2.3 土密实度、压实和工程分类

液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号） 称为塑性指数
I p wl w p
•Leabharlann Baidu性指数越大，可塑状态含水率变化范围 也大。
•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的分类指标。
2)液性指数 L I (Liquidity Index)
w wP w wP IL wL wP IP

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。
2. 塑限测定方法：

搓滚法和液塑限联合测定法
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76g作用 下经5～15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。
表 示
土的物理状态
粘性土的软硬状态
影响
力学特 性
1.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。
粘性土的稠度
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
流动状态
可塑状态
半固体状态
刚沉积的粘土， 本身不能保持其 形态，极易流动
实试验进行的。
击实试验
轻型：粒径小于5毫米
H 30.5cm
V 947 cm3 G 2.5Kg
25下，分三层击实
重型：粒径小于40毫米
V 2104 cm3 G 4.5Kg
H 45.7cm
56下，分5层击实
一、土的压实与含水率的关系
2.0 干密度d(g/cm3)
dmax=1.86
(a)水在土孔隙中的 (b)渗流模型（层流） (1) 在同一过水断面， 运动 水在土孔隙中的运动轨迹与渗流模型
(2)任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的压 力相等；
(3)在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实 渗流所受到的阻力相等。
二 Darcy渗透定律

由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的 粘滞阻力很大，流速缓慢 层流
1.8 1.6
压实机理：
1.4
0 4 8
wop=12.1
土粒定向排列; 孔隙体积减小; 气被挤出或被压缩等
12 16 20 含水量w(%)
24 28
2.5 土的工程分类
是将工程性质相近的 土进行分类
目的： 便于研究及应用
依据： 能反映土的物理力学性质－ 《建筑地基基础设计规范》 (GB50007 — 2011)分类法
相对密实度
Dr
emax e 0.42∈（1/3,2/3] 中密状态 emax emin
ms 2 1.45 g / cm3 V d s w 1 0.86 d min
2. 3 粘性土的性质
本节要求掌握
对于粘性土，因粘土矿物含量高、颗粒细小， 其物理状态与含水量关系非常密切。
1856年法国学者Darcy对砂 土的渗透性进行研究
水在土中的渗透速度和 试样两端水面间的水位 差成正比，而与渗径长 度成反比
h v i v k k k hi L
q vA kiA
流速与水力梯度的关系－砂土
砂土的水力梯度
v v=ki
与渗透速度呈线
性关系，符合达 西渗透定律。
O 砂土 i
W W P 36.4 25.4 0.487; 为可塑态 IP 22.6
2.4 土的压实性

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。
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。
在实验室内研究土的密实性是通过击
wl w wc wl w p

作用：可用于划分路基的干湿状态。
例题1 某土样的液限为38.6%，塑限为23.2%，天然含水量 为25.5%，问该土样处于何种状态？
解：已知=38.6%，=23.2%，w=25.5%， 则 Ip=38.6–23.2=15.4 w wp 25.5 23.2 Il 0.15 Ip 15.4 所以，该土处于硬塑状态。
emax: 最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻 地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经 换算得到最大孔隙比
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(风干土样分层夯实)
emin: 最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内， 按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的 最大干密度再经换算得到最小孔隙比
例题2
1. 某粘土的含水量w=36.4%, 液限wL=48%、塑限wp=25.4% ，要求：1).计算该土的塑性指标Ip；2).确定该土的名称；3). 计算该土的液性指标IL；4).按液性指标数确定土的状态。
解：
I p WL W p 48 25.4 22.6 10; 为粘土
I L
掌握
流速与水力梯度的关系－粘土 虚直线简化
v
v k i ib
0
起始水 力坡降 ib 密实粘土 i
对于密实的粘土，由于 吸着水具有较大的粘滞 阻力，因此，只有当水 力梯度达到某一数值后， 克服了吸着水的粘滞阻 力以后，才能发生渗透。 我们将这一开始发生渗 透时的水力梯度成为粘 性土的起始水力梯度 b
I L 1.0
土处于流动状态
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。
4) 天然稠度Natural consistency

定义：指原状土样测定的液限和天然含 水量的差值与塑性指数之比，符号wc
掌握
粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%
掌握
塑性指数Ip>10的土
10<Ip≤17 Ip>17 粉质粘土 粘土
2.6 土的渗透性
土的渗透性


水透过土体孔隙的现象成为渗透osmosis
土具有被水透过的性能称为土的渗透性 permeability
渗透理论
一、渗透模型
假设： 渗流模型的流量等于真 实渗流的流量；
3. 液限测定方法：
液塑限联合测定法和碟式仪法
液塑限联合测定法：以圆锥体入土深度 17mm土样含水量即液限。 《 土 工 试 验 方 法 标 准》 （ GB/T501231999 ）规定 76g 圆锥仪入土深度恰好为 17 毫米所对应的含水率为17 毫米液限， 与碟式仪入土深度恰好为10 毫米所对应 的含水率为10毫米液限一致。
粘性土即使具有相同的含水率，也未必处于同样 的状态，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。
3)粘性土的物理状态指标 判定
w wP
IL 0
wP w wL
0 I L 1.0
土处于坚硬状态
土处于可塑状态
wL w
定义（实用表达式）
Dr
d d min d max d max d min d
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
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(漏斗和容器测定)
相对密实度Dr
Dr 1 e emin
无粘性土处于最密实的状态
Dr 0 e emax
无粘性土处于最松散的状态
在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：
0 Dr 1
疏松
3
1 D 2 r 3 3
中密
2 D 1 r 3
密实
（3）标准贯入锤击数N ： 标准贯入试验：SPT(standard penetration test) 试验时，将质量为63.5kg的穿心锤，以 76cm的落距，将标准规格的贯入器，自钻孔 底部预打15cm，记录再打入30cm的锤击次数， 即为标准贯入试验锤击数N。 优点：真实可靠。
液限测定方法：
4. 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
V1 V2 ws w w ms
5.粘性土的物理状态指标
1）塑性指数 P I (Plasticity Index)
wL
wP
ws
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。SL(Shrinkage Limit )
稠度状态
固态或半固态
强结合水
可塑态
弱结合水
流态
自由水 w
土中水的形态 含水量
稠度界限
塑限ωp 强结合水膜最大
液限ωl 出现自由水
粘性土的稠度反映土中水的形态
砂土
土的名称 砾砂 粒组含量 粒径大于2mm的颗粒 占全质量25 ~50% 粒径大于0.5mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于0.25mm的 颗粒超过全质量50% 粒径大于0.075mm的 颗粒超过全质量85% 粒径大于0.075mm的颗 粒超过全质量50%
粗砂
中砂 细砂
粉砂
粉土 塑性指数Ip≤10的土 粘性土
土的组成 土的状态 土的结构
《建筑地基基础设计规范》 (GB50007 — 2011)分类法
岩石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土
掌握
土：6类
碎石土
土的名称 漂石 块石 卵石 碎石 圆砾 角砾 颗粒形状 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 粒组含量 粒径大于200mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于20mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于2mm的颗 粒超过全质量50%
2.2 无粘性土的相对密实度
（1）无粘性土的孔隙比指标。 但是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。
（2）相对密实度Dr

定义（理论表达式）
emax e0 Dr emax emin

e0无粘性土的天然孔隙比或填筑 孔隙比
砂土密实度 松散 稍密 中密 密实
N
≤ 10
10<N≤15
15<N≤30
>30
（4）碎石的野外鉴别方法确定密实程度 ： 分为四类： 密实 中密 稍密 松散
例题分析 【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度ds=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
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天然 孔隙比来反映

2.2 无粘性土的相对密实度
（1）天然孔隙比e优缺点 ： 优点：简单、简捷 缺点：不能反映砂土的级配和颗粒形状 的影响，有时较疏松的级配良好的砂土 孔隙比比较密实的颗粒均匀的砂土孔隙 比还小。
d s (1 ) 2.7(1 0.0943 ) 1 0.78 1.66
【解答】 砂土在天然状态下的孔隙比
e

1
砂土最小孔隙比
d max
m s1 1.62 g / cm3 V
砂土最大孔隙比
d min
emax
emin
d max
ds w
1 0.67
2.2 无粘土性质－了解
2.3 粘性土性质－重点
2.4 土的压实性－工作应用
2.5 土的工程分类－掌握粘土和粉土分类
2.6 土的渗透性-熟悉达西定律
2.2 无粘性土的相对密实度
无粘性土定义：砂土、碎石土统称为无 粘性土。 无粘性土工程性质：排列越紧密，在外 荷载作用下变形越小，强度越大

2.2 无粘性土的相对密实度
固体状态
水分蒸发，含水率减 小，体积收缩
含水率减小,丧失可塑 性，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

粘性土从一种状态转变为另一状态，可用某 一分界含水率来区分，界限含水量（阿太堡 界限Atterberg limits）
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 LL(Liquid Limit) 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 PL(Plastic Limit)