圖書在版編目（ＣＩＰ）數據地基與基礎工程施工／趙乃誌，朱桂春主編．南京：南京大學出版社，２０１７．８ＩＳＢＮ９７８７３０５１９０６８１Ⅰ．①地…Ⅱ．①趙…②朱…Ⅲ．①地基－工程施工－高等職業教育－教材②基礎（工程）－工程施工－高等職業教育－教材Ⅳ．①ＴＵ４７②ＴＵ７５３中國版本圖書館ＣＩＰ數據核字（２０１７）第１８０２８０號出版發行南京大學出版社社址南京市漢口路２２號郵編２１００９３出版人金鑫榮書名地基與基礎工程施工主編趙乃誌朱桂春責任編輯何永國編輯熱線０２５８３６８６５９６照排南京理工大學資產經營有限公司印刷常州市武進第三印刷有限公司開本７８７×１０９２１／１６印張１７．２５字數３９８千版次２０１７年８月第１版２０１７年８月第１次印刷ＩＳＢＮ９７８７３０５１９０６８１定價４３００元網址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｊｕｐｃｏ．ｃｏｍ官方微博：ｈｔｔｐ：／／ｗｅｉｂｏ．ｃｏｍ／ｎｊｕｐｃｏ官方微信號：ｎｊｕｐｒｅｓｓ銷售谘詢熱線：（０２５）８３５９４７５６版權所有，侵權必究凡購買南大版圖書，如有印裝質量問題，請與所購圖書銷售部門聯係調換書編委會主任：袁洪誌（常州工程職業技術學院）副主任：陳年和（江蘇建築職業技術學院）湯金華（南通職業大學）張蘇俊（揚州工業職業技術學院）委員：（按姓氏筆畫為序）馬慶華（連雲港職業技術學院）玉小冰（湖南工程職業技術學院）劉如兵（泰州職業技術學院）劉霽（湖南城建職業技術學院）湯進（江蘇商貿職業學院）李晟文（九州職業技術學院）楊建華（江蘇城鄉建設職業學院）何隆權（江西工業貿易職業技術學院）徐永紅（常州工程職業技術學院）常愛萍（湖南交通職業技術學院）前言地基與基礎工程施工是建築工程技術專業的一門專業核心課程，主要培養學生的獨立分析和解決地基與基礎施工問題的能力，對實現建築工程技術專業的培養目標起到關鍵的作用。
本書以培養學生的專業技術應用能力為主線，緊緊圍繞建築施工現場一線的職業活動和職業崗位需求，內容取材以“必須、夠用”作為基本原則，融入《建築地基處理規範》（ＧＢ５０００７—２０１１）、《建築樁基規範》（ＪＧＪ７９—２０１２）、《建築基坑支護技術規程》（ＪＧＪ１２０—２０１２）、《建築地基基礎工程施工質量驗收規範》（ＧＢ５０２０２—２０１２）及《混凝土結構施工圖平麵整體表示方法製圖規則和構造詳圖（獨立基礎、條形基礎、筏形基礎及樁基承台》（１１Ｇ１０１—３）等新規範和新標準編寫，突出實用性和可操作性。為便於學生學習，本書采用模塊式知識結構，突出培養學生的能力目標、知識目標和素質目標，每章後有練習題。
全書共分八個模塊，模塊一為土的性質，模塊二為岩土工程勘察，模塊三為土力學基本原理，模塊四為土方工程施工，模塊五為基坑工程施工，模塊六為淺基礎施工，模塊七為樁基礎施工，模塊八為地基處理。
本書由揚州工業職業技術學院趙乃誌和朱桂春兩位老師任主編，揚州工業職業技術學院張蘇俊教授主審；揚州工業職業技術學院陳禮飛和俞君寶任副主編。全書由趙乃誌老師製訂編寫大綱、前言、目錄和參考文獻並撰寫模塊一和模塊四，朱桂春老師撰寫模塊二和模塊五；陳禮飛老師撰寫模塊六和模塊七，俞君寶老師撰寫模塊三和模塊八。最後，由趙乃誌老師負責全書的修改和定稿工作。
由於業務水平所限，書中仍然難免會有錯誤和不足之處，敬請讀者批評指正。
編者模塊一土的性質１１概述土是由岩石經過風化作用後形成的礦物顆粒堆積在一起，中間貫穿著孔隙，孔隙間存在水和空氣，它是由各種大小不同的土粒、水和氣體按各種比例組成的集合體。當土是由土粒、空氣和水組成時，土為固相、氣相和液相組成的三相體係。當土是由土粒和空氣，或土粒和水組成時，土為二相體係。土的三相組成物質的性質、相對含量以及土的結構構造等各種因素，必然在土的輕重、鬆密、幹濕、軟硬等一係列物理性質上有不同的反映。土的物理性質又在一定程度上決定了它的力學性質，所以物理性質是土的最基本的工程特性。
定量地描述土粒的物理特性、土的物理狀態以及三相比例關係，即構成土的各種物理指標特性。利用這些物理指標特性，可對土進行鑒別和分類，間接地推測土的其他工程性質。
１２土的三相組成及土的結構單位體積中土的三相分量不是固定不變的，而是隨環境（壓力、溫度、地下水）而變化的，如下雨時土含水率增加，黏土會變軟。因此要研究土的性質首先要研究構成土三相本身的性質，以及它們的含量和相互作用對土性的影響。土性取決於顆粒的形狀、大小和礦物成分。
１２１土的固體顆粒（固相）土顆粒是土的主要組成部分，是決定土的工程性質性的主要因素。土的工程性質性取決於顆粒的形狀、大小和礦物成分。
１土粒的礦物成分和形狀土粒的礦物成分主要決定於母岩的成分及其所經受的風化作用。不同的礦物成分對土的性質有著不同的影響，其中以細粒組的礦物成分尤為重要。
土的固相物質包括無機礦物顆粒和有機質，是構成土的骨架最基本的物質。土中的無機礦物成分可以分為原生礦物和次生礦物兩大類。原生礦物是岩漿在冷凝過程中形成的礦物，如石英、長石、雲母等。次生礦物是由原生礦物經過風化作用後形成的新礦物，如黏土礦物及碳酸鹽礦物等。次生礦物按其與水的作用可分為易溶的、難溶的和不溶的，次生礦物的水溶性對土的性質有重要的影響。
·１·書地基與基礎工程施工黏土礦物基本上是由兩種原子層（稱為晶片）構成的。一種是矽氧晶片，它的基本單元是ＳｉＯ四麵體；另一種是鋁氫氧晶片，它的基本單元是ＡｌＯＨ八麵體（見圖１１），由於晶片結合情況的不同，便形成了具有不同性質的各種黏土礦物。其中主要有蒙脫石、伊利石和高嶺石三類，由於其親水性不同，當其含量不同時土的工程性質也就不同。此三類的構造如圖１２所示。
由於黏土礦物是很細小的扁平顆粒，顆粒表麵具有很強的與水相互作用的能力．表麵積愈大，這種能力就愈強。所以，土粒大小對土的性質所起的作用是非常大的。
圖１１黏土礦物的晶片示意圖圖１２黏土礦物構造單元示意圖１２２土中水（液相）在自然條件下，土中總是含水的。土中水可以處於液態、固態或氣態。土中細粒愈多，即土的分散度愈大，水對土的性質的影響也愈大。研究土中水，必須考慮到水的存在狀態及其與土粒的相互作用。存在於土中的液態水可分為結合水和自由水兩大類。
結合水是指受電分子吸引力吸附在土粒表麵的土中水。這種電分子吸引力高達幾千到幾萬個大氣壓，使水分子和土粒表麵牢固地粘結在一起。它又可分為強結合水和弱結·２·模塊一土的性質合水兩種，強結合水緊靠土粒表麵，其性質接近於固體，密度約為１．２～２．４ｇ／ｃｍ３，冰點為－７８℃，不能傳遞靜水壓力，具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強度。黏土隻含強結合水時，呈固體狀態，磨碎後成粉末狀態；砂土的強結合水很少，僅含強結合水時呈散粒狀。在強結合水外圍的結合水膜稱為弱結合水，它仍然不能傳遞靜水壓力，其性質隨離開顆粒表麵的距離而變化，由近固態到近自由態，不能自由流動，但水膜較厚的弱結合水會向鄰近較薄的水膜緩慢移動，因而弱結合水使黏性土具有可塑性，凍結溫度－０．５～－３０℃。如圖１３所示。
圖１３結合水分子定向排列及其所受電分子力變化的簡圖自由水是存在於土粒表麵電場影響範圍以外的水。它的性質與普通水一樣．能夠傳遞靜水壓力，可在土的孔隙中流動，使土具有流動性，冰點為０℃，有溶解鹽類的能力。自由水按所受作用力的不同，又可分為重力水和毛細水兩種。重力水是存在於地下水位以下的透水土層中的地下水。當存在水頭差時，它將產生流動，對土顆粒有浮力作用，重力水對土中的應力狀態和開挖基槽、基坑以及修築地下構築物時所應采取的排水、防水措施有重要的影響。毛細水是受到水與空氣交界麵處表麵張力的作用、存在於地下水位以上透水層中的自由水。在工程中，毛細水的上升高度和速度對於建築物地下部分的防潮措施和地基土的浸濕、凍脹等有重要影響。
如圖１４所示。此外，在幹旱地區，地下水圖１４土中的毛細水升高中的可溶鹽隨毛細水上升後不斷蒸發，鹽分·３·地基與基礎工程施工便積聚於靠近地表處而形成鹽漬土。
１２３土中氣（氣相）土中的氣體存在於土孔隙中末被水所占據的部位。在粗粒的沉積物中常見到與大氣相聯通的空氣，它對土的力學性質影響不大。在細粒土中則常存在與大氣隔絕的封閉氣泡，使土在外力作用下的彈性變形增加，透水性減小。對於淤泥和泥炭等有機質土，由於微生物（厭氧細菌）的分解作用，在土中蓄積了某種可燃氣體（如硫化氫、甲烷等），使土層在自重作用下長期得不到壓密，而形成高壓縮性土層。
含氣體的土稱為非飽和土，非飽和土的工程性質研究已形成土力學的一個熱點。
１２４土的結構和構造土的結構是指由土粒單元的大小、形狀、相互排列及其聯結關係等因素形成的綜合特征。土擾動前後，力學性質差異很大，可見土的結構和構造對土的物理力學性質有重要的影響。土的結構一般分為單粒結構、蜂窩結構和絮狀結構三種基本類型。
單粒結構是由粗大土粒在水或空氣中下沉而形成的，全部由砂粒及更粗土粒組成的土都具有單粒結構。因其顆粒較大、土粒間的分子吸引力相對很小，所以顆粒間幾乎沒有聯結．單粒結構的土分為疏鬆和緊密的（如圖１５（ａ）和（ｂ）所示）。緊密狀單粒結構的土，強度較大，壓縮性較小，是良好的天然地基。疏鬆單黏結構的土，其骨架是不穩定的，強度小，壓縮性大，當受到震動及其他外力作用時，土粒易發生移動，土中孔隙劇烈減少，引起土的很大變形，因此，這種土層如未經處理一般不宜作為建築物的地基。
圖１５土的結構蜂窩結構主要由粉粒（０．０７５～０．００５ｍｍ）組成的土的結構形式，粒徑在０．０７５～０．００５ｍｍ左右。土粒在水中沉積時，基本上是以單個土粒下沉．當碰上已沉積的土粒時，由於它們之間的相互引力大於其重力，因此土粒就停留在最初的接觸點上不再下沉，形成具有很大孔隙的蜂窩狀結構（如圖１５（ｃ）所示）。由於蜂窩結構的土具有一定程度的粒間連接，使其可承擔一定的水平靜荷載，但當承受較高水平荷載和動力荷載時，其結構將破壞，引起土的很大變形，地基發生破壞。
絮狀結構是由黏粒（＜０．００５ｍｍ）集合體組成的結構形式。黏粒能夠在水中長期懸浮，不因自重而下沉。當這些懸浮在水中的黏粒被帶到電解質濃度較大的環境中（如海水）黏粒凝聚成絮狀的集粒（黏粒集合體）而下沉，並相繼和已沉積的絮狀集粒接觸，而形成類似蜂窩而孔隙很大的絮狀結構（如圖１５（ｄ）所示）。黏土的性質·４·模塊一土的性質主要取決於集粒間的相互聯係與排列，當黏粒在淡水中沉積時，因水中缺少鹽類，所以黏粒或集粒間的排斥力可以充分發揮，沉積物的結構是定向（或至少半定向）排列的，即顆粒在一定程度上平行排列，形成所謂分散型結構。當黏粒在海水中沉積時、由於水中鹽類的離子濃度很大，減少了顆粒間的排斥力，所以土的結構是麵—邊接觸的絮狀結構。
土的結構在形成過程中，以及形成之後，當外界條件變化時（如荷載、濕度、溫度或介質條件），都會使土的結構發生變化。土體失水幹縮，會使土粒間的聯結增強；土體在外力作用下（壓力或剪力），絮狀結構會趨於平行排列的定向結構，使土的強度及壓縮性都隨之發生變化。具有蜂窩結構和絮狀結構的黏性土，其土粒間的聯結強度（結構強度），往往由於長期的壓密作用和膠結作用而得到加強。
土的結構受擾動後強度降低，工程中通常以保持天然結構的原狀土強度（無側限抗壓強度）與保持原含水率但天然結構被破壞的重塑土強度（無側限抗壓強度）的比值來作為土的結構性指標，稱之為靈敏度Ｓｔ。即：ｑｕＳｔ＝（１１）ｑ′ｕ式中，ｑｕ，ｑ′ｕ分別為原狀土無側限抗壓強度、重塑土無側限抗壓強度。
Ｓｔ的值越大，土的靈敏度越高，根據靈敏度可將飽和黏性土分為：低靈敏（１．０＜Ｓｔ≤２．０）、中等靈敏（２．０＜Ｓｔ≤４）和高靈敏（Ｓｔ＞４．０）三類。土的靈敏度愈高，其結構性愈強，受擾動後土的強度降低就越嚴重。因此，工程中挖基槽或基坑和道路土方時，不能用機械一次性挖到設計標高，而應留２０～３０ｃｍ的土由人工修平，以防土的結構受擾動後強度降低，壓縮性增大。
黏性土與靈敏度密切相關的另一種特性是觸變性。結構受破壞，強度降低以後的土，若靜止不動，則土顆粒和水分子反離子會重新組合排列，形成新的結構，強度又得到一定程度的恢複。這種含水率和密度不變，土因重塑而軟化，又因靜置而逐漸硬化，強度有所恢複的性質，稱為土的觸變性。如工程中樁基施工後，不同土層要求經過不同的時間（砂土１０天，黏土１５天，軟黏土２５天），才能進行樁基承載力檢測。
１３土的顆粒特征１３１土粒粒度分析方法及粒組劃分（１）土粒大小及粒組劃分。天然土是由大小不同的顆粒組成的，土粒的大小稱為粒度。天然土的粒徑一般是連續變化的，為了描述方便，工程上常把大小相近的土粒合並為組，稱為粒組。對粒組的劃分，各個國家，甚至一個國家的各個部門有不同的規定。根據《土的工程分類標準》（ＧＢ／Ｔ５０１４５—２００７）中土粒粒組的劃分如表１１所示。
·５·地基與基礎工程施工表１１土粒粒組的劃分粒組名稱粒徑範圍／ｍｍ一般特征漂石（塊石）粒ｄ＞２００透水性大，無黏性，無毛細水卵石（碎石）粒６０＜ｄ≤２００透水性大，無黏性，無毛細水礫粒２＜ｄ≤６０透水性大，無黏性，毛細水上升高度不超過粒徑大小易透水，當混入雲母等雜物時透水性減小，而壓縮性增加；無黏砂粒０．０７５＜ｄ≤２性，遇水不膨脹，幹燥時鬆散；毛細水上升高度不大，隨粒徑變小而增大透水性小；濕時稍有黏性，遇水膨脹小，幹時稍有收縮；毛細水粉粒０．００５＜ｄ≤０．０７５上升高度較大較快，極易出現凍脹現象透水性很小；濕時有黏性、可塑性，遇水膨脹大，幹時收縮顯著；黏粒ｄ≤０．００５毛細水上升高度大，且速度較慢可見，土顆粒的大小相差懸殊，有大於２００ｍｍ的漂石也有小於０．００５ｍｍ的黏粒．同時由於土粒的形狀往往是不規則的，很難直接測量土粒的大小，故隻能用間接的方法來定量地描述土粒的大小及各種顆粒的相對含量（質量分數）。常用的方法有兩種，對粒徑大於０．０７５ｍｍ的土粒常用篩分析的方法，而對小於０．０７５ｍｍ的土粒則用沉降分析的方法。
（２）粒度成分及其表示方法。工程上常用土中各種不同粒組的相對含量（以幹土質量的百分比表示）來描述土的顆粒組成情況，這種指標稱為土的顆粒級配或粒度成分，它可用來描述土中不同粒徑土粒的分布特征。
常用的粒度成分的表示方法有表格法、累計曲線法和三角坐標法。
①表格法。表格法是以列表形式直接表達各粒組的百分含量。它用於粒度成分的分類是十分方便的。如表１２所示。
表１２土的粒度成分粒度成分（以質量％計）粒組／ｍｍ土樣Ａ土樣Ｂ１０～５—２９１５～２３２２４．０２～０．５０５９１３９０５０～０２５１３６１４１０２５～０１０４２３５２０１０～０．０７５２４４４５０．０７５～０．００５１０６５．０＜０．００５４２·６·模塊一土的性質②累計曲線法。累計曲線法是用半對數紙繪製，橫坐標表示粒徑，縱坐標為小於某一粒徑（不是某一粒徑）土粒的累計百分含量，該法是比較全麵和通用的一種圖解法，適用於各種土級配好壞的相對比較。如圖１６所示。由累計曲線的坡度可以大致判斷土粒的均勻程度或級配是否良好。如曲線較陡（曲線Ａ），表示粒徑大小相差不多，土粒較均勻，級配不良；反之，曲線平緩（曲線Ｂ），則表示粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，即級配良好；曲線Ｃ表示該土中砂粒極少，主要是由細顆粒組成的黏性土。
圖１６土的顆粒級配曲線根據描述級配的累計曲線，可以簡單地確定土粒級配的兩個定量指標：ｄ６０不均勻係數Ｃｕ＝（１２）ｄ１０２ｄ３０曲率係數Ｃｃ＝（１３）ｄ１０ｄ３０式中，ｄ１０，ｄ３０，ｄ６０分別相當於小於該粒徑的累計百分含量為１０％、３０％和６０％對應的粒徑，分別稱為有效粒徑、中值粒徑、限製粒徑。
不均勻係數反映大小不同粒組的分布情況。Ｃｕ越大，表示土粒大小分布範圍大，土的級配良好。曲率係數Ｃｃ則是描述累計曲線的分布範圍，反映累計曲線的整體形狀，表示某粒組是否缺損的情況。
一般工程上認為不均勻係數Ｃｕ＜５時，稱為均粒土，其級配不好，Ｃｕ＞１０時，稱為級配良好的土。對於級配連續的土，采用指標Ｃｕ，即可達到比較滿意的判別結果。但缺乏中間ｄ１０與ｄ６０之間粒徑某粒組的土，即級配不連續，此時，則僅用單獨一指標Ｃｕ難以確定土的級配情況，還必須同時考察累計曲線的整體形狀，故需兼顧曲率係數Ｃｃ值。
·７·地基與基礎工程施工當礫類土或砂類土同時滿足不均勻係數Ｃｕ＞５和Ｃｃ率係數＝１～３兩個條件時，則為良好級配礫或良好級配砂；如不能同時滿足，則為級配不良。
１３２粒度成分分析方法（１）篩分法。篩分法是將風幹、分散的代表性土樣通過一套自上而下孔徑由大到小的標準篩（如６０ｍｍ、４０ｍｍ、２０ｍｍ、１０ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０５ｍｍ、０２５ｍｍ、０１ｍｍ、０．０７５ｍｍ），然後分別稱出留在各個篩子上的幹土質量，並計算出各粒組相對含量。通過計算可得到小於某一篩孔直徑土粒的累積重量及其累計百分含量，即得土的顆粒級配。
（２）沉降分析法。沉降分析法有密度計法（比重計法）和移液管法，其理論基礎是土粒在水中的沉降原理，如圖１７所示，將定量的土樣與水混合傾注量筒中，懸液經過攪拌，在剛停止攪拌的瞬時，各種粒徑的土粒在懸液中是均勻分布的，此時單位體積懸液內含有的土粒重量即懸液濃度在上下不同深度處是相等的。但靜置一段時間後，土粒在懸液中下沉，較粗的顆粒沉降較快，圖中在深度Ｌｉ處隻含有≤ｄｉ粒徑的土粒，懸液濃度降低了。
如在Ｌｉ深度處考慮一小區段ｍｎ，則ｍｎ段懸液的濃度與開始濃度之比，即可求得≤ｄｉ的累計百分含量。關於ｄｉ的計算原理，土粒下沉時的速度與土粒形狀、粒徑、質量圖１７土粒在溶液中的沉降密度以及水的粘滯度有關。
１４土的三相比例指標土是由土顆粒、水和氣體三相所組成的集合體，顯然，土中孔隙體積大土就鬆，土中水多土就軟（鬆砂孔隙體積大，黏土遇水軟），就是說土鬆密程度和軟硬程度主要取決於組成土三種成分在數量上所占的比例，研究土的狀態，首先就要分析三者比例關係，並用土的三相在體積和質量上的相對比值即三相比例指標，作為衡量土的物理性質的指標。
圖１８土的三相組成示意圖為了導得三相比例指標和說明問題方便起見，可用土的三相組成示意圖（如圖１８所示）來表示各部分間的數量關係。
３３圖中，Ｖａ，Ｖｗ，Ｖｓ，分別為土中氣體體積、水體積、顆粒體積（ｃｍ，ｍ）；Ｖｖ為土中孔隙３３３３體積（ｃｍ，ｍ），Ｖｖ＝Ｖａ＋Ｖｗ；Ｖ為土的體積（ｃｍ，ｍ），Ｖ＝Ｖｓ＋Ｖｖ；ｍｗ，ｍｓ分別土中水的質量、顆粒的質量（ｇ，ｋｇ）；ｍａ為土中氣體的質量，相對甚小，可以忽略不計（ｇ，ｋｇ）；ｍ·８·模塊一土的性質為土的總質量（ｇ，ｋｇ），ｍ＝ｍｗ＋ｍｓ。
１４１反映土輕重程度的指標１土的天然密度ρ天然土單位體積的質量稱為土的天然密度（單位為ｇ／ｃｍ３），即：ｍ＝（１４）ρＶ３天然狀態下土的密度變化範圍很大，一般為ρ＝１．６～２．２ｇ／ｃｍ。土的密度可采用“環刀法”“蠟封法”“灌砂法”等方法測定，“環刀法”最為常用，是用一個圓環刀（刀刃向下）放置於削平的原狀土樣麵上，垂直向下邊壓邊削至土樣伸出環刀口為止，削去兩端餘土，使與環刀口麵齊平，稱出環刀內土質量，求得它與環刀容積之比值即為土的密度。
２土的幹密度ρｄ土單位體積中固體顆粒的質量，稱為土的幹密度，並以ρｄ表示：ｍｓ＝（１５）ρｄＶ土的幹密度一般為１３～１８ｇ／ｃｍ３，工程上常用土的幹密度來評價土的密實程度，以控製填土的施工質量。
３土的飽和密度ρｓａｔ土孔隙中全部被水充滿時單位體積土體質量叫飽和密度ρｓａｔ，即ｍｓ＋Ｖｖρωｓａｔ＝（１６）ρＶ３式中，ρω為水的密度，ρω＝１ｇ／ｃｍ。
４土的浮密度ρ′處於水下的土單位體積土體的有效質量叫土的浮密度ρ′即ｍｓ－Ｖｓω′＝ρ（１７）ρＶ顯然有ρｓａｔ＞ρ＞ρｄ＞ρ′，與三相比例指標中的４個質量密度指標對應的有土的重力密度（簡稱重度）指標也有４個，即，土的天然重度γ＝ρｇ、幹重度γｄ＝ρｄｇ、飽和重度γｓａｔ＝３３ρｓａｔｇ，和浮重度γ′＝ρ′ｇ。單位是（Ｎ／ｍ）和（ｋＮ／ｍ）。同理有γｓａｔ＞γ＞γｄ＞γ′。
５土粒相對密度（土粒比重）ｄｓ單位體積土顆粒質量與４℃純水單位體積的質量之比叫土粒相對密度（或土粒比重）ｄｓ，即ｍｓ／Ｖｓρｓｄｓ＝＝（１８）ρｗ４°ρｗ４°３３式中，ρｗ４°為４℃純水的密度，１ｇ／ｃｍ；ρｓ為土粒密度，即土顆粒單位體積的質量（ｇ／ｃｍ）。
從上式可看出，土粒比重ｄｓ在數值上就等於土粒密度ρｓ，但兩者的含義不同，前者是·９·地基與基礎工程施工兩種物質的質量密度之比，無量綱；而後者是土粒一種物質的質量密度，有量綱。土粒比重可在試驗室內用比重瓶法測定，具體在試驗中介紹。通常也可按經驗數值選用，土粒比重變化幅度很小，一般土粒比重參考值如表１３所示。
表１３土粒比重參考黏性土土的名稱泥炭有機質土砂土粉土粉質黏土黏土土粒比重１５～１８２４～２５２２６５～２６９２７０～２７１２７２～２７３２７４～２７６１４２反映土鬆密程度的指標反映土鬆密程的指標有：孔隙比和孔隙率。
（１）孔隙比ｅ。土中孔隙體積與土粒體積之比叫土的孔隙比，即：Ｖｖｅ＝（１９）Ｖｓ孔隙比是一個重要的物理性指標，用小數表示，它可以用來評價天然土層的密實程度，孔隙比ｅ＜０６的土是密實的，具有低壓縮性，ｅ＞１．０的土是疏鬆的高壓縮性土。
（２）孔隙率ｎ。土的孔隙率ｎ是土中孔隙體積與總體積之比，以百分數表示，即：Ｖｖｎ＝×１００％（１１０）Ｖ１４３反映土含水程度的指標反映土含水程度的指標有：土的含水率和土的飽和度。
（１）土的含水率ω。土中水的質量與土顆粒質量之比，稱為土的含水率ω，以百分數計，即ｍｗω＝×１００％（１１１）ｍｓ天然土層的含水率變化範圍很大，它與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環境等有關。一般幹的粗砂土接近於零，而飽和砂土可達４０％；堅硬的黏性土的含水率約小於３０％，而飽和狀態的軟黏性土（如淤泥），則可達６０％或更大。一般說來，同一類土，當其含水率增大時，則其強度就降低。土的含水率一般用“烘幹法”測定，先稱小塊原狀土樣的濕土質量，然後置於烘箱內維持１００～１０５℃烘至恒重，再稱幹土質量。濕、幹土質量之差為含水的質量，水的質量與幹土質量的比值。就是土的含水率。
（２）土的飽和度Ｓｒ。土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，稱為土的飽和度Ｓｒ，即：ＶｗＳｒ＝×１００％（１１２）Ｖｖ·１０·模塊一土的性質Ｓｒ＝１．０為完全飽和，Ｓｒ＝０為完全幹燥的土；按飽和度可以把砂土劃分為三種狀態：０＜Ｓｒ≤０５為稍濕；０５＜Ｓｒ≤０８潮濕（很濕的）；０８＜Ｓｒ＜１．０飽和。
以上這些指標中，土的密度ρ、土粒的相對密度ｄｓ和天然含水率ω是由試驗測定的，稱為三項基本物性試驗指標，而其餘指標均可以從三個試驗指標計算得到。
１４４指標的換算在土力學中這些指標的運算是最基本的計算，其換算關係如表１４所示。作為應用而言，不必死記這些換算公式，隻要掌握每個指標的物理意義，運用三相圖就能推導出這些公式。
表１４三項指標的換算公式指標名稱指標表達式常用換算公式常見數值範圍及符號ｍｄｓ（１＋ω）３密度＝＝（１＋ω）＝ω１６～２．０ｇ／ｃｍρρＶρρｄ１＋ｅρｍｓρｄｓ３幹密度ｄ＝＝＝ω１３～１８ｇ／ｃｍρρｄＶρｄ１＋ω１＋ｅρｍｓ＋Ｖｖρωｄｓ＋ｅ３飽和密度ｓａｔｓａｔ＝ｓａｔ＝ω１８～２３ｇ／ｃｍρρＶρ１＋ｅρｍｓ－Ｖｓρωｄｓ－ｅ３浮密度′′＝′＝ｓａｔ－ω＝ω０８～１３ｇ／ｃｍρρＶρρρ１＋ｅρ：ｍｓ／ＶｓρｓＳｒｅ黏性土２７２～２７５土粒相對密度ｄＳｄｓ＝＝ｄｓ＝ρｗ４°ρｗ４°ω砂土：２６５～２６９淤泥質黏土：（）１～１５Ｖｖｄｓρωｄｓ１＋ωρω孔隙比ｅｅ＝ｅ＝－１＝－１黏性土和粉土：０４～１２Ｖｓρｄρ砂土：０３８～０９：Ｖｖｅρｄ黏性土和粉土３０％～６０％孔隙率ｎｎ＝×１００％ｎ＝＝１－Ｖ１＋ｅｄｓρω砂土：２５％～４５％ｍｗＳｒｅρ含水率ωω＝×１００％ω＝＝－１１０％～７０％ｓｍｓｄρｄＶｗωｄｓωρｄ飽和度ＳｒＳｒ＝×１００％Ｓｒ＝＝Ｖｖｅｎρω以下舉例說明如何利用指標定義法計算各指標。