EXCEL在液塑限聯(lián)合測(cè)定試驗(yàn)中的應(yīng)用

劉喜峰

摘 要：液塑限聯(lián)合測(cè)定試驗(yàn)是土力學(xué)實(shí)驗(yàn)中必做的一項(xiàng)，但學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室操作時(shí)，深受試驗(yàn)結(jié)果處理的困擾，一方面圓錐下沉深度與含水率關(guān)系曲線是在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中繪制的，對(duì)于本科生而言有一定難度；另一方面曲線中數(shù)據(jù)點(diǎn)的選用與連接關(guān)系到試驗(yàn)的精度，需要謹(jǐn)慎處理。因此，本文以學(xué)生測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，應(yīng)用EXCEL對(duì)其加以分析，改善關(guān)系曲線的繪制，以便快捷、準(zhǔn)確地得出結(jié)論。

關(guān)鍵詞：液限；塑限；EXCEL；雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系

1 概述

土體的塑限和液限均為界限含水率，塑限是土體從半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水率，而液限是土體從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動(dòng)狀態(tài)的界限含水率。這兩種界限含水率和土粒組成、礦物成分、土粒表面吸附陽(yáng)離子等性質(zhì)有關(guān)，對(duì)粘性土的分類和工程性質(zhì)的評(píng)價(jià)有著重要意義。塑限和液限的測(cè)定可采用錐式液限儀聯(lián)合試驗(yàn)，也可采用蝶式液限儀和滾搓法?？紤]到結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)工作量的大小，本實(shí)驗(yàn)室采用錐式液限儀聯(lián)合試驗(yàn)。測(cè)定時(shí)取風(fēng)干土樣（過(guò)0.5mm篩）200g，加水拌勻制備試樣。測(cè)定試樣在不同含水率時(shí)，相應(yīng)圓錐體下沉深度。記錄三組數(shù)據(jù)后，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，以含水率為橫坐標(biāo)，圓錐下沉深度為縱坐標(biāo)，繪制關(guān)系圖。在直線上查得，縱坐標(biāo)（即圓錐體下沉深度）為17mm所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)（即含水率）為液限，而縱坐標(biāo)為2mm時(shí)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的橫坐標(biāo)為塑限。

2 現(xiàn)存的問(wèn)題

在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制圓錐體下沉深度及含水率的關(guān)系直線，并不是一個(gè)精細(xì)的數(shù)據(jù)處理工作。學(xué)生在描點(diǎn)和連線上都存在著問(wèn)題，因此試驗(yàn)結(jié)果并不準(zhǔn)確。

2.1 雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系

傳統(tǒng)的液塑限聯(lián)合測(cè)定試驗(yàn)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)會(huì)采用作圖法，步驟繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且學(xué)生在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上描點(diǎn)連線后，線條不夠平滑，坐標(biāo)紙面不夠美觀干凈，精度難以保證。

2.2 曲線的繪制

將三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)落在坐標(biāo)系后，下一步應(yīng)將數(shù)據(jù)點(diǎn)連線。因三組數(shù)據(jù)并非隨機(jī)數(shù)據(jù)，而是要求圓錐體下沉深度在3～4mm，7～9mm，15～17mm，因此極可能出現(xiàn)三點(diǎn)不在同一條直線上的情況。此時(shí)應(yīng)作處理，通過(guò)高含水率的一點(diǎn)與其余兩點(diǎn)連兩直線，在圓錐下沉深度為2mm、17mm處查得相應(yīng)的兩個(gè)含水率，如果差值不超過(guò)2%，用平均值的點(diǎn)與高含水率的點(diǎn)做一直線。若含水率誤差大于或等于2%，應(yīng)重新做實(shí)驗(yàn)。這意味著，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，繼挑出可用的數(shù)據(jù)點(diǎn)后，學(xué)生花費(fèi)時(shí)間將其繪制成直線并查出兩個(gè)含水率，卻不一定能保證在誤差范圍，若不合適，還需重新實(shí)驗(yàn)。為減少作圖過(guò)程帶來(lái)的影響和偏差，建議學(xué)生換一種較為便捷的方式，即采用EXCEL求解。

3 EXCEL的應(yīng)用

3.1 EXCEL簡(jiǎn)介

EXCEL具有出色數(shù)據(jù)處理功能，且可以根據(jù)源數(shù)據(jù)繪制各種類型的圖表，還可快速變換為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系。因此考慮在土力學(xué)液塑限實(shí)驗(yàn)中引入EXCEL，為學(xué)生提供一種新的思路[1]。

3.2 編程及數(shù)據(jù)處理

將學(xué)生實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)列入EXCEL表格中，并將三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)分別標(biāo)以A、B、C點(diǎn)，A代表含水率大的點(diǎn)，C代表含水率小的點(diǎn)，B居中。接下來(lái)[2][3]，

第一步，插入XY散點(diǎn)圖，添加兩個(gè)系列：“AB線”和“AC線”。分別將兩條直線相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)選中，落在坐標(biāo)系中。

第二步，轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系，分別右擊X，Y坐標(biāo)軸，選擇“坐標(biāo)軸格式”，在彈出對(duì)話框中切換到“刻度”選項(xiàng)卡，選中“對(duì)數(shù)刻度”，這樣便得到雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系。

第三步，分別右擊B點(diǎn)和C點(diǎn)，選擇“添加趨勢(shì)線”，在“類型”中選擇線性，在“選項(xiàng)”中勾選“顯示公式”。AB線與AC線的方程式便顯現(xiàn)。將兩條直線的斜率、截距分別記錄在EXCEL表格中。若兩條直線斜率相同，則三點(diǎn)共線，直接計(jì)算y=2mm和y=17mm對(duì)應(yīng)的x即可。若不同，需判斷是否重做實(shí)驗(yàn)。

第四步，在表格中編輯公式，將AB線和AC線在y=2mm時(shí)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)x值（含水率）相減，絕對(duì)值小于2%，則不需重做。將兩個(gè)x值的平均值作為橫坐標(biāo)（此即為塑限），2mm作為縱坐標(biāo)，定義為D點(diǎn)，重復(fù)第一步和第三步連接AD，并給出AD線方程式。

第五步，在AD線中，y=17mm時(shí)對(duì)應(yīng)的x值即為液限。

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)EXCEL處理后見(jiàn)表1和圖1。

表1 EXCEL表格中數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算

圖1 圓錐下沉深度與含水率關(guān)系曲線

4 結(jié)論

盡管EXCEL功能廣，有很多內(nèi)部函數(shù)，如INTERCERT（），CORREL（）等，但對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，利用此類工具的前提是理解原理，所以應(yīng)采用直觀淺顯的計(jì)算公式，以保證對(duì)于只掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，易于理解，且能靈活應(yīng)用。盡管EXCEL繪出的關(guān)系曲線不夠完美，坐標(biāo)刻度單位最小為10，但已能滿足實(shí)驗(yàn)要求。將EXCEL應(yīng)用于土力學(xué)液塑限數(shù)據(jù)處理中，可避免學(xué)生的計(jì)算失誤和繪圖問(wèn)題，并能自行計(jì)算，自行繪圖，是一種簡(jiǎn)單方便的工具，且能保證精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙翔宇.Excel表格在土的液塑限試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].山西交通科技，2014（1）：21-23.

[2]張向東，劉家順，王長(zhǎng)江.Excel和MATLAB在液塑限聯(lián)合測(cè)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，2010，40：659-662.

[3]張勝，敖大華.液塑限聯(lián)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)Excel快速處理方法[J].土工基礎(chǔ)，2013（5）：76-78.