内容提要

本书是同济大学岩土工程专业的主课教材，本教材是在本科生使用已20多年

的基础上，进行再充实和更新改编而成。

全书系统论述土的工程性质的形成、变化机理和研究方法；土的工程勘察基

本知识、勘探与取样技术和原位测试技术与工程应用；土工参数的统计分析原理

与方法；各类土地基的岩土工程评价与勘察；高层建筑地基变形的特殊问题以及

桩基的岩土工程评价与勘察。本书取材新、内容丰富，反映了当前国内外的先进

技术水平和理论研究成果，并密切联系工程实践，有很强的实用性。

本书可作为高等院校的土建、岩土工程及工程地质等专业本科生的教科书和

研究生的参考书，也可供从事岩土工程勘察、设计、施工等科技人员参考。

目 录

第一篇 土的工程性质

第1章 土的粒度成分与矿物成分

1－1土的粒度成分

1－2土的矿物成分

1－3粘土矿物的结晶结构及基本特征

1－4粘土矿物与成因间的联系

第2章 土中的水

2－1土中的水分子

2－2土中水的不同形态和特征

一 表面结合水

二 液态水

第3章 土粒与水的相互作用

3－1粘土粒的表面带电现象

3－2粘土粒的双电层概念

3－3土粒间的相互作用

3－4粘土中的离子交换

第4章 土的结构

4－1土的结构的基本特性

4－2单粒结构

4－3多粒结构

4－4土的灵敏性

第5章 土的工程性质的变化机理

5－1土的塑性

5－2土的体积变化

一 土的干缩与湿胀

二 土的压缩与固结

三 温度变化引起土的体积变化

5－3土的强度和土的应力应变关系

一 土的强度的特性

二 土的应力应变关系特性

第6章 土的工程分类

6－1土的工程分类的原则

6－2国外土的工程分类

一 美国的土的工程分类

二 英国工程用的土分类体系

三 前苏联建筑法规（CHHHⅡ－15－74）地基土的分类

6－3我国国内土的工程分类

一 《土的分类标准》（GBJ145－90）的土的工程分类

二 《建筑地基基础设计规范》（GBJ7－89）等的地基土的分类

第二篇 岩土工程勘察

第7章 岩土工程勘察的基本知识

7－1岩土工程勘察的基本任务

7－2岩土工程勘察的基本程序

7－3岩土工程勘察的分级

一 岩土工程安全等级

二 场地复杂程度分级

三 地基复杂程度分级

四 岩土工程勘察等级

7－4勘察阶段

一 选址勘察

二 初步勘察

三 详细勘察

四 施工勘察

7－5岩土工程评价准则

一 极限状态法

二 定性与定量评价

三 定值法准则与概率法准则

7－6岩土工程勘察的主要工作

一 勘察纲要

二 工程地质测绘与调查

三 勘探工作

四 测试工作

五 长期观测工作

六 岩土工程分析评价与成果报告

第8章 工程地质勘探与取样

8－1工程地质钻探

一 钻探的基本程序

二 浅孔钻的钻进方法

三 浅孔钻的常用设备

8－2取土技术和取土器

一 取土质量等级

二 取土器技术参数

三 取土器类型

四 取土质量的鉴定方法

第9章 原位测试技术

9－1载荷试验

一 载荷试验的基本原理

二 载荷试验的设备与试验技术要求

三 静力载荷试验资料的整理

四 静力载荷试验的适用条件与资料应用

9－2十字板剪力试验

一 十字板剪力试验的原理

二 十字板剪力试验的设备与试验要求

三 十字板剪力试验的适用条件和影响因素

四 十字板剪力试验资料的应用

9－3静力触探试验

一 静力触探探头的工作原理

二 静力触探的设备及试验要点

三 影响静力触探试验成果的因素

四 静力触探试验资料的整理

五 静力触探试验的成果应用

9－4圆锥动力触探

一 圆锥动力触探的基本原理

二 圆锥动力触探的设备与试验技术要求

三 圆锥动力触探的影响因素和触探指标的修正

四 圆锥动力触探试验资料的整理

五 圆锥动力触探的应用

9－5标准贯人试验

一 标准贯人试验的原理

二 标准贯人试验的技术要求

三 标准贯人试验的修正

四 标准贯人试验的成果整理

五 标准贯人试验的应用

9－6旁压试验

一 旁压试验的基本原理

二 旁压试验的技术要求

三 旁压试验的资料整理

四 旁压试验的应用

第10章 岩土工程监测

10－1土体位移（变形）量测

一 垂直沉降观测

二 水平位移的测量

三 边坡变形的观测

10－2土压力的测量

一 测量接触压力的土压力盒

二 土体内部压力的测量

三 永久或临时支撑结构承受荷载的测量

10－3孔隙水压力的测量

一 敞开式测压管或观测井

二 封闭式测压计

第三篇 土工参数的统计分析

第11章 土的工程参数的统计分析

11－1试验数据的整理与经验分布

11－2土的工程参数常用的概率分布模型

一 均匀分布

二 正态分布

三 对数正态分布

四 贝塔分布

11—3试验数据的特征参数的分析计算

一 位置、特征、参数

二 离散性特征参数

三 分布、特征、参数

四 相关特征参数

11－4设计参数的估计

一 总体平均值和总体均方差

二 置信 区间估计

11－5试验数量（或子样样本容量）

第12章 方差分析及正交试验设计

12－1单因素方差分析

12－2双因素的方差分析

12－3正交试验设计简介

第13章 回归分析和判别分析

13－1一元线性回归分析

13－2判别分析简介

一 判别分析的准则

二 两组线性判别分析

第四篇 地基土的岩土工程评价

第14章 地基土岩土工程评价的任务和方法

14－1地基评价的任务和内容

14－2确定地基承载力的原则

14－3确定地基承载力的方法

14－4可能出现地基稳定性问题的条件

第15章 粘性土和软土地基的岩土工程评价

15－1粘性土的工程分类及其基本特征

一 老粘性土

二 一般粘性土

三 新近沉积粘性土

15－2软土的生成环境与工程特性

一 淤泥和淤泥质土的生成环境与组成成分

二 淤泥和淤泥质土的结构性和状态特征

三 淤泥和淤泥质土的物理力学特性

四 不同成因的淤泥和淤泥质土的工程地质特征

15－3粘性土和软土地基承载力的综合评价

一 影响粘性土和软土地基承载力的因素

二 确定粘性土和软土地基承载力的方法

15－4软土地基工程勘察要点

一 应着重查明的问题

二 对勘探取土方法与取土器的要求

三 现场观察描述与现场试验的重要意义

第16章 砂土和粉土地基的岩土工程评价

16－1砂土和粉土的基本特征及岩土工程问题

16－2砂土和粉土紧密状态的评定问题

16－3砂土和粉土地基在静载作用下的承载力

一 影响砂土和粉土地基承载力的因素

二 砂土和粉土地基承载力的确定方法

16－4砂土和粉土在动荷载作用下的液化问题及其评价

一 影响砂土和粉土液化的因素

二 判别砂土和粉土液化可能性的方法

16－5流砂问题

第17章 碎石土地基的岩土工程评价

17－1碎石土的基本特征及岩土工程问题

17－2碎石土物理性质指标的测定

17－3碎石土力学强度指标的测定

17－4碎石土地基承载力的评定

第18章 黄土地基的岩土工程评价

18－1黄土和黄土状土的形成分布及工程特性

18－2黄土湿陷性和湿陷类型的划分及评价方法

一 黄土湿陷性的判别

二 黄土及其建筑场地的湿陷类型与判别方法

18－3黄土温陷起始压力及测定方法

一 黄土湿陷起始压力的意义和用途

二 黄土湿陷起始压力的确定方法

18－4湿陷性黄土地基的湿陷等级和工程地质分区

一 黄土地基湿陷等级的划分

二 中国湿陷性黄土的工程地质分区

18－5湿陷性黄土地基承载力和压缩变形计算

18－6黄土地基岩土工程勘察要点

一 应着重查明的问题

二 勘察阶段及场地复杂程度的划分

三 勘探点的布置与深度

四 采取原状土样问题

五 季节性对湿陷性黄土物理力学指标的影响

第19章 红粘土地基的岩土工程评价

19－1红粘土的形成、分布与研究意义

19－2红粘土的成分、物理力学特征及其变化规律

一 红粘土的组成成分

二 红粘土的一般物理力学特征

三 红粘土的物理力学性质变化范围及其规律性

19－3红粘土地基的承载力

一 确定红粘土地基承载力的几个原则问题

二 确定红粘土地基承载力的一般方法

三 关于按变形考虑红粘土地基承载力问题

四 关于按物理指标（wLe）确定红粘土地基承载力

19－4红粘土地基岩土工程勘察要点

一 应着重查明的问题

二 红粘土地基类型与勘察工作

第20章 填土地基的岩土工程评价

20－1填土分布概况与研究意义

20－2填土的工程分类及岩土工程问题

一 素填土

二 杂填土

三 冲填土

20－3填土地基的勘察与评价

一 素填土和压实填土地基的勘察与评价

二 杂填土地基的勘察与评价

三 冲填土地基评价资料

第21章 膨胀土地基的岩土工程评价

21－1膨胀土的分布与研究意义

21－2土的胀缩特性指标及其试验条件

一 自由膨胀率ζef（％）

二 膨胀率ζep（％）

三 膨胀力Pe

四 土的收缩率δs及收缩系数λs

21－3膨胀土的一般特征及影响地基胀缩变形的因素

一 膨胀土的一般特征

二 影响地基胀缩变形的主要因素

21－4膨胀土的判别

一 按土体的现场工程地质特征判别

二 按已有建筑物的变形 裂缝特征判别

三 按特征指标定量判别

21－5膨胀土建筑场地与地基评价

一 膨胀土建筑场地分类

二 膨胀土的膨胀潜势分类

三 膨胀土地基的胀缩等级

四 膨胀土地基变形计算

五 膨胀土地基承载力的确定方法与要求

六 膨胀土地基的稳定性验算

21－6膨胀土地基的设计原则与工程措施

21－7膨胀土建筑场地地基的岩土工程勘察要点

第五篇 高层建筑地基变形和桩基的岩土工程评价

第22章 高层建筑地基变形的特殊问题

22－1概述

22－2为减少高层建筑地基变形的地基基础设计措施

一 一般准则与经验

二 关于采用的基础类型问题

22－3补偿性基础的施工条件及其与地基变形和稳定性的关系

一 基坑土质条件较好时的常规施工问题

二 基坑开挖的临界深度

三 基坑隆起与再压缩变形的影响与预防措施

四 坑壁侧向位移和坑外沉降

五 减少基坑开挖与基础施工中应力解除的方法

六 施工及使用过程增大地基变形和不均匀变形的其他重要因素

22－4高层建筑地基变形的计算问题

一 基底压力取值及考虑地下水浮力作用的必要性

二 附加压力沿深度分布方程

三 大基础地基压缩层厚度的计算方法

四 考虑地基基础与上部结构共同作用基底回弹再压缩沉降等因素

综合估算大基础平均沉降

五 整体倾斜计算问题

22－5深基变形参数选择及取值问题

第23章 桩基的岩土工程评价与设计原则

23－1桩基的岩土工程问题

23－2桩基设计原则

一 桩型与成桩工艺选择

二 桩的布置原则

三 桩的承载能力和正常使用状态验算要求

四 考虑承台桩土共同工作的条件

23－3桩基持力层的选择及桩端全断面进入持力层的深度

一 桩基持力层的选择

二 桩端全断面进入持力层的深度

23－4单桩竖向极限承载力

一 单桩竖向极限承载力的确定原则

二 用静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力

三 用其他原位测试资料估算单桩竖向极限承载力

四 按经验参数估算单桩竖向极限承载力

23－5桩基整体强度验算

一 群桩基础整体强度验算

二 群桩基础软弱下卧层的强度验算

23－6桩基沉降计算

23－7桩的负摩阻力

一 产生负摩阻力的原因

二 影响负摩阻力大小的因素与分布条件

三 负摩阻力对桩基承载力和沉降影响的验算

四 桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载的计算

23－8桩基勘察要点

共价键有固定的键角，有方向性。

金属键是由金属的自由电子及离子组成的结晶格架之间的相互作用构成。

第一价键键力的影响范围为1～2A（1A＝10－10m）， 其能量相当于20～200kcal/克分

子（1kcal＝4.187×103J）

2.分子间键（第二价键）也称为范德华（VanderWaals）键，该键力的出现与定向作用、

诱寻作用和分散作用有关。

极性分子间相反电荷的偶极端接近时的相互吸引力，就产生定向吸引作用，定向吸引

的能量在颇大程度上取决于温度，当温度升高时它就减小。

极性分子激发起邻近分子的诱导偶极，并互相吸引，即诱导吸引作用。

分散作用是相互作用的分子中电子转动时，产生了瞬间偶极，于是引起相互的吸引作

用。

分子间键力的影响范围比第一价键力大得多，约在5A以上，其键能则比第一价键小

得多，约为0.5～5kca1/克分子。

在第二价键中，尚有一特殊的键，即氢键。氢原子失去一个电子，成为一裸露的原子

核，它能够和带有负电荷的其他离子相互吸引构成特殊的氢键，由于氢离子尺寸小，只允

许有两个相邻的离子靠拢，故氢键只能连接两个离子。如H2O水分子间，氢键是一个重

要组成部分。氢键的影响范围约为2～3A，键能达5～10kcal/克分子。

矿物颗粒本身的强度主要由第一价键形成的，而土粒与土粒间、土粒与水分子之间的

联结强度主要由第二价键形成。故粒间和土粒与水之间的联结力远比土粒本身的强度小。

可以认为土体的强度主要取决于粒间的联结力。

而不同矿物成分的土粒与水相互作用的特征，则取决于矿物结晶颗粒内部原子的结

构。

下面重点介绍粘土矿物的结晶结构。

1－3 粘土矿物的结晶结构及基本特征

粘土矿物乃是含水的硅酸盐或铝硅酸盐。其颗粒一般均小于2μm，当与少量水混合

时，有可塑性和粘性。大多数粘土矿物是结晶质的，但也有非晶质粘土矿物（如水铝英

石）。

粘土矿物的晶体结构主要是由两个基本结构单元组成的，即：硅氧四面体和氢氧化铝

八面体（也称为三水铝石八面体）。

四面体的中心是四价的硅离子Si4＋，而四个二价的氧离子O2－分布于四面体的四个顶

角，四面体的四个面均为等边三角形（图1－2（a））。有时，四面体中的氧离子为氢氧离

子所代替。四面体的底面落在同一平面上，以三个尖顶彼此连结，第四个尖顶均指向同一

个方向。在平面上组成六角形网格状结构或链状结构（图1－2（b）），成为四面体层。

八面体由六个氧或氢氧离子以相等的距离排列而成，铝离子居于中（图1－3（a）），八

面体亦排列成层状态结构，成为八面体层（图1－3（b））。

四面体层与八面体层的不同组合堆叠重复，就形成了各种粘土矿物的不同层状结构。

由一个四面体层与一个八面体层重复堆叠的称为1：1型结构单位层（如高岭石等），

亦称为二层型。

由二个四面体层间夹一个八面体层重复堆叠的称为2：1型结构单位层（如蒙脱石、

伊利石等），亦称为三层型。

在层状结构中，四面体层与八面体层间共用一个氧离子层，故四面体层与八面体层间

的键力为第一价键，联结较强。但在1：1或2：1型结构单位层间并不共用氧离子层，层

间的联结就较弱。

1.在高岭石类粘土矿物中，结构单位层间为O与OH（或OH与OH）相邻（图

l－4），故结构单位层间除范德华键外，还有氢键，因此提供了较强的联结。故高岭石在

水中，层间不分散，但有较好的介理面。晶格活动性小，浸水后结构单位层间的距离不

变，使高岭石膨胀性及压缩性都较小。

2.在蒙脱石类粘土矿物中结构单位层间为O与O（图1－5），故连结极弱，易于为具

有氢键的强极化水分子所分开。另外，蒙脱石中同形置换比较普遍，一般发生于八面体

中，也发生于四面体中，因此吸附有交换阳离子（如Na＋，Ca2＋等）， 这种阳离子吸引极

性水分子成水化离子，充填于结构单位层间。故蒙脱石的晶格活动性极大，层间能吸附

水，膨胀性及压缩性极高。甚至层间可能完全分散，成高度分散的横向延伸很大的薄膜片

状。