印尼某地區(qū)黏性土含水率及液塑限相關(guān)性研究

王洪緒，裴成玉，付佳

印尼某地區(qū)黏性土含水率及液塑限相關(guān)性研究

王洪緒1，裴成玉1，付佳2

（1.中交第一航務工程勘察設(shè)計院有限公司，天津300222；2.錦州港股份有限公司，遼寧錦州121007）

天然含水率、液塑限是黏性土的常規(guī)物理性指標，是土類定名、分層、提供承載力的重要依據(jù)。通過對印尼某地區(qū)979個黏性土土樣的含水率、液塑限數(shù)據(jù)進行線性回歸分析，表明該地區(qū)黏性土在105℃和68℃溫度下的含水率、液塑限存在良好的線性相關(guān)關(guān)系，可為當?shù)匾院蟮墓こ烫峁﹨⒖肌?/p>

含水率；液塑限；回歸分析；相關(guān)關(guān)系

0 引言

印尼地處東南亞，屬熱帶雨林氣候，土中含有少量的有機質(zhì)和親水性礦物。特殊的氣候和地理環(huán)境造成了土的物理性指標的特殊性，使得天然含水率、孔隙比、液塑限等指標與我國國內(nèi)相比，具有很大差異性。通過對979個土樣的試驗數(shù)據(jù)分析表明，天然含水率最大值為155.2%，平均值為58.6%，液限最大值為121.7%，平均值為66.1%，塑限最大值為69.2%，平均值為35.2%。比國內(nèi)黏性土指標普遍偏高。造成差異的主要原因是土中含有機質(zhì)土所吸附的結(jié)合水以及其它親水性或易揮發(fā)的化學物質(zhì)。由于土中含有有機質(zhì)，依據(jù)GB/T 50123—1999《土工試驗方法標準》，含水率需要進行65~70℃（含有機質(zhì)超過干土質(zhì)量5%的土）和105~110℃的比對試驗，以便確定含水率試驗的烘烤溫度[1-3]。

1 地層特征簡介

該地區(qū)的黏性土層，按成因大致可分為第Ⅰ海相沉積層、第Ⅱ海相沉積層和海陸交互相沉積層。其基本特征如下：

第Ⅰ海相沉積層：主要表現(xiàn)為淤泥和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰黑色、褐灰色、灰色，軟塑狀，中塑~高塑性，土質(zhì)不均勻，含有機質(zhì)與碎貝殼，混粉土團與砂團。該層分布廣泛，層厚穩(wěn)定連續(xù)。

第Ⅱ海相沉積層：主要表現(xiàn)為黏土，灰色、深灰色、青灰色，可塑~硬塑狀，高塑性，土質(zhì)不均勻，含有機質(zhì)，夾粉土團與碎貝殼，局部混較多砂粒。該層分布廣泛，層厚穩(wěn)定連續(xù)。

海陸交互相沉積層：主要表現(xiàn)為黏土和粉質(zhì)黏土，深灰色、黑灰色、黃灰色、青灰色、藍灰色，硬塑狀，中塑~高塑性，土質(zhì)不均勻，含有機質(zhì)，夾砂斑與砂薄層。該層分布廣泛，層厚穩(wěn)定連續(xù)。

總體來說，該地區(qū)覆蓋的黏性土層具有較強的規(guī)律性。

2 物理性試驗比對分析

依據(jù)《土工試驗方法標準》的規(guī)定，含水率采用烘烤法測定，采用的儀器設(shè)備主要為電熱烘箱和天平。主要技術(shù)參數(shù)為電熱烘箱：控制溫度65~70℃和105~110℃；天平：量程200 g，最小分度值0.01 g。液限采用TYS-3電腦土壤液塑限聯(lián)合測定儀測定，主要技術(shù)參數(shù)：1）圓錐儀總重76 g±0.2 g。2）圓錐角度30°±0.2°。3）測讀入土深度0~22 mm。4）測讀精度0.01 mm。5）測量時間5 s。6）電磁吸力＞100 g。7）電源220 V±10%。試驗方法為采用76 g錐，當錐體下沉5 s，圓錐剛好達到10 mm時的含水率即為液限。塑限采用搓條法，即土條在毛玻璃板上滾搓到3 mm時，出現(xiàn)裂紋，并自動斷裂作為標準[1]。

2.1105 ℃物理性指標液塑限的關(guān)系分析

本研究共采集979件土樣進行了土的天然含水率和液塑限測定，試驗溫度分別采用105℃和68℃，并分別進行數(shù)理統(tǒng)計。其中液塑限剔除了153件混合土及有機質(zhì)土，105℃土的物理性統(tǒng)計結(jié)果見表1。從表1可以看出：含水率、液塑限、塑性指數(shù)的標準差較大，重度和孔隙比的試驗標準差較小。含水率的標準值為59.5%，濕重度的標準值為15.74 kN/m3，孔隙比的標準值為1.81，液限的標準值為69.9%，塑限的標準值為35.9%，塑性指數(shù)的標準值為34.1。

表1105 ℃土的物理性指標統(tǒng)計表Table 1The physical indexes of cohesive soil at 105℃

通過對試驗數(shù)據(jù)的分析整理，發(fā)現(xiàn)其液限數(shù)據(jù)和塑限數(shù)據(jù)之間有著比較密切的相關(guān)關(guān)系，同時兩個指標的數(shù)據(jù)均是通過室內(nèi)試驗直接獲得。液限采用76 g圓錐儀法測定，塑限采用滾搓法測定。液限數(shù)據(jù)和塑限數(shù)據(jù)間關(guān)系公式建立過程如下：首先，以液限為橫坐標軸，塑限為縱坐標軸，建立二維平面坐標系；而后將每個土樣按其液限數(shù)據(jù)和塑限數(shù)據(jù)，分別投射到這個以液限為橫軸、塑限為縱軸的平面坐標系中，如此就得到826個土樣的液限塑限關(guān)系散點圖模型，如圖1所示；最后，在此液塑限關(guān)系散點圖模型上，運用最小二乘法，歸納推導出液限和塑限之間的關(guān)系公式：WP=0.321WL+13.393。從圖1可以看出：隨著液限的增大，塑限也逐漸增大。液限的數(shù)據(jù)集中在30%~100%之間，塑限的數(shù)據(jù)集中在20%~50%之間。相關(guān)系數(shù)R2為0.856 1，相關(guān)性較好。

圖1105 ℃時的液塑限關(guān)系曲線Fig.1The relation curve of liquid limit and plastic limit at105℃

2.2105 ℃和68℃界限含水率的關(guān)系分析

選取部分試樣在不同溫度下（105℃和68℃）進行天然含水率和液塑限試驗，對試驗結(jié)果整理后如表2所示?？煽闯?，105℃和68℃含水率比較接近，105℃和68℃液塑限亦比較接近。運用關(guān)系散點圖模型，對含水率、液限和塑限在105℃和68℃烘烤下的相關(guān)性進行研究，結(jié)果如圖2~圖4所示。在此關(guān)系散點圖模型上，運用最小二乘法，歸納推導出含水率、液限和塑限在105℃和68℃烘烤下的關(guān)系式分別為：W68℃=0.892 4W105℃+ 2.535 6、WL68℃=0.874 7 WL105℃+3.252 2和WP68℃= 0.915 4WP105℃+0.436 9，式中：W為含水率；WP為塑限值；WL為液限值。由圖2~圖4可以看出，105℃天然含水率、液限、塑限和68℃的同一指標對應值相關(guān)密切，線性關(guān)系明顯，相關(guān)系數(shù)均在0.98以上?？蔀椴煌婵緶囟认碌母魑锢硇灾笜碎g的轉(zhuǎn)換提供經(jīng)驗公式。

表2105 ℃與68℃天然土的物理性指標統(tǒng)計表Table 2The physical indexes of natural soil at 105℃and 68℃%

圖2105 ℃和68℃天然含水率關(guān)系曲線Fig.2The relation curve of natural moisture content at 105℃and 68℃

圖3105 ℃和68℃液限關(guān)系曲線Fig.3The relation curve of liquid limit at 105℃and 68℃

圖4105 ℃和68℃塑限關(guān)系曲線Fig.4The relationcurveofplasticlimitat105℃and 68℃

2.3105 ℃天然土的液限與烘烤后浸泡24 h后液限的關(guān)系分析

選取代表性的土樣150組，先進行105℃天然土液限試驗，然后將試樣在105℃烘烤稱量后，用水浸泡24 h，使其充分地排氣飽和。采用散點圖和最小二乘法，對浸泡后液限與天然土液限的相關(guān)性進行研究，結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，隨著天然土液限的增大，烘烤浸泡24 h后的液限也逐漸增大，兩者具有一定的規(guī)律性，但是局部集中現(xiàn)象比較明顯，線性關(guān)系較差，相關(guān)系數(shù)R2為0.529 3，說明有機質(zhì)對液限影響較大。將105℃天然土液限與烘烤浸泡24 h液限的差值與烘烤后浸泡24 h液限和天然土液限的比值進行相關(guān)性分析，如圖6所示，二者的線性關(guān)系明顯增強，相關(guān)系數(shù)達到0.96以上。

圖5105 ℃天然土液限與烘烤后浸泡24 h液限關(guān)系曲線Fig.5The relation curve of natural liquid limit at 105℃and the liquid limit soaked for 24 h

圖6105 ℃液限和烘烤后浸泡24 h液限的差值與烘烤后液限和天然土液限比值關(guān)系曲線Fig.6The relation curve of difference and ratio about natural liquid limit at 105℃and the liquid limit soaked for 24 h

3 結(jié)語

1）試驗地區(qū)土樣105℃的液塑限相關(guān)性明顯，經(jīng)驗公式為WP=0.321WL+13.393，可為本地區(qū)的液塑限提供借鑒。

2）試驗地區(qū)土樣105℃和68℃天然含水率具有很強的相關(guān)性，經(jīng)驗公式為W68℃=0.8924W105℃+ 2.535 6，可為有機質(zhì)土的含水率提供經(jīng)驗值。

3）試驗地區(qū)土樣105℃和68℃液限相關(guān)性好，經(jīng)驗公式為WL68℃=0.874 7WL105℃+3.252 2，可為有機質(zhì)土的液限提供經(jīng)驗值。

4）試驗地區(qū)土樣105℃和68℃塑限相關(guān)性好，經(jīng)驗公式為WP68℃=0.915 4WP105℃+0.436 9，可為有機質(zhì)土的塑限提供經(jīng)驗值。

5）試驗地區(qū)土樣105℃天然土液限與烘烤浸泡24 h后液限相關(guān)性稍差；105℃液限和烘烤后浸泡24 h液限的差值與烘烤后液限和天然土液限比值的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)R2為0.934 5。

6）含水率、液塑限的上述結(jié)論是通過部分土的試驗結(jié)果初步得到的，還需要收集更多的數(shù)據(jù)進行深入研究。

[1]GB/T 50123—1999，土工試驗方法標準[S]. GB/T 50123—1999,Standard for soil test method[S].

[2]SL 237—1999，土工試驗規(guī)程[S]. SL 237—1999,Specification of soil test[S].

[3]工程地質(zhì)手冊編委會.工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007. Editorial Committee of Engineering Geology Manual.Engineering geology manual[M].Beijing:China Architecture&Building Press, 2007.

[4]李剛.有機質(zhì)對軟土流變性質(zhì)的影響及其在工程中的應用[J].科學之友，2011（10）：142-143. LI Gang.The organic matter′s impact on rheological properties of soft soil and its application in engineering[J].Friend of Science Amateurs,2011(10):142-143.

[5]戚玉紅，趙居代，楊鴻鈞.珠海港高欄港區(qū)粘性土液限與塑限相關(guān)性的研究[J].港工技術(shù)，2014，51（3）：79-81. QI Yu-hong,ZHAO Ju-dai,YANG Hong-jun.Research on correlation between liquid limit and plastic limit of clayey soil at Zhuhai Port Gaolan Harbor[J].Port Engineering Technology,2014,51(3): 79-81.

[6]戚玉紅，趙居代，楊鴻鈞.黃驊港煤炭港區(qū)粘性土液限與塑限相關(guān)性研究[J].港工技術(shù)，2015，52（5）：112-116. QI Yu-hong,ZHAO Ju-dai,YANG Hong-jun.Correlation analysis of liquid limit and plastic limit of clayey soil samples collected from Huanghua Port Coal Harbor[J].Port Engineering Technology,2015, 52(5):112-116.

Correlation on moisture content and liquid-plastic limit of cohesive soil in a certain region of Indonesia

WANG Hong-xu1,PEI Cheng-yu1,FU Jia2
（1.CCCCFirst Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China;2.JinzhouPort Co.,Ltd.,Jinzhou,Liaoning 121007,China）

The natural moisture content,liquid-plastic limit are conventional physical indexes of cohesive soil,and they are the important basis for naming,layering and providing bearing capacity.Based on 979 soil samples of cohesive soil in a certain region of Indonesia,we carried linear regression analysis on their moisture content,liquid-plastic limit.The results show that there is a good linear correlation on the moisture content and the liquid-plastic limit of the cohesive soil at 105℃and 68℃, which can provide a reference for the future projects.

moisture content;liquid-plastic limit;regression analysis;correlation

U652.2

A

2095-7874（2017）08-0053-04

10.7640/zggwjs201708012

2017-03-23

2017-05-22

王洪緒（1971—），男，遼寧大連人，高級工程師，主要從事巖土試驗檢測、資料審定工作。E-mail：674649850@qq.com