最新土的物理力学性质及其指标
1.3土的物理状态指标解析
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。
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。
wL
wP
ws
土力学讲座系列四
10 2024/7/7
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。
土力学讲座系列四
11 2024/7/7
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
Ip
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
土力学讲座系列四
18 2024/7/7
液性指数
IL
w wP wL wP
w wP IP
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。
土力学讲座系列四
19 2024/7/7
判定
w wP IL 0
土力学讲座系列四
土的经验参数（物理指标、压缩、变形模量、剪切强度）
⼟的经验参数（物理指标、压缩、变形模量、剪切强度）有关⼟的经验参数⼀、原状⼟物理性质指标变化范围原状⼟物理性质指标变化范围，见表3-3-28。
注：粘砂⼟3＜I p≤7；砂粘⼟7＜I p≤17⼆、⼟的平均物理、⼒学性质指标，见表3-3-29。
⼟的平均物理、⼒学性质指标，见表3-3-29。
注：①平均⽐重采取：砂——2.66；粘砂⼟——2.70；砂粘⼟——2.71；粘⼟——2.74；②粗砂和中砂的E 0值适⽤于不均匀系数C u = = 3者，当C u ＞5时应按表中所列值减少。
C u 为中间值时E 0 值按内插法确定；③对于地基稳定计算，采⽤⼈摩擦⾓φ的计算值低于标准值2°。
1060d d 32三、⼟的压缩模量⼀般范围值⼟的压缩模量⼀般范围值，见表3-3-3-。
注：砂粘⼟7＜I p≤7；粘⼟I p＞17四、粘性⼟剪强度参考值粘性⼟抗剪强度参考值，见表3-3-31。
注：粘砂⼟3＜I p≤7；砂粘⼟7＜I p≤7；粘⼟I p＞17五、⼟的侧压⼒系数（ξ）和泊松⽐（u）参考值注：粘⼟I p＞17；粉质粘⼟10＜I p≤17；I p≤10五、变形模量于压缩模量的关系变形模量E0是指⼟体在⽆侧限条件下应⼒与应变之⽐，其中的应变包含弹性应变和塑性应变两部分。
因此，变形模量较弹性模量E⼩，通常在⼟与基础的共同作⽤分析中⽤变形模量E。
变形模量⼀般是通过现场载荷试验确定，⼀些地⽅通过静⼒触探、标贯试验与变形模量建⽴了经验公式。
压缩模量Es是在侧限条件下应⼒与应变的⽐值，是通过室内试验获取的参数。
两者的关系：对于软⼟E0近似等于Es；较硬⼟层，E0=βEs，β=2～8，⼟愈坚硬，倍数愈⼤。
4.3 土的物理力学性质及其指标
E0 = βEs
其中
β＝1－12－μμ2
土的泊松比， 一般0~0.5之 间
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度
⑴ 土的强度破坏类型
基础
滑动面
滑动面
挡 土 墙
滑动面
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度 ⑵ 直接剪切试验
试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度 ⑶ 粘性土、无粘性土的抗剪强度
修正后
密实度
松散
稍密
中密
密实
按N评定砂石密实度 N≤10 10＜N≤15 15＜N≤30 N＞30
按N63.5评定碎石土密实度 N63.5≤5 5＜N63.5≤10 10＜N63.5≤20 N63.5＞20
三、粘性土的物理特征
1. 粘性土的稠度状态
土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土 最主要的物理状态特征
0 缩限ωs
塑限ωP
液限ωL
ω
固态
半固态
可塑状态
流动状态
粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的稠度界限
液、塑限的测定 测定液限的方法：锥式液限仪、碟式液限仪和液塑限联合测定仪。 测定塑限的方法：搓条法和液塑限联合测定仪。 测定缩限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。
三、粘性土的物理特征
= ms Vs ρω
=
ρs ρω
土粒相对密度变化范围不大：细 粒土（粘性土）一般2.70～2.75； 砂土一般为2.65左右。土中有机 质含量增加，土粒相对密度减小
一、土的三相及三相比例指标
2. 直接指标
质量m 气 水
Vw Va
体积V
土的力学性质指标
土的力学性质指标1 .压缩系数土的压缩性通常用压缩系数（或压缩模量）来表示，其值由原状土的压缩试验确定。
压缩系数按下式计算：a =1000 1- （6-1）P i - p?式中1000——单位换算系数；a -- 土的压缩系数（MPa-1）;P1、P2 ------- 固结压力（kPa）：ei、e? ------ 相对应于p1、P2时的孔隙比。
评价地基压缩性时，按P1为100kPa, p?为200kPa,相应的压缩系数值以a1-2 划分为低、中、高压缩性，并应按以下规定进行评价：（1）当a1-2v0.1MPa-1时，为低压缩性土；（2）当0.1 w a1-2V 0.5MPa-1时，为中压缩性土；（3）当a1-2>0.5MPa-1时，为高压缩性土。
2 .压缩模量工程上也常用室内试验求压缩模量E s作为土的压缩性指标。
压缩模量按下式计算：E s=L—宜（6-2）a式中Es――土的压缩模量（MPa）;e0 土的天然（自重压力下）孔隙比；a――从土的自重应力至土的自重加附加应力段的压缩系数（MPa-1）用压缩模量划分压缩性等级和评价土的压缩性可按表6-4规定。
地基土按E s值划分压缩性等级的规定表6-47.6~11 中压缩性 11.1~15中低压缩性 > 15低压缩性3 .抗剪强度土在外力作用下抵抗剪切滑动的极限强度，一般用室内直剪、原位直剪、三 轴剪切试验、十字板剪切试验、野外标准贯入、动力触探、静力触探等试验方法 进行测定。
它是评价地基承载力、边坡稳定性、计算土压力的重要指标。
（1） 抗剪强度计算土的抗剪强度一般按下式计算：T = er • tg ©+ c （6-3）式中T f ——土的抗剪强度（kPa ）；e ――作用于剪切面上的法向应力（kPa ）；4）——土的内摩擦角（° ,剪切试验法向应力与剪应力曲线的切线倾斜角； c 土的粘聚力（kPa ）,剪切试验中土的法向应力为零时的抗剪强度， 砂类土 C = 0o（2） 土的内摩擦角©和粘聚力c 的求法同一土样切取不少于4个环刀进行不同垂直压力作用下的剪力试验后，用相 同的比例尺在坐标纸上绘制抗剪强度 T 与法向应力e 的相关直线，直线交T 值的 截距却为土的粘聚力C,砂土的C=0，直线的倾斜角即为土的内摩擦角切，见图 6-1 o图6-1抗剪强度与法向应力的关系曲线02cr (MPa) {&}(a) 粘性土； ( b)砂土4 .土的力学性质指标的经验参考数据粘性土力学性质指标的经验数据土的力学指标经验数据范围参考值。
土力学第五讲
测定emax、 emin时人为因素影响较大
Dr 主要应用于填方质量的控制，对于天然土尚难应用
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11
现场试验法
标准贯入试验
静力触探试验 63.5kg的钢锤，提升76cm，使 贯入器贯入土中30cm所需要的 锤击数N63.5－－标准贯入试验（先
打入土中15cm不计数） 砂类土的密实度
2
换算关系式推导
md ( 1 + w ) r d r r s w s w r = = ? V 1 + e 1 + e ( 1 + w )
干密度计算：
md r r 1 r r s sw d d r = = = Þ = = d V1 + e1 + w 1 + ed r r sw s
孔隙比：
d ( 1 + w ) r d r r s w s w e = -1e = -1 =s-1 r r r d d
同样的e=0.35，对砂1处于最密实状态，而对砂2未达到最密实。 缺点：用一个指标e无法反映土的粒径级配的因素 华北电力大学 可再生能源学院
9
方法的评价 优点：应用方便简捷 缺点：无法反映土的粒径级配的好与坏
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相对密实度法
emax e Dr emax emin
2．分类 根据土的密实度进行划分，粉土的密实度以孔隙比为划分标准：e≥0.85为稍密； 0.7≤e<0.85为中密；e＜0.7为密实。
3．工程性质 粉土的性质介于砂类土与粘性土之间。它既不具有砂土透水性大、容易 排水固结、抗剪强度较高的优点，又不具有粘性土防水性能好、不易被水
冲蚀流失、具有较大粘聚力的优点。在许多工程问题上，表现出较差的性
土的力学性质指标
土的力学性质指标1．压缩系数土的压缩性通常用压缩系数（或压缩模量）来表示，其值由原状土的压缩试验确定。
压缩系数按下式计算：21211000p p e e a --⨯= （1-1） 式中 1000——单位换算系数；a ——土的压缩系数（MPa -1）；p 1、p 2——固结压力（kPa ）：e 1、e 2——相对应于p 1、p 2时的孔隙比。
评价地基压缩性时，按p 1为100kPa ，p 2为200kPa ，相应的压缩系数值以a 1-2划分为低、中、高压缩性，并应按以下规定进行评价：（1）当a 1-2＜0.1MPa -1时，为低压缩性土；（2）当0.1≤a 1-2＜0.5MPa -1时，为中压缩性土；（3）当a 1-2≥0.5MPa -1时，为高压缩性土。
2．压缩模量工程上也常用室内试验求压缩模量E s 作为土的压缩性指标。
压缩模量按下式计算：ae E s 01+= （1-2） 式中 Es ——土的压缩模量（MPa ）；e 0——土的天然（自重压力下）孔隙比；a ——从土的自重应力至土的自重加附加应力段的压缩系数（MPa -1）。
用压缩模量划分压缩性等级和评价土的压缩性可按表1-1规定。
地基土按E s 值划分压缩性等级的规定 表1-13．抗剪强度土在外力作用下抵抗剪切滑动的极限强度，一般用室内直剪、原位直剪、三轴剪切试验、十字板剪切试验、野外标准贯入、动力触探、静力触探等试验方法进行测定。
它是评价地基承载力、边坡稳定性、计算土压力的重要指标。
（1）抗剪强度计算土的抗剪强度一般按下式计算：τf＝σ·tgφ＋c（1-3）式中τf——土的抗剪强度（kPa ）；σ——作用于剪切面上的法向应力（kPa）；φ——土的内摩擦角（°），剪切试验法向应力与剪应力曲线的切线倾斜角；c——土的粘聚力（kPa），剪切试验中土的法向应力为零时的抗剪强度，砂类土c＝0。
（2）土的内摩擦角φ和粘聚力c的求法同一土样切取不少于4个环刀进行不同垂直压力作用下的剪力试验后，用相同的比例尺在坐标纸上绘制抗剪强度τ与法向应力σ的相关直线，直线交τ值的截距却为土的粘聚力c，砂土的c=0，直线的倾斜角即为土的内摩擦角切，见图6-1。
土的基本物理性质指标
指标名称
符号
单位
物理意义
表达式
附注
密度
ρ
t/m3
单位体积土的质量，又称质量密度
由试验方法（一般用环刀法）直接测定
重度
γ
kN/m3
单位体积土所受的重力，又称重力密度
由试验方法测定后计算求得
相对密度
ds
土粒单位体积的质量与4℃时蒸馏水的密度之比
由试验方法（用比重瓶法）测定
干密度
ρd
t/m3
土的单位体积内颗粒的重量
由试验方法测定后计算求得
干重度
γd
kN/m3
土的单位体积内颗粒的重力
由试验方法直接测定
含水量
w
%
土中水的质量与颗粒质量之比
由试验方法（烘干法）测定
饱和密度
ρsat
t/m3
土中孔隙完全被水充满时土的密度
由计算求得
饱和重度
γsat
kN/m3
土中孔隙号单位物理意义表达式附注密度tm3单位体积土的质量又称质量密度由试验方法一般用环刀法直接测定由试验方法测定后计算求得重度knm3单位体积土所受的重力又称重力密度土粒单位体积的质量与4时蒸馏水的密度之比相对密度ds由试验方法用比重瓶法测定干密度dtm3土的单位体积内颗粒的重量由试验方法测定后计算求得由试验方法直接测定由试验方法烘干法测定干重度dknm3土的单位体积内颗粒的重力土中水的质量与颗粒质量之比含水量w饱和密度饱和重度sattm3土中孔隙完全被水充满时土的密度由计算求得satknm3土中孔隙完全被水充满时土的重度在地下水位以下土体受到水的浮力作用时土的重度又称浮重度土中孔隙体积与土粒体积之比土中孔隙体积与土的体积之比土中水的体积与孔隙体积之比由计算求得有效重度knm3由计算求得孔隙比e由计算求得孔隙率n由计算求得饱和度sr由计算求得注
土力学土的物理性质指标
• 土颗粒比重：
指土体在105º-110ºC的温度下烘至恒量时的重量或
质量与土颗粒同体积的4ºC时蒸馏水的重量或质量之比。
Gs
Ws
Vs
Gs
ms
Vs
水的容重=9.81KN/m3，水的密度=1g/cm3
土颗粒的比重与土体中的水和气体无关
土颗粒比重一般介于2.65-2.75之间
• 测定方法：
比重瓶法、浮称法、虹吸筒法
1) 土颗粒体积
8) 浮密度
2) 孔隙体积
9) 湿密度
3) 土颗粒质量
10) 干密度
4) 水的质量
11) 孔隙率
5) 水的体积
12) 饱和度
6) 气体体积
13) 土颗粒的容重
7) 饱和密度
14) 土体的容重
• 已知，
求解-1
• 1）由
可得，
则土颗粒体积为：
• 2）孔隙体积为：
• 3）由
可得，土颗粒质量为：
Ws Vs (KN / m3 )
V
• 浮密度：指土体淹没在水下面的有效密度，这时土颗粒 受到水的浮力作用，其有效质量减小。
ms Vs (g / cm3 )
V • 浮容重与浮密度的关系：
9.81
间接测定指标-5
• 干容重：指干土的容重，这时土体的孔隙中没有水。
d
Ws V
(KN
s 9.81s
直接测定指标-3
• 土体的容重：指单位体积土体的重量。 也称湿容重、
天然容重。 W (KN / m3 )
V • 土体的密度：指单位体积土体的质量。也称湿密度、
天然密度。 m (g / cm3 )
V
• 土体的容重一般介于16.0-19.0KN/m3，
土力学：土的物理性质及分类
2.7 土的分类
2020/3/3
2
2.1 概述
1、物理性质指标：
三相间的比例指标（轻重、松密、干湿程度）。土为 三相体，三相间的比例对土的工程性质具有重要影响。
2、物理状态与特征
无粘性土的松密与粘性土的稠度——土粒大小是影 响土性质最主要的因素。
3、土的工程分类
2020/3/3
3
2.2 土的三相比例指标
m (g / cm3 )
V
（环刀法 ）
2020/3/3
ma=0 mw
m ms
质量
气 水 土粒
Va Vw Vv V Vs
体积
5
2、导出指标
干密度：
d
ms V
(g / cm3 )
ma=0 mw
饱和密度：
sa t
ms
Vv w
V
(g / cm3 )
m
有效密度或浮密度： ms Vs w (g / cm3 )
某饱和土体，土粒相对密度为 ds 2.7 ， 19.5kN / m3 。 试求（1）推
导干重度的表达式；（2）计算干重度。
已知条件分析： Sr 1.0 ds 2.7 sat 19.5kN / m3 (sat 1.95 g / cm3 )
解法1： (1) 绘三相图
IL<0 IL=0 – 1
坚硬状态 可塑状态 流态
0.00 – 0.25硬塑 0.25 - 0.75 可塑 0.75 – 1.00软塑
wL 与 wp 都是采用重塑土测IL>定1，因而液性指数并不能完全反映结构
性粘土的物理状态。
3、天然稠度
取原状土样测试（联合测定），反映路基的干湿状态 。
土的物理性质
强结合水 土颗粒 强结合水 弱结合水 强结合水 弱结合水
土颗粒
固态或半固态 强结合水
可塑状态 弱结合水
塑限wp
土颗粒
自由水
流动状态
自由水
w
液限wl
强结合水膜最大
出现相当数量自由水
粘性土的稠度反映土中水的形态
粘性土的稠度状态
固态
塑态
流态
W小 固体态 半固态 粘塑态 稠塑态 粘流态 液流态
3.液性指数及稠度状态分级
液性指数
I wwp wwp
L wL w p
Ip
可以看出：
当w<wp时，IL<0，土将处于固体状态； 当w>wL时，(w-wp>WL-WP)，IL>1,土将处于流动状态 ；
当wp w wL时，0 IL 1，土将处于可塑状态； 因此， IL的大小 实际上反映了土的天然稠度状态。 按IL将土划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑五种状态 。
已知：V=90cm3,m=154g，m’=148g,w’=15%, s=2.7g/cm3. 解：土样从野外送回试验室的过程中，土的重量减轻了。说明土
的水分损失了一部分，所以试验室测得的含水率偏小。真正 的含水率应根据含水率的概念确定。
w
mw ms
%, 而mw
m ms.
其中总质量 m 148 g
固态
塑态
流态
W小 固体态 半固态 粘塑态 稠塑态 粘流态 液流态
收
塑
粘
液
触
缩
限
着
限
变
限
Wp
限
wl
限
W大
说明随w的增大，土的状态发生了变化；也说明土中颗粒 的活动性随w的增大变得容易，即水与颗粒的表面现象越明显 。
第二章土的物理性质指标
液限wl
强结合水膜最大
出现相当数量自由水
§2.3 黏性土的物理特性
测定塑限的方法： 搓滚法和液、塑限联合测定法
。 测定液限的方法：
碟式仪法和液、塑限联合测定法
液、塑限联合测定法： 塑限－5秒入土2mm时的含水率 17mm液限－ 5秒入土17mm时的含水率
圆锥体入土深度与含水量的关系
§2.3 黏性土的物理特性
§2.3 黏性土的物理特性
密实度 稠度
土的物理性质指标
(三相间的比例关系)
表 示
土的物理状态
粗粒土的松密程度
影响
粘性土的软硬状态
力学特性
土的物理状态指标
§2.3 黏性土的物理特性 粘性土最主要的物理状态特征与含水量有关
粘性土 含水量
较硬 变软 流动
§2.3 黏性土的物理特性
粘性土的状态转变过程
粘性16土~2：0k2N.7/2m~32.76 粉 土：2.70~2.71 砂类13土~1：8k2N.6/5m~32.69
1280~%23~k6N0/%m3
d
e
sdd11(sd1s(1ewew1)w1w)
w
e
dds
(1
d (1w)ww)
1
V Vs Vw Va
天然容重 g
干密度：土被烘干时的密度，
d ms / V
干容重： d dg
饱和密度：土被饱和时的密度，
sat
ms
wVv V
饱和容重：sat satg
浮容重： sat w
表示土体密度和容重的指标
土的三相比例指标
Vs= ms ／ ρs=96.43 ／2.7＝35.7cm3 Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3 按式（1－10），于是 e= Vv ／ Vs＝24.3 ／35.7=0.68 （4）按式（1－11） n= Vv ／ V＝24.3 ／60=40.5％ （5）根据ρw的定义 Vw = mw ／ρw=11.57 ／1＝11.57cm3 于是按式（1－12） St= Vw ／ Vv=11.57 ／24.3＝48％
土的经验参数(物理指标、压缩、变形模量、剪切强度)
土的经验参数(物理指标、压缩、变形模量、剪切强度)-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN有关土的经验参数一、原状土物理性质指标变化范围原状土物理性质指标变化范围，见表3-3-28。
注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土 7＜I p≤17二、土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
注：①平均比重采取：砂——2.66；粘砂土——2.70；砂粘土——2.71；粘土——2.74；②粗砂和中砂的E 0值适用于不均匀系数C u = = 3者，当C u ＞5时应按表中所列值减少 。
C u为中间值时E 0 值按内插法确定；③对于地基稳定计算，采用人摩擦角φ的计算值低于标准值2°。
1060d d 32三、土的压缩模量一般范围值土的压缩模量一般范围值，见表3-3-3-。
注：砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17四、粘性土剪强度参考值粘性土抗剪强度参考值，见表3-3-31。
注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17五、土的侧压力系数（ξ）和泊松比（u）参考值注：粘土I p＞17；粉质粘土10＜I p≤17；I p≤10五、变形模量于压缩模量的关系变形模量E0是指土体在无侧限条件下应力与应变之比，其中的应变包含弹性应变和塑性应变两部分。
因此，变形模量较弹性模量E小，通常在土与基础的共同作用分析中用变形模量E。
变形模量一般是通过现场载荷试验确定，一些地方通过静力触探、标贯试验与变形模量建立了经验公式。
压缩模量Es是在侧限条件下应力与应变的比值，是通过室内试验获取的参数。
两者的关系：对于软土E0近似等于Es；较硬土层，E0=βEs，β=2～8，土愈坚硬，倍数愈大。
ch2 土的物理力学指标及分类
土工原理
水利工程学院
例题分析 【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度Gs=2.7,含水量
ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称 得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量 ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密 实状态
ms 2 1.45 g / cm 3 V Gs w 1 0.86
相对密实度
土工原理
Dr
emax e 0.42 ∈（1/3,2/3] 中密状态 emax emin
水利工程学院
d min
2.7 土的工程分类 一、分类的目的和原则
土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分 成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在 不同土类间作有价值的比较、评价、积累经验。
sat w sat d
土工原理
水利工程学院
三、换算指标
（1）土的孔隙率
定义：土中孔隙所占总体积之比，用百分数表示。 物理意义：表示土中孔隙大小的程度。
Vv n 100% V
单位： % 范围：粘性土和粉土:(30~60);砂土: (25~45)。
e Gs (1 ) 2.7(1 0.0943 ) 1 1 0.78 1.66
【解答】 砂土在天然状态下的孔隙比
砂土最小孔隙比
d max
m s1 1.62g / cm3 V
砂土最大孔隙比
d min
emax
emin
Gs w
d max
1 0.67
【解答】 m 187 167 100% 11.98%
土的力学性质指标
土的力学性质指标1．压缩系数土的压缩性通常用压缩系数（或压缩模量）来表示，其值由原状土的压缩试验确定。
压缩系数按下式计算：21211000p p e e a --⨯=（6-1）式中1000——单位换算系数；a ——土的压缩系数（MPa -1）； p 1、p 2——固结压力（kPa ）：e 1、e 2——相对应于p 1、p 2时的孔隙比。
评价地基压缩性时，按p 1为100kPa ，p 2为200kPa ，相应的压缩系数值以a 1-2划分为低、中、高压缩性，并应按以下规定进行评价：（1）当a 1-2＜0.1MPa -1时，为低压缩性土； （2）当0.1≤a 1-2＜0.5MPa -1时，为中压缩性土； （3）当a 1-2≥0.5MPa -1时，为高压缩性土。
2．压缩模量工程上也常用室内试验求压缩模量E s 作为土的压缩性指标。
压缩模量按下式计算：ae E s 01+=（6-2） 式中Es ——土的压缩模量（MPa ）；e 0——土的天然（自重压力下）孔隙比；a ——从土的自重应力至土的自重加附加应力段的压缩系数（MPa -1）。
用压缩模量划分压缩性等级和评价土的压缩性可按表6-4规定。
地基土按E s 值划分压缩性等级的规定表6-43．抗剪强度土在外力作用下抵抗剪切滑动的极限强度，一般用室内直剪、原位直剪、三轴剪切试验、十字板剪切试验、野外标准贯入、动力触探、静力触探等试验方法进行测定。
它是评价地基承载力、边坡稳定性、计算土压力的重要指标。
（1）抗剪强度计算土的抗剪强度一般按下式计算：τf＝σ·tgφ＋c（6-3）式中τf——土的抗剪强度（kPa）；σ——作用于剪切面上的法向应力（kPa）；φ——土的内摩擦角（°），剪切试验法向应力与剪应力曲线的切线倾斜角；c——土的粘聚力（kPa），剪切试验中土的法向应力为零时的抗剪强度，砂类土c＝0。
（2）土的内摩擦角φ和粘聚力c的求法同一土样切取不少于4个环刀进行不同垂直压力作用下的剪力试验后，用相同的比例尺在坐标纸上绘制抗剪强度τ与法向应力σ的相关直线，直线交τ值的截距却为土的粘聚力c，砂土的c=0，直线的倾斜角即为土的内摩擦角切，见图6-1。
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例子：划分砂土密实度P81，表4-6 划分粉土密土的实物理度力学P性8质3及，其指表标 4-9
无粘性土紧密状态指标及其确定方法
（2）相对密度： 天然孔隙比作为砂土密实状态的分类指标缺乏概
的幅度不大，通常可按经验数值选用。
无粘性土的紧密状态
无粘性土:碎石土、砂土、粉土 无粘性土的紧密状态是判定其工程性质的重要指 标，综合反映了无粘性土颗粒的岩石和矿物组成、 粒度组成、颗粒形状和排列等对其工程性质的影 响。 决定无粘性土紧密状态的因素 无粘性土紧密状态指标及其确定方法
土的物理力学性质及其指标
天然孔隙比 相对密度
采取原状土样
例外： 标准贯入或静力触探评定砂土的密实状态。 P83表4-8 野外鉴别方法评定碎石土的密实状态。 P84表4-10
土的物理力学性质及其指标
4.2.3 粘性土的物理特征
1 粘性土的界限含水量 2 粘性土的塑性指数和液性指数
土的物理力学性质及其指标
1 粘性土的界限含水量
界限含水量（稠度界限）：随着含水量的变化，粘 性土由一种稠度状态转变为另一种状态，相应于转 变点的含水量。
P84 图4-23
缩限；塑限（塑性下限）；液限（流限，塑性上限）
土的物理力学性质及其指标
液限的测定
锥式液限仪：P85图4-24 碟式液限仪：P85图4-25 两种仪器比较：
随着液限的增加，两种仪器所测得 的差值增大，一般情况下碟式仪测得的 液限大于锥式仪。
4.2 土的物理力学性质及其指标
4.2.1 土的三相比例指标 2.2.2 无粘性土的紧密状态 4.2.3 粘性土的物理特征 4.2.4 土的力学性质
土的三相组成及其比例指标
•固相 •液相 •气相
不同成分和结构的土中，土的三相之间具有不同的比例。
土的三相组成的重量和体积之间的比例关系不同，则土的 重量性质(轻、重情况)、含水性(含水程度)和孔隙性(密实 程度)等基本物理性质各不相同，并随着各种条件的变化 而改变。例如对同一成分和结构的土，地下水位的升高或 降低，都将改变土中水的含量；经过压实，其孔隙体积将 减小。这些情况都可以通过相应指标的具体数字反映出来。
越大，土处于可塑状态的含水量的变化范围 也越大，可塑性就越强。
大小与土中结合水的发育程度和含量有关， 即与土的颗粒组成（粘粒含量）、矿物成分及 土中水的离子成分和浓度等因素有关。
塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性 土特征的各种重要因素，常用塑性指数作为粘 性土分类的标准土的。物理力学性质及其指标
土的物理力学性质及其指标
10mm：液限 2mm：塑限
土的物理力学性质及其指标
（2）按液限和塑限的相关关系确定塑限
液限已知 按经验公式计算塑限P86
土的物理力学性质及其指标
2粘性土的塑性指数和液性指数
塑性指数 液性指数
土的物理力学性质及其指标
（1）塑性指数
液限和塑限的差值P86（4-16）
表示土处在可塑状态的含水量的变化范围。
决定无粘性土紧密状态的因素
受荷历史：年代较老，有超压密历史的，密实 度大 形成环境：洪积、坡积比冲积、冰积、海积的 密实度小 颗粒组成：粗、不均匀，密实度大 矿物成分及颗粒形状：片状云母与柱状、粒状 颗粒组成比，密实度小
土的物理力学性质及其指标
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
无粘性土紧密状态指标及其确定方法
（1）天然孔隙比： 砂土的承载力不论其颗粒组成的粗细，均
粘性土随着本身含水量的变化，可以处于 各种不同的物理状态，其工程性质也相应地发 生很大的变化。 固体状态： 可塑状态： 流塑-流动状态：
土的物理力学性质及其指标
稠度：粘性土因含水量的变化而呈现出的各种不同 物理状态。
可塑性：土在外力作用下，可以揉塑成任意形状而 发生裂缝，当外力解除后仍能保持既得形状的一种 性能。
土的物理力学性质及其指标
缩限的测定
收缩皿法 缩限=液限-烘干时失去水量
土的物理力学性质及其指标
塑限的测定
搓条法 缺点：手工操作，人为因素影响大，成 果不稳定。
探索新方法
土的物理力学性质及其指标
（1）联合测定法求液限、塑限
P86 图4-26 锥式仪；电磁放锥法；
双对数坐标纸： 入土深度与含水量的关系曲线
颗 粒 比 重 决 定 于 土 的 矿 物 成 分 ， 它 的 数 值 一 般 为 2.652.75。有机质土为2．4—2．5；泥炭土为1．5一1．85 而含铁质较多的粘件土可达2．8一L o c同—‘种类的土， 其颗粒比重变
化幅度很小。
颗粒比重可在试验室内用比重版法测定。一般土的颗粒 比重值见表23。由于颗粒变化
（1）液性指数
P86（4-17） 表征粘性土所处的软硬状态。 值越大，土质越软；反之，土质越硬。 P87表4-11，按液性指数划分粘性土的状态。 天然结构土与扰动结构土的差别 瓦式圆锥仪入土深度判定粘性土的天然状态
土的物理力学性质及其指标
4.2.4 土的力学性质
决定地基变形、以至失稳危险性 的主要因素： 上部荷载的性质、大小、分布面积、 形状及时间因素 地基土的力学性质：变形、强度
表示土的三相比例关系的指标，称为土的三相比例指标， 亦即土的基本物理性质指标，包括土的颗粒比重、重度、 含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。
土的三相比例指标的定义
颗粒比重G：土粒重量与同体积4摄氏度时水的重量之比， 在数值上等于单位体积土粒（固体部分）的重量。 重度：单位体积土的重量
干重度、饱和重度和浮重度 含水量w：土中水的重量与土粒重量之比，用百分数表示 饱和度Sr：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比 孔隙比e：孔隙体积与土粒体积（固体部分）之比。 孔隙率n：孔隙体积与总体积之比。
括性，因土的密实度还与砂粒的形状、粒径级配等有 关。
例：疏松、级配良好的砂土孔隙比，比紧密、颗 粒均匀的砂土孔隙比小。
相对密度更有代表性。公式：P82（4-14） 1：密实状态；0：松散状态 优点：较完善指标，综合反映各方面特征 缺点：实际应用困难，使用并不广泛。 例子：划分砂土紧密土的状物理态力P学性8质3及，其表指标4-7