedron (
正八面体 ).
分类,（ 依硅片和铅片的组叠形式的不同 ）
高岭石 （ ） (kaolinite) 1:1 亲水能力差
蒙特石 （ ） (montmorillonite)
2:1 亲水能力强
伊利石 （ ） (illite) 介于二者之间
2.粘土矿物的带电性质
利用电渗现象排水
O2H2 S ioOAl 2232 ??
OnH4 S ioOAl 2232 ??
O2H6 S iOO3 A lOK 22322 ???
片状粘土颗粒带负电的原因
?
?
?
?
?
同晶型替换
吸附
离解
极性水分
子
阴极
电渗
水泵
原生矿物 — 颗粒粗, 呈粒状
次生矿物 — 颗粒细微, 多呈片状 （ plate-like） 或针状
(needle-shaped)
1,粘土比表面积 — 代表粘土特性的重要指标
2,颗粒形状重要意义, 磨圆度 — 粗糙度 — 与抗剪强度
指标有关 。
m
AA
S
??
二, 土中水
Water in soils
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
重力水
毛细管水
自由水
弱结合水
强结合水
与土粒表面结合的水结合水
才能从矿物中析出土粒矿物内部的水结晶水
土中水
C1 0 5
0
（三）颗粒形状和比表面积
? ?
? ???
???
????
???
5102
412
2
2
?????
? ? ???
ucT
h c w
? ?0)( ??? ?受拉wc rhuc
（ 一 ） 结合水 (held water)
1 强 结合水 — 特性接近固体, 完全不能移动
2,弱结合水 — 粘滞水膜, 能发生变形, 但不因重力而
流动 （ 土产生塑性的原因 ）
（ 二 ） 自由水 (free water)
1.毛细水 (capillary water)
毛细管中的
负 静水压力h
c
uc
自由水面
毛细水中张力分布
+
-
（ 1-6）
2.重力水 (gravity water)
三, 土中气体 (air in soils)
① 吸附于土颗粒表面及溶于水的气体
② 与大气相通的气体 — 可以排出
③ 封闭性的气体 — 不可以排出
④ 存在有封闭气体的土, 称为橡皮土, 工程中决不允
许
第三节 土的物理状态
1.3 The Physical State of Soils
一、土的三相关系（ The three phase relationships of soils）
三相图 (Three phase diagram/skeletal diagram/ block diagram)
（二）确定三相量比例关系的基本试验指标
（ The basic test indexes for decide the scale relationship of
three phases）
1、土的密度（ bulk density）
aws
ws VVV mmVm ?? ????
??? 8.9???? gVmgVW
实验室：环刀法
容重（ unit weigt）
2、土粒比重（ specific gravity of the solid soil particles）
w
s
ws
s
V
mGs
?
?
? ???
3、土的含水量（ water content,or moisture content ）
100100( % ) ?????
s
w
s
w
m
mm
m
mw 实验室：烘干法
（三）确定三相量比例关系的其它指标
1,孔隙比 (The void ratio is the ratio of the volume of voids
to the volume of solids,i.e…)
s
V
V
Ve?
2,孔隙度 (The porosity is the ratio of the volume of voids
to the total volume of the soil,i.e…)
100(% ) ?? VVn V
3,饱和度 ( The degree of saturation is the ratio of the
volume of water to the total volume of void space,i.e…)
V
Wr VVS ?
The void ratio and the porosity are inter-related as follows:
e
en
n
ne
???? 1,1
4、饱和密度 For a fully saturated soil (Sr=1),saturated
density is:
5、干密度 For a completely dry soil (Sr=0),dry density
is:
WsWVss a t e
eG
V
Vm ???
?
????
1
Wssd e
G
V
m ??
??? 16,浮容度 When a soil in-situ is fully saturated the solid
soil particles(volume 1 unit,weight Gs?w) are subjected to
upthrust (?w),Hence the buoyant unit weight (?/) is given
by:
wswwswss e
G
e
G
V
Vm ?????
?
??
?
????
1
1
1
/i,e
wsat ??? ??/
三相指标的换算（表 1-5）
eV ?? 1
s
V
V
Ve?
ws
s
V
mGs
???
eVV ?
wss Gm ?? Ws mmm ??
WsW WGm ??
s
W
m
mw?
Vs VVV ??
1?sV
二、土的物理状态 (The physical state of soils)
（ 一 ） 粗粒土 （ 无粘性土 ） 的密实度
(The compactness of none-cohesive soil)
1,分类 (Classification)
无粘性土：
??
?
??
??
%502
%502
总重颗粒含量粒径砂土
总重颗粒含量粒径碎石
mm
mm
（ 1）砂土相对密度 ( relative density )
In the case of sands the relative density (Dr) is used to
express the relationship between the actual void ratio (e) and
the limiting values emax and emin,The relative density is
defined as:
m inm a x
m a xr ee eeD ???
(1-19)
3
1?
rD
3
231 ??
rD 32?rD疏松
中密 密实
(多用于填土方的质量控制 )
天然砂土的密实状态, 还可根据标贯试验 (standard
penetration test,STP )的锤击数 N来区别：
N≦ 10 松散
10<N≦ 15 稍密
15<N≦ 30 中密
N>30 密实
（ 2）碎石密实状态野外鉴别方法：
? ?
?
?
?
?
?
?
?
.,%60:
.,,%70~60:
.,%,70:
大部分不接触排列混乱稍密
空隙大大部分接触呈交错排列中密
连续接触颗粒交错排列总重固体颗粒含量骨架密实
（二）粘性土（细粒土）的稠度
The consistency of cohesive soils(fine-gained soils)
1.粘性土的稠度状态
The consistency state of cohesive soils
— 稠度, 土的软件硬程度或土对外力引起变形或破坏
的能力 。
图 1-20 土中水与稠度状态
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
)
,,(,,
),(,
)/(
w a t e rf r e e
w a t e rb o u n dw e a kw a t e rb o u n ds t r o n g
w a t e rb o u n dw e a kw a t e rb o u n ds t r o n g
w a t e rh e l dw a t e rb o u n ds t r o n g
自由水弱结合水强结合水流动状态
弱结合水强结合水可塑状态
强结合水固态和半固态
PW LW
%W
半固体 塑性状态 流动状态
2．界限含水量 (又称阿太堡界限 ) The Atterberg limits
Wp(plastic limit)— 试验室用搓条法 （ 经验法 ）
WL(elastic limit)— 在试验室用锥式园锥仪
3.液性指数 (The liquidity index)
工程上用以判别重塑土软硬程度
P
P
PL
PL I WWWW WWI ?????
表 1-7
坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑
4,塑性指数 （ plasticity index）
0IL ? 0.25I0 L ?? 0,7 5I0,2 5 L ?? 1I0.75 L ?? 1IL ?
PLP WWI ??
P
17I01 P ??
Ip是细粒土分类的依据 。
粘土 (clay)
粉质粘土（ silty clay）
（不代百分号）
17IP ?
第四节 土的结构
1.4 The structure of soils
决定土的性质的因素：
??
?
土的结构
物理状态土的组成,
一, 一, 粗粒土 （ 无粘性土 ） 的结构 （ The structure
of coarse-gained soils/none-cohesive soil）
单 粒结构 （ single-grained structure ）,
颗粒之间点与点的接触
二 二, 细粒土的结构,（ The structure of fine-gained
soils/cohesive soil）
受范德华力, 胶结作用力, 库仑力, 毛细压力
??
?
?
?
.,,,)(
)(,)(
各向同性性质均匀对扰动比较敏感具较大的孔隙结构凝聚片架
斥力为主各向异性密度较大结构片堆分散
The net inter- particle forces govern the structural form
assumed by clay mineral particles in a soil,the two extreme
structures are dispersed structure (分散结构 )and flocculent
structure （凝聚结构 ),The dispersed structure results
when there is net repulsion(净反力 ) between particles and
the flocculent structure when there is net attraction（净吸
力）,
图
三, 反映细粒土结构特性的两种性质
Two characteristics of fine- gained soils reflecting theirs
structural nature
（ 一 ） 粘性土的灵敏度 ( The sensitivity of cohesive soil)
u
ut qqS ?
— 原状土的无侧限抗压强度
— 具有与原状土相同密度和含水量并彻底破坏其结构
的重塑土的无侧限抗压强度
土的结构性 — 土的性质受结构扰动的影响而改变的特
性
uq
uq
21??St 42??St
4?St表 1-8 低灵敏 中灵敏 高灵敏
(二）粘性土的触变性 (thixotropy of cohesive soil)
含水量 不变，土因重塑而软化，又因静置而逐渐硬化
强度有所恢复的性质。
第五节 土的工程分类
1.5The engineering classification of soils
地基土的分类
分类目的：
?
?
?
确定地基的承载力
判断土的工程特性
)2(
)1(
The object of soil classification is to divide soils into groups
such that all the soils in particular group have similar
characteristics,by which they may be identified,and exhibit
Similar behavior in given engineering situation.
一、建筑地基基础设计规范分类
The classification of soils according to architecture
foundation design criterion
?
?
?
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?
??
?
?
?
?
)/()6(
)()5(
),()4(
)()3(
)()2(
)()1(
s o i la r t i f i ca lf i l l
cl a y
mos i l t
s a n d
s t o n ecr u s h ed
r o ck
人工填土
粘土
粉土
砂土
碎石土
岩石
(一 ） 岩石 (rock)
分类
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
?
?
?
?
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?
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?
?
?
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cm
cm
cm
M P a
M P a
c
c
20
20
50
30
30
颗粒强风化
颗粒中风化
颗粒微风化
风化程度
软质岩
硬质岩
坚固性
?
?
（二）碎石土 (crushed stone)
??
??
?
?
?
?
?
??
??
?
??
??
?
mmd
mmd
mmd
2
20
200
)(
)(
)(
级配
棱角形
亚圆
圆形
角砾园砾
碎石卵石
块石漂石 大于颗粒总重的 50%
（三）砂土 (sand)
Sr%50?rS 8050 ?? rS rS?80
稍湿 很湿 饱和
(按湿度分 )
(四 )粉土 (silt)
??
?
??
?
%500 7 5.0
10
含量mmd
I P
??
??
?
粘粒
粉粒
砂粒
10IP ?
??
?
??
?
)(1710
)(17
c lays ityI
c layI
P
P 粉质粘土粘土
粉土 粉土
（ 五 ） 粘土 (clay)
1.分类
2.按工程地质特征分
(according to engineering geological character)
（ 1） 一般粘土 (clay)：第四纪沉积物压缩性低, 强度较高,
良好的地基 。
（ 2） 淤泥和淤泥质土 (muck and mucky soil),软弱土, 不
好地基 （ 处理 ）
（ 3） 红粘土 (red clay),裂隙发育 （ 特殊土 ）
（ 六 ） 人工填土 (fill/artificial soil)
?
?
?
?
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?
土水力冲填泥砂形成的填冲填土
慎重
生活垃圾
工业废料
杂填土
压实填土分层夯实
粘土
粉土
砂土
碎石土
素填土
:)()3(
)()2(
)(
)(
)(
)()1(
f i l ld r ed g er
f i l lo u sm i s ce l l a n e
cl a y
s i l t
s a n d
f i l lp l a i n
式中,Ip—— 土的塑性指数
p0.002—— 粒径 <0.002mm颗粒的质量占总质量的百分比,
A<0.75 非常性粘土
A=0.75~1.25 正常粘土
A>1.25 活性粘土
反映粘土矿物吸附结合水的能力
二、细粒土的活性指数
0,0 0 2
P
P
IA ?
第六节 土的压实性
1.6 Soil Compaction
Compaction is the process of increasing the density of a
soil by packng the particles closer together with a reduction
in the volume of air, the volume of water remains
unchanged,
压实目的 (Target of compaction )
?
?
?
?
?
?
?
)()4(
)()3(
)()2(
)()1(
s t r e n g t hi n c r e a s eto
l i t yc o m p e s s i b ir e d u c eto
typ e r m e a b i l ir e d u c eto
d e n s i t yi n c r e a s eto
土的强度提高
压缩性减小
减小透水性
增加土的密实度
一、细粒土的压实性
The Compaction of fine-grained soils
（ 一 ） 最优含水量和最大干密度理论曲线：
The optimum water content and the maximum dry density
试验表明,约在土的塑限 附近
s
ws
d m a x G0, 0 1 w1
Gρ
??
?? ?
opw
pw
对应的干密度为最大干密度的原因,
（ 1） w<wop（ 颗粒表面的水膜很薄 ） 土偏干,土粒之间
存在着强结合水, 土粒间电分子引力较大, 击实时土粒
难于移动, 击实时土粒难于移动, 击实效果差 。
（ 2） w> wop土偏湿, 土粒中存在大量的自由水, 在击
实过程中不易很快的排除, 这阻止了颗粒的靠扰, 因引
击实效果差 。
（ 3） w=wop w= wop颗粒间存在部分的强结合水, 部分
的弱结合水, 弱结合水在击实过程中起到润滑作用, 因
而击实效果好 。 （ 二 ） 压实功能的影响
The influence of compactive efforts
同一种土,wop随 E而变 w> wop,w↑E的影响 ↓ （
三 ） 填土的含水量和辗压标准的控制
The standard of field compaction is controlled by
means of frequent measurements of the bulk density and
water content of newly-compacted soil.
（ 1） w< wop 土均匀, 强度较高, 较脆硬, 不易
压密, 但浸水时容易产生附加沉降 。
（ 2） w>wop 可塑性大, 但强度较低, 且具不等向
性
cD
压实度,Ⅰ,Ⅱ 95~98% 土石坝 (earth and stone bankment)
Ⅲ ~Ⅴ 92~95%
控制,wop± (2~3)%
二, 粗粒土的压实性：
The Compaction of coarse-grained soils
完全干燥或者充分洒水饱和的情况下容易压实到
压实标准一般用相对密度 Dr控制：
Dr, 0.7~0.75
dmaxρ
CHAPTER1 Basic Characteristics and
Engineering Classification of Soils
第一节 土的形成
1.1 The Formation of soils
一, 土的搬运和沉积
The Transportation and Sedimentation of soil
土是岩石风化的产物,
To the Civil Engineer soil is any uncemented or
weakly cemented accumulation of mineral particles
formed by the weathering of rock,the void space
between the particles containing water and/or air.
?
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残积土
西北黄土风积土
冰积土
海相沉积土
工程性质差湖泊沼泽沉积土
冲积土
洪积土
坡积土
运积土
运积土, Transported soil
残 积土, Residual soil
一, In a brief,soil is the products of weathering
rock.
The weathering action and main nature of soils
土的特征：
The characteristics of soils:
（ 1） 碎散性,
（ 2） 三相体系
（ 3） 自然变异性
性质复杂, 不均匀, 各向异性且随时间而在不断变
化 。
注：岩石三相体系：固体矿物, 液体, 气体
二、风化作用和土和主要特点
第二节 土的三相组成
1.2 The Three-Phase Composition of
soils
)
)(
(
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s o i ld r y
s o i ldu n s a t u r a t e
s o i ls a t u r a t ed
干土
非饱和土
饱和土
一, 固体颗粒 (Solid Particle)
〈 一 〉 粒径级配 (Particle size gradation/grading)
粒径级配,粒径大小及其在土中所占的百分比,
界限粒径 — 土性质改变的粒径尺寸
粒组 — 以界限粒径为依据, 根据其大小分为若干组
200 20 2 0.05 0.005 分界粒径
漂石 卵石 园砾 砂粒 粉粒 粘粒
块石 碎石
粗粒土（无粘性土）
(coarse-gained
soils/none-cohesive soil)
细粒土（粘性土）
(fine-gained soils/
cohesive soil)
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砂粒
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胶粒
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1.粒径级配的分析方法
筛分试验 sieve analysis test
d>0.1mm(d>0.074mm) 筛分法
d <0.1mm(d<0.074mm) 水分法 （ 比重计法 ）
12,粒径级配曲线 (Particle size distribution curve)
小于某粒径含 量
式中, G— 总称量,X— 筛余量
%100??G xG
粒径
小
于
某
粒
径
土
的
含
量
（%
）
d30d60 d10
图 1-1 土的粒径级配累计曲线
1 3,粒径级配累积曲线的应用
d60— 控制粒径
d30— 特征粒径
d10— 有效粒径
不均匀系数 (coefficient of uniformity)
均匀土 不均匀土
曲率系数 (coefficient of curature)：
表示连续性好,
判断 好级配土 (well-graded)：
10
60
d
dCu ?
5?Cu5.?Cu
1060
30 2
dd
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3~1?Cc
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（ 二 ） 土粒成分 （ Particle ingredient）
固体成分
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次生矿物
石英、长石、云母等原生矿物
矿物质
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OAI
1,粘土矿物的晶体结构和分类
The crystal structure and classification of clay minerals
粘土矿物：片状铝 — 硅酸晶体
The basic structural units of most clay minerals consist of
a silica tetrahedron(四面体 ) and an alumina octahedron (
正八面体 ).
分类,（ 依硅片和铅片的组叠形式的不同 ）
高岭石 （ ） (kaolinite) 1:1 亲水能力差
蒙特石 （ ） (montmorillonite)
2:1 亲水能力强
伊利石 （ ） (illite) 介于二者之间
2.粘土矿物的带电性质
利用电渗现象排水
O2H2 S ioOAl 2232 ??
OnH4 S ioOAl 2232 ??
O2H6 S iOO3 A lOK 22322 ???
片状粘土颗粒带负电的原因
?
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同晶型替换
吸附
离解
极性水分
子
阴极
电渗
水泵
原生矿物 — 颗粒粗, 呈粒状
次生矿物 — 颗粒细微, 多呈片状 （ plate-like） 或针状
(needle-shaped)
1,粘土比表面积 — 代表粘土特性的重要指标
2,颗粒形状重要意义, 磨圆度 — 粗糙度 — 与抗剪强度
指标有关 。
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二, 土中水
Water in soils
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重力水
毛细管水
自由水
弱结合水
强结合水
与土粒表面结合的水结合水
才能从矿物中析出土粒矿物内部的水结晶水
土中水
C1 0 5
0
（三）颗粒形状和比表面积
? ?
? ???
???
????
???
5102
412
2
2
?????
? ? ???
ucT
h c w
? ?0)( ??? ?受拉wc rhuc
（ 一 ） 结合水 (held water)
1 强 结合水 — 特性接近固体, 完全不能移动
2,弱结合水 — 粘滞水膜, 能发生变形, 但不因重力而
流动 （ 土产生塑性的原因 ）
（ 二 ） 自由水 (free water)
1.毛细水 (capillary water)
毛细管中的
负 静水压力h
c
uc
自由水面
毛细水中张力分布
+
-
（ 1-6）
2.重力水 (gravity water)
三, 土中气体 (air in soils)
① 吸附于土颗粒表面及溶于水的气体
② 与大气相通的气体 — 可以排出
③ 封闭性的气体 — 不可以排出
④ 存在有封闭气体的土, 称为橡皮土, 工程中决不允
许
第三节 土的物理状态
1.3 The Physical State of Soils
一、土的三相关系（ The three phase relationships of soils）
三相图 (Three phase diagram/skeletal diagram/ block diagram)
（二）确定三相量比例关系的基本试验指标
（ The basic test indexes for decide the scale relationship of
three phases）
1、土的密度（ bulk density）
aws
ws VVV mmVm ?? ????
??? 8.9???? gVmgVW
实验室：环刀法
容重（ unit weigt）
2、土粒比重（ specific gravity of the solid soil particles）
w
s
ws
s
V
mGs
?
?
? ???
3、土的含水量（ water content,or moisture content ）
100100( % ) ?????
s
w
s
w
m
mm
m
mw 实验室：烘干法
（三）确定三相量比例关系的其它指标
1,孔隙比 (The void ratio is the ratio of the volume of voids
to the volume of solids,i.e…)
s
V
V
Ve?
2,孔隙度 (The porosity is the ratio of the volume of voids
to the total volume of the soil,i.e…)
100(% ) ?? VVn V
3,饱和度 ( The degree of saturation is the ratio of the
volume of water to the total volume of void space,i.e…)
V
Wr VVS ?
The void ratio and the porosity are inter-related as follows:
e
en
n
ne
???? 1,1
4、饱和密度 For a fully saturated soil (Sr=1),saturated
density is:
5、干密度 For a completely dry soil (Sr=0),dry density
is:
WsWVss a t e
eG
V
Vm ???
?
????
1
Wssd e
G
V
m ??
??? 16,浮容度 When a soil in-situ is fully saturated the solid
soil particles(volume 1 unit,weight Gs?w) are subjected to
upthrust (?w),Hence the buoyant unit weight (?/) is given
by:
wswwswss e
G
e
G
V
Vm ?????
?
??
?
????
1
1
1
/i,e
wsat ??? ??/
三相指标的换算（表 1-5）
eV ?? 1
s
V
V
Ve?
ws
s
V
mGs
???
eVV ?
wss Gm ?? Ws mmm ??
WsW WGm ??
s
W
m
mw?
Vs VVV ??
1?sV
二、土的物理状态 (The physical state of soils)
（ 一 ） 粗粒土 （ 无粘性土 ） 的密实度
(The compactness of none-cohesive soil)
1,分类 (Classification)
无粘性土：
??
?
??
??
%502
%502
总重颗粒含量粒径砂土
总重颗粒含量粒径碎石
mm
mm
（ 1）砂土相对密度 ( relative density )
In the case of sands the relative density (Dr) is used to
express the relationship between the actual void ratio (e) and
the limiting values emax and emin,The relative density is
defined as:
m inm a x
m a xr ee eeD ???
(1-19)
3
1?
rD
3
231 ??
rD 32?rD疏松
中密 密实
(多用于填土方的质量控制 )
天然砂土的密实状态, 还可根据标贯试验 (standard
penetration test,STP )的锤击数 N来区别：
N≦ 10 松散
10<N≦ 15 稍密
15<N≦ 30 中密
N>30 密实
（ 2）碎石密实状态野外鉴别方法：
? ?
?
?
?
?
?
?
?
.,%60:
.,,%70~60:
.,%,70:
大部分不接触排列混乱稍密
空隙大大部分接触呈交错排列中密
连续接触颗粒交错排列总重固体颗粒含量骨架密实
（二）粘性土（细粒土）的稠度
The consistency of cohesive soils(fine-gained soils)
1.粘性土的稠度状态
The consistency state of cohesive soils
— 稠度, 土的软件硬程度或土对外力引起变形或破坏
的能力 。
图 1-20 土中水与稠度状态
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
)
,,(,,
),(,
)/(
w a t e rf r e e
w a t e rb o u n dw e a kw a t e rb o u n ds t r o n g
w a t e rb o u n dw e a kw a t e rb o u n ds t r o n g
w a t e rh e l dw a t e rb o u n ds t r o n g
自由水弱结合水强结合水流动状态
弱结合水强结合水可塑状态
强结合水固态和半固态
PW LW
%W
半固体 塑性状态 流动状态
2．界限含水量 (又称阿太堡界限 ) The Atterberg limits
Wp(plastic limit)— 试验室用搓条法 （ 经验法 ）
WL(elastic limit)— 在试验室用锥式园锥仪
3.液性指数 (The liquidity index)
工程上用以判别重塑土软硬程度
P
P
PL
PL I WWWW WWI ?????
表 1-7
坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑
4,塑性指数 （ plasticity index）
0IL ? 0.25I0 L ?? 0,7 5I0,2 5 L ?? 1I0.75 L ?? 1IL ?
PLP WWI ??
P
17I01 P ??
Ip是细粒土分类的依据 。
粘土 (clay)
粉质粘土（ silty clay）
（不代百分号）
17IP ?
第四节 土的结构
1.4 The structure of soils
决定土的性质的因素：
??
?
土的结构
物理状态土的组成,
一, 一, 粗粒土 （ 无粘性土 ） 的结构 （ The structure
of coarse-gained soils/none-cohesive soil）
单 粒结构 （ single-grained structure ）,
颗粒之间点与点的接触
二 二, 细粒土的结构,（ The structure of fine-gained
soils/cohesive soil）
受范德华力, 胶结作用力, 库仑力, 毛细压力
??
?
?
?
.,,,)(
)(,)(
各向同性性质均匀对扰动比较敏感具较大的孔隙结构凝聚片架
斥力为主各向异性密度较大结构片堆分散
The net inter- particle forces govern the structural form
assumed by clay mineral particles in a soil,the two extreme
structures are dispersed structure (分散结构 )and flocculent
structure （凝聚结构 ),The dispersed structure results
when there is net repulsion(净反力 ) between particles and
the flocculent structure when there is net attraction（净吸
力）,
图
三, 反映细粒土结构特性的两种性质
Two characteristics of fine- gained soils reflecting theirs
structural nature
（ 一 ） 粘性土的灵敏度 ( The sensitivity of cohesive soil)
u
ut qqS ?
— 原状土的无侧限抗压强度
— 具有与原状土相同密度和含水量并彻底破坏其结构
的重塑土的无侧限抗压强度
土的结构性 — 土的性质受结构扰动的影响而改变的特
性
uq
uq
21??St 42??St
4?St表 1-8 低灵敏 中灵敏 高灵敏
(二）粘性土的触变性 (thixotropy of cohesive soil)
含水量 不变，土因重塑而软化，又因静置而逐渐硬化
强度有所恢复的性质。
第五节 土的工程分类
1.5The engineering classification of soils
地基土的分类
分类目的：
?
?
?
确定地基的承载力
判断土的工程特性
)2(
)1(
The object of soil classification is to divide soils into groups
such that all the soils in particular group have similar
characteristics,by which they may be identified,and exhibit
Similar behavior in given engineering situation.
一、建筑地基基础设计规范分类
The classification of soils according to architecture
foundation design criterion
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
)/()6(
)()5(
),()4(
)()3(
)()2(
)()1(
s o i la r t i f i ca lf i l l
cl a y
mos i l t
s a n d
s t o n ecr u s h ed
r o ck
人工填土
粘土
粉土
砂土
碎石土
岩石
(一 ） 岩石 (rock)
分类
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
cm
cm
cm
M P a
M P a
c
c
20
20
50
30
30
颗粒强风化
颗粒中风化
颗粒微风化
风化程度
软质岩
硬质岩
坚固性
?
?
（二）碎石土 (crushed stone)
??
??
?
?
?
?
?
??
??
?
??
??
?
mmd
mmd
mmd
2
20
200
)(
)(
)(
级配
棱角形
亚圆
圆形
角砾园砾
碎石卵石
块石漂石 大于颗粒总重的 50%
（三）砂土 (sand)
Sr%50?rS 8050 ?? rS rS?80
稍湿 很湿 饱和
(按湿度分 )
(四 )粉土 (silt)
??
?
??
?
%500 7 5.0
10
含量mmd
I P
??
??
?
粘粒
粉粒
砂粒
10IP ?
??
?
??
?
)(1710
)(17
c lays ityI
c layI
P
P 粉质粘土粘土
粉土 粉土
（ 五 ） 粘土 (clay)
1.分类
2.按工程地质特征分
(according to engineering geological character)
（ 1） 一般粘土 (clay)：第四纪沉积物压缩性低, 强度较高,
良好的地基 。
（ 2） 淤泥和淤泥质土 (muck and mucky soil),软弱土, 不
好地基 （ 处理 ）
（ 3） 红粘土 (red clay),裂隙发育 （ 特殊土 ）
（ 六 ） 人工填土 (fill/artificial soil)
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
土水力冲填泥砂形成的填冲填土
慎重
生活垃圾
工业废料
杂填土
压实填土分层夯实
粘土
粉土
砂土
碎石土
素填土
:)()3(
)()2(
)(
)(
)(
)()1(
f i l ld r ed g er
f i l lo u sm i s ce l l a n e
cl a y
s i l t
s a n d
f i l lp l a i n
式中,Ip—— 土的塑性指数
p0.002—— 粒径 <0.002mm颗粒的质量占总质量的百分比,
A<0.75 非常性粘土
A=0.75~1.25 正常粘土
A>1.25 活性粘土
反映粘土矿物吸附结合水的能力
二、细粒土的活性指数
0,0 0 2
P
P
IA ?
第六节 土的压实性
1.6 Soil Compaction
Compaction is the process of increasing the density of a
soil by packng the particles closer together with a reduction
in the volume of air, the volume of water remains
unchanged,
压实目的 (Target of compaction )
?
?
?
?
?
?
?
)()4(
)()3(
)()2(
)()1(
s t r e n g t hi n c r e a s eto
l i t yc o m p e s s i b ir e d u c eto
typ e r m e a b i l ir e d u c eto
d e n s i t yi n c r e a s eto
土的强度提高
压缩性减小
减小透水性
增加土的密实度
一、细粒土的压实性
The Compaction of fine-grained soils
（ 一 ） 最优含水量和最大干密度理论曲线：
The optimum water content and the maximum dry density
试验表明,约在土的塑限 附近
s
ws
d m a x G0, 0 1 w1
Gρ
??
?? ?
opw
pw
对应的干密度为最大干密度的原因,
（ 1） w<wop（ 颗粒表面的水膜很薄 ） 土偏干,土粒之间
存在着强结合水, 土粒间电分子引力较大, 击实时土粒
难于移动, 击实时土粒难于移动, 击实效果差 。
（ 2） w> wop土偏湿, 土粒中存在大量的自由水, 在击
实过程中不易很快的排除, 这阻止了颗粒的靠扰, 因引
击实效果差 。
（ 3） w=wop w= wop颗粒间存在部分的强结合水, 部分
的弱结合水, 弱结合水在击实过程中起到润滑作用, 因
而击实效果好 。 （ 二 ） 压实功能的影响
The influence of compactive efforts
同一种土,wop随 E而变 w> wop,w↑E的影响 ↓ （
三 ） 填土的含水量和辗压标准的控制
The standard of field compaction is controlled by
means of frequent measurements of the bulk density and
water content of newly-compacted soil.
（ 1） w< wop 土均匀, 强度较高, 较脆硬, 不易
压密, 但浸水时容易产生附加沉降 。
（ 2） w>wop 可塑性大, 但强度较低, 且具不等向
性
cD
压实度,Ⅰ,Ⅱ 95~98% 土石坝 (earth and stone bankment)
Ⅲ ~Ⅴ 92~95%
控制,wop± (2~3)%
二, 粗粒土的压实性：
The Compaction of coarse-grained soils
完全干燥或者充分洒水饱和的情况下容易压实到
压实标准一般用相对密度 Dr控制：
Dr, 0.7~0.75
dmaxρ
