2010-5-15土力学讲座系列四
1
无粘性土的相对密实度和
粘性土的稠度及土的压实性
华北水利水电学院土力学课程组
2010-5-15土力学讲座系列四
2
无粘性土的相对密实度
? 对无粘性土来说，土体的松密程度对土
的工程性质影响很大。
? 土的密实程度越高，压缩性越小，其工
程特性越好；
? 土的密实程度越低，压缩性越大，其工
程特性越差。
? 描述土的松紧程度的指标有干密度和孔
隙比，密实度在一定程度上可用其孔隙
比来反映
2010-5-15土力学讲座系列四
3
无粘性土的相对密实度
? 无粘性土的孔隙比的范围受土粒的大小、
形状和级配的影响很大。因此即便两种
无粘性土具有同样的孔隙比也未必表明
他们处于同样的状态。
? 在工程上一般用相对密实度 Dr来衡量无
粘性土的松紧程度。它是用无粘性土自
身最松和最密两种极限状态作为判别的
基准。
2010-5-15土力学讲座系列四
4
相对密实度 Dr
? 定义（理论表达式）
m i nm a x
0m a x
ee
ee
D r
?
?
?
? 定义（实用表达式）
? ?
? ? ddd
ddd
rD ???
???
m i nm a x
m a xm i n
?
??
emax无粘性土处于最松状态时的
孔隙比，可由其最小干密度换算
emin无粘性土处于最密状态时的
孔隙比，可由其最大干密度换算
e0无粘性土的天然孔隙比或填筑
孔隙比
ρdmax无粘性土的最大干密度
ρdmin无粘性土的最小干密度
ρd无粘性土的天然干密度或填
筑干密度
2010-5-15土力学讲座系列四
5
相对密实度 Dr
1?rD m i nee ? 无粘性土处于最密实的状态
0?rD m a xee ?
无粘性土处于最紧密的状态
在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：
310 ?? rD 3231 ?? rD 132 ?? rD
疏松 中密 密实
2010-5-15土力学讲座系列四
6
粘性土的稠度
? 定义：
指粘性土在某一含水率下对外界引
起的变形或破坏的抵抗能力, 是粘性土
最主要的物理状态指标 。
2010-5-15土力学讲座系列四
7
粘性土的稠度
2010-5-15土力学讲座系列四
8
粘性土的稠度
流动状态 可塑状态
固体状态
半固体状态
刚沉积的粘土，
本身不能保持其
形态，极易流动
外力作用可改变其形状，而
不改变其体积，并在外力卸
除后仍能保持已获得的形状
水分蒸发，上覆沉积
层厚度增加，含水率
减小，体积收缩
含水率减小,丧失可塑
性, 在外力作用下,
易于发生破裂
体积不再收
缩，空气进
入土体，土
的颜色变淡
2010-5-15土力学讲座系列四
9
粘性土的稠度
? 粘性土从一种状态转变为另一状态，可用某
一界限含水率来区分，稠度界限（阿太堡）
Atterberg界限
定义：
2010-5-15土力学讲座系列四
10
粘性土的稠度
液限 流动状态与可塑状态的界限含水率，可塑状态的
上限含水率
塑限 可塑状态与半固体状态的界限含水率，可塑状态的
下限含水率
缩限 半固体状态与固体状态的界限含水率，即粘性土随
着含水率的减小而体积开始不变的含水率。
Lw
Pw
sw
2010-5-15土力学讲座系列四
11
粘性土的稠度
? 粘性土从一种状态转变为另外一种状态
是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前
工程上只是根据某些通用的试验方法测
定这些界限含水率。
2010-5-15土力学讲座系列四
12
塑限测定方法：
? 搓滚法和液塑限联合测定法
2010-5-15土力学讲座系列四
13
塑限测定方法：
搓滚法,调制均匀的湿图样, 在毛玻璃上
搓滚成 3毫米直径的土条, 若这个时刻恰好
出现裂缝, 就把土条的含水率定为塑限
液塑限联合测定法,取代表性试样, 加入
不同数量的纯水, 调制成三种不同稠度的
试样, 用电磁落锥测定圆锥在自重作用下
经 5秒后沉入试样的深度 。 以含水率为横坐
标, 圆锥入土深度为纵坐标, 在双对数纸
上绘制关系曲线 。 入土深度 2毫米所对应的
含水率为塑限 。
2010-5-15土力学讲座系列四
14
液限测定方法：
液塑限联合测定法：
,土工试验方法标准, （ GB/T50123-
1999） 规定入土深度恰好为 17毫米所对
应的含水率为 17毫米液限, 入土深度恰
好为 10毫米所对应的含水率为 10毫米液
限 。
液塑限联合测定法和碟式仪法
2010-5-15土力学讲座系列四
15
液限测定方法：
2010-5-15土力学讲座系列四
16
液限测定方法：
2010-5-15土力学讲座系列四
17
缩限测定方法：收缩皿法
? 把土料的含水率调制到大于土的液限，
然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表
面，烘干，测出干土样的体积并称量至
0.1克，按下式计算
1 0 021 ?
?
?? w
s
s m
VV
ww ?
2010-5-15土力学讲座系列四
18
塑性指数
? 液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）
成为塑性指数
pI
塑性指数表示处于可塑状态时土的含水率可变化幅度。
塑性指数越大，可塑状态含水率变化范围也大。塑性指
数是反映粘性土性质的一个综合性指标。一般地，塑性
指数越高，土的粘粒含量越高，所以常常用作粘性土地
分类指标
2010-5-15土力学讲座系列四
19
液性指数
P
P
PL
P
L I
ww
ww
ww
I
?
?
?
?
?
粘性土即使具有相同的含水率, 也未必处于同样的状态,
与无粘性土的相对密实度相似, 粘性土的状态用液性指数
来判别 。
液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对
关系，表达了天然土所处的状态。
2010-5-15土力学讲座系列四
20
判定
Pww ?
0?LI
土处于坚硬状态
LP www ??
0.10 ?? LI
土处于可塑状态
ww L ?
0.1?LI
土处于流动状态
2010-5-15土力学讲座系列四
21
注意
? 由于液限和塑限目前都是用扰动土测定
的, 土的结构已彻底破坏, 而天然土一
般在自重作用已有很长的历史, 它获得
了一定的结构强度, 以至于土的天然含
水率大于它的液限也未必一定会发生流
动 。 含水率大于液限只是意味着：若土
的结构遭到破坏, 它将转变为粘滞泥浆 。
2010-5-15土力学讲座系列四
22
土的压实性
? 人们很早就用土作为建筑材料, 而且知
道要把松土击实 。 公元前 200多年, 我
国秦朝修筑驰实 （ 行车大道 ）, 就有用
,铁锥筑土坚实, 的记载, 说明那时人
们已经认识到土的密度和土的工程特性
有关 。
2010-5-15土力学讲座系列四
23
土的压实性
? 土的压实性指在一定的含水率下, 以人工或
机械的方法, 使土体能够压实到某种密实程
度的性质 。
? 土工建筑物, 如土坝, 土堤及道路填方是用
土作为建筑材料填筑而成, 为了保证填土有
足够的强度, 较小的压缩性和透水性 。 在施
工中常常需要压密填料, 以提高土的密实度
和均匀性 。 填土的密实度常以其干密度来表
示 。
? 在实验室内研究土的密实性是通过击实试验
进行的 。
2010-5-15土力学讲座系列四
24
击实试验
轻型：粒径小于 5毫米
重型：粒径小于 40毫米
3947 cmV ? KgG 5.2?
cmH 5.30?
25下，分三层击实
32104 cmV ? KgG 5.4?
cmH 7.45?
56下，分 5层击实
2010-5-15土力学讲座系列四
25
击实仪
2010-5-15土力学讲座系列四
26
影响土的压实性的因素
? 含水率的影响
? 对同一种土料, 分别在不同的
含水率下, 用同一击数将他们
分层击实, 测定土样的含水率
和密度, 然后以含水率为横坐
标, 干密度为纵坐标, 绘制击
实曲线 。
? 从图中可以看出, 当含水率较
小时, 土的干密度随着含水率
的增加而增大, 而当干密度增
加到某一值后, 含水率继续增
加反而使干密度减小 。 干密度
的这一最大值称为该击数下的
最大干密度, 此时对应的含水
率称为最优含水率 。
2010-5-15土力学讲座系列四
27
影响土的压实性的因素
? 击实功能的影响
1,实验室中的击实功能是用击数来反映的, 对
同一种土, 压实功能小, 则能达到的最大干
密度也小, 最优含水率大； 压实功能大, 则
能达到的最大干密度也大, 最优含水率小
2,用同一种土料在不同含水率下分别用不同的
击数进行击实试验, 就能得到一组随击数而
异的含水率与干密度关系曲线 。
2010-5-15土力学讲座系列四
28
影响土的压实性的因素
1,土料的最大干密度和最
优含水率不是常数。最大干
密度随击数的增加而逐渐增
大，最优含水率则逐渐减小。
但是这种增大或减小的速率
是递减的，因而光靠增加击
实功能来提高土的干密度是
有一定限度的 。
2,含水率较低时击数的影响显著。当含水率较高时，含水率与干密度
的关系曲线趋近于饱和线，也就是说，这时提高击实功能是无效的。填
料的含水率过高和过低都是不利的，过高恶化土体的力学性质，过低则
填土遇水后容易引起湿陷。
2010-5-15土力学讲座系列四
29
影响土的压实性的因素
? 土类和级配的影响
? 同样的含水率情况下, 粘性土
的粘粒含量越高或塑性指数越
大, 越难于压实
? 对于无粘性土, 含水率对压实
性的影响没有像粘性土那么敏
感, 其击实曲线与粘性土是不
同的, 在含水率较大时得到较
高的干密度 。 因此在无粘性土
的实际填筑中, 同时需要不断
洒水使其在较高含水率下压实 。
无粘性土的填筑标准, 通常是
用相对密实度来控制的, 一般
不进行击实试验
? 级配良好的土易于压实, 反之
则不易压实
2010-5-15土力学讲座系列四
30
影响土的压实性的因素
? 粗粒含量的影响
? 由于击实仪尺寸的限
制, 实际试验中可能
剔除超出粒径的部分,
然后进行试验 。 这样
测得的最大干密度和
最有含水率与实际土
料在相同击实功能下
的最大干密度和最有
含水率不同 。 对于轻
型击实试验, 可按下
式修正
5
5
m a x
5
m a x 1
1
swd
d
G
PP
??
?
?
?
??
? ? 551 PwPww abopop ????
1
无粘性土的相对密实度和
粘性土的稠度及土的压实性
华北水利水电学院土力学课程组
2010-5-15土力学讲座系列四
2
无粘性土的相对密实度
? 对无粘性土来说，土体的松密程度对土
的工程性质影响很大。
? 土的密实程度越高，压缩性越小，其工
程特性越好；
? 土的密实程度越低，压缩性越大，其工
程特性越差。
? 描述土的松紧程度的指标有干密度和孔
隙比，密实度在一定程度上可用其孔隙
比来反映
2010-5-15土力学讲座系列四
3
无粘性土的相对密实度
? 无粘性土的孔隙比的范围受土粒的大小、
形状和级配的影响很大。因此即便两种
无粘性土具有同样的孔隙比也未必表明
他们处于同样的状态。
? 在工程上一般用相对密实度 Dr来衡量无
粘性土的松紧程度。它是用无粘性土自
身最松和最密两种极限状态作为判别的
基准。
2010-5-15土力学讲座系列四
4
相对密实度 Dr
? 定义（理论表达式）
m i nm a x
0m a x
ee
ee
D r
?
?
?
? 定义（实用表达式）
? ?
? ? ddd
ddd
rD ???
???
m i nm a x
m a xm i n
?
??
emax无粘性土处于最松状态时的
孔隙比，可由其最小干密度换算
emin无粘性土处于最密状态时的
孔隙比，可由其最大干密度换算
e0无粘性土的天然孔隙比或填筑
孔隙比
ρdmax无粘性土的最大干密度
ρdmin无粘性土的最小干密度
ρd无粘性土的天然干密度或填
筑干密度
2010-5-15土力学讲座系列四
5
相对密实度 Dr
1?rD m i nee ? 无粘性土处于最密实的状态
0?rD m a xee ?
无粘性土处于最紧密的状态
在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：
310 ?? rD 3231 ?? rD 132 ?? rD
疏松 中密 密实
2010-5-15土力学讲座系列四
6
粘性土的稠度
? 定义：
指粘性土在某一含水率下对外界引
起的变形或破坏的抵抗能力, 是粘性土
最主要的物理状态指标 。
2010-5-15土力学讲座系列四
7
粘性土的稠度
2010-5-15土力学讲座系列四
8
粘性土的稠度
流动状态 可塑状态
固体状态
半固体状态
刚沉积的粘土，
本身不能保持其
形态，极易流动
外力作用可改变其形状，而
不改变其体积，并在外力卸
除后仍能保持已获得的形状
水分蒸发，上覆沉积
层厚度增加，含水率
减小，体积收缩
含水率减小,丧失可塑
性, 在外力作用下,
易于发生破裂
体积不再收
缩，空气进
入土体，土
的颜色变淡
2010-5-15土力学讲座系列四
9
粘性土的稠度
? 粘性土从一种状态转变为另一状态，可用某
一界限含水率来区分，稠度界限（阿太堡）
Atterberg界限
定义：
2010-5-15土力学讲座系列四
10
粘性土的稠度
液限 流动状态与可塑状态的界限含水率，可塑状态的
上限含水率
塑限 可塑状态与半固体状态的界限含水率，可塑状态的
下限含水率
缩限 半固体状态与固体状态的界限含水率，即粘性土随
着含水率的减小而体积开始不变的含水率。
Lw
Pw
sw
2010-5-15土力学讲座系列四
11
粘性土的稠度
? 粘性土从一种状态转变为另外一种状态
是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前
工程上只是根据某些通用的试验方法测
定这些界限含水率。
2010-5-15土力学讲座系列四
12
塑限测定方法：
? 搓滚法和液塑限联合测定法
2010-5-15土力学讲座系列四
13
塑限测定方法：
搓滚法,调制均匀的湿图样, 在毛玻璃上
搓滚成 3毫米直径的土条, 若这个时刻恰好
出现裂缝, 就把土条的含水率定为塑限
液塑限联合测定法,取代表性试样, 加入
不同数量的纯水, 调制成三种不同稠度的
试样, 用电磁落锥测定圆锥在自重作用下
经 5秒后沉入试样的深度 。 以含水率为横坐
标, 圆锥入土深度为纵坐标, 在双对数纸
上绘制关系曲线 。 入土深度 2毫米所对应的
含水率为塑限 。
2010-5-15土力学讲座系列四
14
液限测定方法：
液塑限联合测定法：
,土工试验方法标准, （ GB/T50123-
1999） 规定入土深度恰好为 17毫米所对
应的含水率为 17毫米液限, 入土深度恰
好为 10毫米所对应的含水率为 10毫米液
限 。
液塑限联合测定法和碟式仪法
2010-5-15土力学讲座系列四
15
液限测定方法：
2010-5-15土力学讲座系列四
16
液限测定方法：
2010-5-15土力学讲座系列四
17
缩限测定方法：收缩皿法
? 把土料的含水率调制到大于土的液限，
然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表
面，烘干，测出干土样的体积并称量至
0.1克，按下式计算
1 0 021 ?
?
?? w
s
s m
VV
ww ?
2010-5-15土力学讲座系列四
18
塑性指数
? 液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）
成为塑性指数
pI
塑性指数表示处于可塑状态时土的含水率可变化幅度。
塑性指数越大，可塑状态含水率变化范围也大。塑性指
数是反映粘性土性质的一个综合性指标。一般地，塑性
指数越高，土的粘粒含量越高，所以常常用作粘性土地
分类指标
2010-5-15土力学讲座系列四
19
液性指数
P
P
PL
P
L I
ww
ww
ww
I
?
?
?
?
?
粘性土即使具有相同的含水率, 也未必处于同样的状态,
与无粘性土的相对密实度相似, 粘性土的状态用液性指数
来判别 。
液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对
关系，表达了天然土所处的状态。
2010-5-15土力学讲座系列四
20
判定
Pww ?
0?LI
土处于坚硬状态
LP www ??
0.10 ?? LI
土处于可塑状态
ww L ?
0.1?LI
土处于流动状态
2010-5-15土力学讲座系列四
21
注意
? 由于液限和塑限目前都是用扰动土测定
的, 土的结构已彻底破坏, 而天然土一
般在自重作用已有很长的历史, 它获得
了一定的结构强度, 以至于土的天然含
水率大于它的液限也未必一定会发生流
动 。 含水率大于液限只是意味着：若土
的结构遭到破坏, 它将转变为粘滞泥浆 。
2010-5-15土力学讲座系列四
22
土的压实性
? 人们很早就用土作为建筑材料, 而且知
道要把松土击实 。 公元前 200多年, 我
国秦朝修筑驰实 （ 行车大道 ）, 就有用
,铁锥筑土坚实, 的记载, 说明那时人
们已经认识到土的密度和土的工程特性
有关 。
2010-5-15土力学讲座系列四
23
土的压实性
? 土的压实性指在一定的含水率下, 以人工或
机械的方法, 使土体能够压实到某种密实程
度的性质 。
? 土工建筑物, 如土坝, 土堤及道路填方是用
土作为建筑材料填筑而成, 为了保证填土有
足够的强度, 较小的压缩性和透水性 。 在施
工中常常需要压密填料, 以提高土的密实度
和均匀性 。 填土的密实度常以其干密度来表
示 。
? 在实验室内研究土的密实性是通过击实试验
进行的 。
2010-5-15土力学讲座系列四
24
击实试验
轻型：粒径小于 5毫米
重型：粒径小于 40毫米
3947 cmV ? KgG 5.2?
cmH 5.30?
25下，分三层击实
32104 cmV ? KgG 5.4?
cmH 7.45?
56下，分 5层击实
2010-5-15土力学讲座系列四
25
击实仪
2010-5-15土力学讲座系列四
26
影响土的压实性的因素
? 含水率的影响
? 对同一种土料, 分别在不同的
含水率下, 用同一击数将他们
分层击实, 测定土样的含水率
和密度, 然后以含水率为横坐
标, 干密度为纵坐标, 绘制击
实曲线 。
? 从图中可以看出, 当含水率较
小时, 土的干密度随着含水率
的增加而增大, 而当干密度增
加到某一值后, 含水率继续增
加反而使干密度减小 。 干密度
的这一最大值称为该击数下的
最大干密度, 此时对应的含水
率称为最优含水率 。
2010-5-15土力学讲座系列四
27
影响土的压实性的因素
? 击实功能的影响
1,实验室中的击实功能是用击数来反映的, 对
同一种土, 压实功能小, 则能达到的最大干
密度也小, 最优含水率大； 压实功能大, 则
能达到的最大干密度也大, 最优含水率小
2,用同一种土料在不同含水率下分别用不同的
击数进行击实试验, 就能得到一组随击数而
异的含水率与干密度关系曲线 。
2010-5-15土力学讲座系列四
28
影响土的压实性的因素
1,土料的最大干密度和最
优含水率不是常数。最大干
密度随击数的增加而逐渐增
大，最优含水率则逐渐减小。
但是这种增大或减小的速率
是递减的，因而光靠增加击
实功能来提高土的干密度是
有一定限度的 。
2,含水率较低时击数的影响显著。当含水率较高时，含水率与干密度
的关系曲线趋近于饱和线，也就是说，这时提高击实功能是无效的。填
料的含水率过高和过低都是不利的，过高恶化土体的力学性质，过低则
填土遇水后容易引起湿陷。
2010-5-15土力学讲座系列四
29
影响土的压实性的因素
? 土类和级配的影响
? 同样的含水率情况下, 粘性土
的粘粒含量越高或塑性指数越
大, 越难于压实
? 对于无粘性土, 含水率对压实
性的影响没有像粘性土那么敏
感, 其击实曲线与粘性土是不
同的, 在含水率较大时得到较
高的干密度 。 因此在无粘性土
的实际填筑中, 同时需要不断
洒水使其在较高含水率下压实 。
无粘性土的填筑标准, 通常是
用相对密实度来控制的, 一般
不进行击实试验
? 级配良好的土易于压实, 反之
则不易压实
2010-5-15土力学讲座系列四
30
影响土的压实性的因素
? 粗粒含量的影响
? 由于击实仪尺寸的限
制, 实际试验中可能
剔除超出粒径的部分,
然后进行试验 。 这样
测得的最大干密度和
最有含水率与实际土
料在相同击实功能下
的最大干密度和最有
含水率不同 。 对于轻
型击实试验, 可按下
式修正
5
5
m a x
5
m a x 1
1
swd
d
G
PP
??
?
?
?
??
? ? 551 PwPww abopop ????
