對比分析不同規(guī)范下粘性土的液塑限測定方法*

莊宇 王靜 張玫

0 引言

工程中常用的液限、塑限都是標志粘性土的物理狀態(tài)變化的界限含水量,土從固態(tài)到液態(tài),使相應的地基承載力特征值由fak=450 kPa逐漸下降為 fak=45 kPa,相差10倍以上[1]。液限、塑限的概念最早由瑞典農(nóng)學家阿太堡(Atterberg)于1911年提出,太沙基在1952年引入土力學。工程中常用塑性指數(shù)值的范圍對粘性土及粉土進行分類,液性指數(shù)評判粘性土的軟硬程度。因此,如何準確測定粘性土的液塑限尤為重要。

1 液限、塑限的測定方法

1)目前我國細粒土的液限測定方法有四種:a.碟式法;b.76 g圓錐儀,錐角30°,入土深度17mm;c.76 g圓錐儀,錐角30°,入土深度10mm;d.100 g圓錐儀,錐角 30°,入土深度20mm;

2)塑限測定方法有兩種:a.搓條法,用手掌在毛玻璃板上搓滾土條,當土條直徑達3mm時,剛好出現(xiàn)裂縫并斷裂,此時的含水量稱為塑限;b.76 g圓錐,錐角30°,圓錐入土深度為 h(h值視不同的標準而有所規(guī)定,詳見表1[2-4])。

表1 各規(guī)范要求的液限、塑限圓錐入土深度

以上各種測定方法均是以土體抗剪強度等效為依據(jù)。我國所測定的液限對應的土體強度與美國ASTM碟式儀法測得液限時的土體抗剪強度等效,塑限的測定方法與搓條法強度等效。

目前實驗室中多采用液塑限聯(lián)合測定儀測定土的液塑限值。在液塑限聯(lián)合測定法中,同一土試樣的圓錐儀入土深度與其含水率之間在雙對數(shù)坐標上近似為一直線關系(一般做三組數(shù)據(jù),圓錐入土深度分別在2mm～3mm,7mm～9mm以及17mm～19mm時對應的含水量),通過數(shù)據(jù)處理得出其直線關系,并由直線可求得入土深度為17mm(或10mm)和2mm的含水量,分別為土試樣的液限和塑限。

2 對比分析各種測定方法

2.1 液塑限錐入深度標準的確定

Casagrande用碟式儀做土樣液限試驗時測得土在液限狀態(tài)下的不排水抗剪強度為26 kPa,根據(jù)蘇聯(lián)列賓捷爾德理論:粘滯塑性體具有一定稠度時,不論作用力大小,其抗剪強度不變。則可由式(1)計算液限狀態(tài)時的錐入深度[1]。

由于塑限時不排水的抗剪強度是其液限時不排水抗剪強度的100倍,為此,由式(1)知,對于同一圓錐儀其所測土體液、塑限狀態(tài)時的下沉深度有:

表2 式(1),式(2)計算圓錐入土深度

通過以上公式計算出各規(guī)范錐入深度見表2。

通過表1,表2的對比分析得出:

1)對于液限,100 g圓錐儀錐入深度應為20.6mm,該值與交通部公路規(guī)范采用的錐入深度20mm基本一致;水利水電部規(guī)范76 g圓錐儀入土深度17mm時所對應的含水量作為液限標準比較合理,而76 g圓錐儀入土深度10mm時所對應的含水量作為液限標準,其入土深度明顯偏小,測得的液限值與真實值之間存在較大的誤差。我國采用兩種液限標準,只是使用目的不同。當確定土的液限值用于了解土的物理性質及塑性土分類時,采用17mm時的含水量作為液限標準;當用于確定粘性土承載力標準值時,采用10mm液限標準來計算塑性指數(shù)和液性指數(shù)。

2)對于塑限,無論哪種規(guī)范使用的76 g圓錐儀,下沉深度2mm時,土體已進入塑性狀態(tài),此時的含水量定為塑限比較合理。

2.2 各種試驗方法的優(yōu)缺點

滾搓法雖然操作簡單但具有標準不易掌握,人為因素影響較大等缺點;碟式儀液限法碟式儀法為測定液限的經(jīng)典方法,其物理意義明確。但由于儀器制造和操作要求十分嚴格,對某些土如砂性土因振動作用會出現(xiàn)“液化”現(xiàn)象等問題,應用較少;而液塑限聯(lián)合測定法具有操作簡單,所測數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定,標準易于統(tǒng)一等優(yōu)點,通過試驗數(shù)據(jù)能直接得出土的塑限,17mm液限和10mm液限因此使用比較廣泛。

3 結語

1)76 g圓錐儀測定土體的液、塑限,入土深度17mm,2mm時的含水量作為液限、塑限標準比較合理,所測土體的不排水抗剪強度與碟式儀法等效。2)無論哪種測定方法都是為實際工程服務的。采用兩種液限標準,只是使用目的不同,相互并不矛盾。3)通過式(1)可知,同一重量的錐式液限儀所測土體液限、塑限與入土深度有一定的函數(shù)關系,可以與試驗數(shù)據(jù)互相參照提高試驗效率。同時也可以借助Excel和AutoCAD聯(lián)合繪制土工試驗曲線,準確、快捷的得出土的液塑限。

[1]陳希哲.土力學地基基礎[M].北京:清華大學出版社,1998.

[2]SL 237-1999,土工試驗規(guī)程[S].

[3]GB/T 50123-1999,土工試驗方法標準[S].

[4]GB 50007-2002,建筑地基基礎設計規(guī)范[S].