渤海近?？谲涴ね烈核芟拊囼?yàn)研究

畢慶濤 曹世超 吳琦 吳家琦 丁柄棟

摘要：液塑限是為細(xì)粒土定名分類、評(píng)價(jià)工程性質(zhì)的重要參數(shù)，通過(guò)對(duì)渤海近?？诔练e的軟黏土進(jìn)行液塑限聯(lián)合測(cè)定試驗(yàn)和顆粒分析試驗(yàn)，研究了該地區(qū)細(xì)粒土的液塑限影響因素，并提出了一些建議。研究結(jié)果顯示，土體中膠粒含量影響著土體的塑性指數(shù)，并且在反映土樣可塑性時(shí)有一定的界限和范圍，渤海近?？谲涴ね聊z粒臨界含量為7.5%。對(duì)不同規(guī)范所取的測(cè)點(diǎn)入土深度區(qū)間進(jìn)行試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，《土工試驗(yàn)規(guī)程》與《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)得的土體液塑限指標(biāo)不同，其原因可能是測(cè)點(diǎn)入土深度和對(duì)應(yīng)的含水率并非理想的線性關(guān)系，建議在進(jìn)行液塑限聯(lián)合測(cè)定時(shí)考慮此因素，從而使結(jié)果更加準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：液塑限聯(lián)合測(cè)定法：塑性指數(shù);可塑性;膠粒;測(cè)點(diǎn)入土深度

中圖分類號(hào)：TV41

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j .issn.1000-1379.2019.05.032

液塑限是土工試驗(yàn)中不可缺少的一項(xiàng)基本試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定液限和塑性指數(shù)可初步對(duì)細(xì)粒土進(jìn)行分類定名[1-2]。細(xì)粒土包括粉土和黏土，粉土是一種介于黏土和砂土之間的具有特殊工程性質(zhì)的過(guò)渡性土[3]?，F(xiàn)階段對(duì)細(xì)粒土的分類定名一般有兩種方法：一種是根據(jù)塑性圖利用塑性指數(shù)和液限分類定名：另一種是結(jié)合顆粒分析結(jié)果和土的塑性指數(shù)共同對(duì)其進(jìn)行分類定名[4-5]。因此，液塑限指標(biāo)的正確性影響到土體的劃分和評(píng)價(jià)，準(zhǔn)確測(cè)定土體的液塑限指標(biāo)具有重要意義。

影響液塑限指標(biāo)的因素主要有測(cè)定方法、測(cè)點(diǎn)人土深度、不同粒徑土體含量等，國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于液塑限試驗(yàn)的研究取得了很多成果。液塑限的測(cè)定方法通常有液塑限聯(lián)合測(cè)定法（落錐法）、標(biāo)準(zhǔn)圓錐法、碟式液限儀法、搓條法等，碟式液限儀法、搓條法不容易控制，人為因素影響較大且耗時(shí)長(zhǎng)，聯(lián)合測(cè)定法操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)容易處理、效率高，因此液塑限試驗(yàn)常用聯(lián)合測(cè)定方法[2]。Feng等[6]分別用落錐法和滾搓法測(cè)定土體的液塑限，并建議使用落錐法測(cè)定土體的液塑限。蔣佰坤等[7]通過(guò)大量試驗(yàn)說(shuō)明了利用聯(lián)合測(cè)定法取代搓條法在液塑限試驗(yàn)中的可行性。有很多文獻(xiàn)提出圓錐測(cè)定人土深度可能影響土體的液塑限指標(biāo)。由于不同規(guī)范對(duì)液塑限試驗(yàn)所取的測(cè)點(diǎn)人土深度范圍不同，因此導(dǎo)致同一種土可能有不同的液塑限指標(biāo)[5]。楊三興[8]建議在規(guī)范規(guī)定選取的3個(gè)深度范圍外增加2個(gè)測(cè)點(diǎn)深度，這樣可使測(cè)得的結(jié)果更加準(zhǔn)確。周曉杰[9]用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀對(duì)陜西黃土進(jìn)行了一系列液塑限影響因素試驗(yàn)，建議將規(guī)定的圓錐下沉深度由原來(lái)的20 mm改為12 mm。曹學(xué)禹[1O]通過(guò)研究不同材料土體的圓錐人土深度與其液塑限的相關(guān)性，建議黏性土測(cè)點(diǎn)人土深度取3 mm以上，而粉煤灰選深度4 mm以上的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。郭瑩等[5]用液塑限聯(lián)合測(cè)定法測(cè)定了大連地區(qū)粉土和粉砂的液限和塑限，得出若黏粒含量低于13%，則認(rèn)為測(cè)得的塑性指數(shù)不能完全反映該土樣真實(shí)的塑性的結(jié)論。董均貴等[11]研究了粒徑和比表面積對(duì)土體液塑限和塑性指數(shù)的影響規(guī)律，建議在進(jìn)行液塑限試驗(yàn)時(shí)考慮粒徑對(duì)土體液塑限的影響。

可見(jiàn)，液塑限的影響因素主要是測(cè)點(diǎn)人土深度和土體顆粒級(jí)配。筆者通過(guò)對(duì)渤海近海口軟土進(jìn)行液塑限試驗(yàn)，在獲得該區(qū)域土樣基本性質(zhì)的基礎(chǔ)上，研究了粉土分類定名過(guò)程中液塑限試驗(yàn)的重要性及液塑限試驗(yàn)中測(cè)點(diǎn)人土深度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，并對(duì)細(xì)粒土的分類定名提出了一些建議。

1 研究對(duì)象和試驗(yàn)方案

1.1 研究對(duì)象

本次試驗(yàn)土樣取自渤海近?？诠こ痰鼗翆?，包含黏土、壤土、砂壤土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)壤土5類，其中淤泥質(zhì)土層含水量較高，處于軟塑一流塑狀態(tài).土質(zhì)不均勻，含有貝殼碎片，鑒于液塑限試驗(yàn)的性質(zhì)，本次重點(diǎn)研究黏土和淤泥質(zhì)黏土。

1.2 試驗(yàn)方案

分別對(duì)所取土樣進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)和液塑限試驗(yàn)，重點(diǎn)研究液塑限試驗(yàn)。顆粒分析試驗(yàn)采用密度計(jì)法，操作步驟嚴(yán)格執(zhí)行《土工試驗(yàn)規(guī)程》[4]和《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[12]的規(guī)定。液塑限試驗(yàn)采用聯(lián)合測(cè)定法，所用儀器為南京土壤儀器有限公司生產(chǎn)的GYS-2型液塑限聯(lián)合測(cè)定儀，落錐質(zhì)量為76g，錐角為30°，盛土杯直徑為50 mm.高度為40-50 mm;電子天平最大量程為300g，最小感量為0.01g。

用木棒在橡皮板上將風(fēng)干土樣壓碎，過(guò)孔徑0.5mm的土工篩，每種土樣取800 g分成5份，對(duì)各土樣加入適量蒸餾水?dāng)嚢杈鶆蚍胖?4 h以上。試驗(yàn)時(shí)取出均勻土樣，置于盛土杯中，利用儀器進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)不同規(guī)范[4，12]規(guī)定的液塑限圓錐下落深度取值范圍，本次試驗(yàn)的錐人深度分別取3-4、4-5、7-9、9- 11、15 -17 mm，對(duì)14個(gè)土樣進(jìn)行液塑限試驗(yàn)，測(cè)出符合要求的錐入深度后，立即改變測(cè)試點(diǎn)的位置重新測(cè)定，且兩次測(cè)試點(diǎn)深度允許誤差為0.5 mm，否則需要重新測(cè)定。試驗(yàn)中需要反復(fù)調(diào)整水土含量才能達(dá)到要求的錐人深度，取兩次測(cè)定的平均值作為該點(diǎn)的錐人深度。分別取得滿足上述錐人深度要求的土樣，采用烘干法測(cè)定其含水量，然后將其放人烘箱稱量并計(jì)算對(duì)應(yīng)的含水率。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪制曲線圖，取液限深度10 mm對(duì)應(yīng)的含水率為土樣的液限值，塑限深度2 mm（通過(guò)數(shù)據(jù)處理作圖確定的）對(duì)應(yīng)的含水率為土樣的塑限值，當(dāng)深度2 mm處對(duì)應(yīng)的兩個(gè)含水率值大于2%時(shí)重新進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（以下分級(jí)簡(jiǎn)稱規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)）查得14個(gè)土樣的液限和塑限并計(jì)算塑性指數(shù)，結(jié)合顆粒分析得到的顆粒級(jí)配結(jié)果對(duì)土樣進(jìn)行分類，結(jié)果見(jiàn)表1。

（1）結(jié)合顆粒分析結(jié)果和液塑限試驗(yàn)結(jié)果按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》為土分類和只依據(jù)液塑限試驗(yàn)按塑性圖為對(duì)某些土樣進(jìn)行分類存在差異。一般來(lái)講，土體的塑性指數(shù)取決于土的黏聚力，即由土中膠粒、黏粒含量決定[5]，膠粒含量越大，土體黏聚力越大，從而塑性指數(shù)越大，故膠粒含量越大的土樣塑性指數(shù)越大，但由表1可知一些土樣并不遵從這種規(guī)律，最終導(dǎo)致分類不同。以膠粒含量為4..9%的①號(hào)土樣和膠粒含量為16.1%的②號(hào)土樣為例，兩者砂粒含量相差不大，但后者膠粒含量比前者大，但塑性指數(shù)前者較大，顯然前者的塑性指數(shù)存在問(wèn)題，故只根據(jù)塑性圖分類與結(jié)合顆粒分析結(jié)果分類存在矛盾。

（2）同一土樣在不同規(guī)范下測(cè)得的液塑限指標(biāo)并不相同，即土樣的液塑限指標(biāo)隨所取的測(cè)點(diǎn)人土深度范圍的不同而不同。盡管大部分土體液塑限值偏差很小，基本不影響土樣分類結(jié)果，但由表1發(fā)現(xiàn)部分土樣的分類受液塑限指標(biāo)影響較大，測(cè)點(diǎn)人土深度范圍的選取會(huì)影響土體的分類結(jié)果。

3 分析與討論

粉土是一類特殊性質(zhì)的土，兼具砂土和黏土的特點(diǎn)[3]，而液塑限試驗(yàn)主要測(cè)定和評(píng)價(jià)細(xì)粒土的液塑限指標(biāo)，當(dāng)土中所含膠、黏粒含量過(guò)少（如①、（11）號(hào)土樣等）或者砂粒含量過(guò)大（如③號(hào)土樣等）時(shí)所測(cè)得的液塑限實(shí)際上不能用來(lái)評(píng)價(jià)土樣，并且當(dāng)砂粒含量過(guò)多而膠黏粒含量只占砂顆?？障兜囊恍〔糠諿14]時(shí)，進(jìn)行液塑限試驗(yàn)會(huì)出現(xiàn)圖1所示表面泛水的“溢杯”和“彎盆”[10]液化現(xiàn)象，并且圓錐落人后一直下沉，長(zhǎng)時(shí)間不穩(wěn)定，測(cè)得的液限偏大，造成試驗(yàn)結(jié)果參考價(jià)值不大，所以不建議利用塑性圖對(duì)土進(jìn)行分類，應(yīng)充分結(jié)合顆粒分析試驗(yàn)進(jìn)行分類，并且考慮土樣為非塑性土[15]。

另外，土樣中顆粒粒徑分布不同，從膠、黏粒含量來(lái)看，土中膠、黏粒含量越多顆粒的比表面積越大，土體產(chǎn)生的黏聚力越大，塑性越高，可認(rèn)為測(cè)得的塑性指數(shù)是土體可塑性的反映。但當(dāng)膠、黏粒含量較少時(shí)，粉粒和砂粒占多數(shù)，則土體變?yōu)榉凵盎蛘呱巴?，盡管可以通過(guò)液塑限聯(lián)合測(cè)定法得到塑性指數(shù)，但并不具有參考價(jià)值，即土體可塑性很差或基本無(wú)可塑性，因此膠、黏粒含量是否可準(zhǔn)確反映土體的可塑性是需要考慮的問(wèn)題。而膠粒含量可通過(guò)土體的塑性指數(shù)反映出來(lái)[5]。從表1可看出：④號(hào)土樣及⑩號(hào)土樣除膠粒含量不同外，其他顆粒含量分布大致相同，前者比后者膠粒含量多，其塑性指數(shù)較后者小，因此后者的塑性指數(shù)并沒(méi)有真實(shí)反映土體的可塑性。⑨號(hào)土樣和⑩號(hào)土樣粒徑分布大致相同，前者膠粒含量稍大于后者，從塑性指數(shù)來(lái)看，前者稍大于后者，較真實(shí)地反映了土體的可塑性。其他膠粒含量高于7.5%的土樣可塑性較好。而③號(hào)土樣膠粒含量?jī)H為4.6%.但塑性指數(shù)卻高達(dá)16.7，原因可能是顆粒表面毛細(xì)現(xiàn)象嚴(yán)重，毛細(xì)壓力將土粒凝聚在一起，而不是內(nèi)部黏聚力使其凝聚在一起，是“假塑性”[1O]，這不是土樣真實(shí)可塑性的體現(xiàn)，所以所測(cè)得的塑性指數(shù)偏大，進(jìn)而影響對(duì)土樣工程性質(zhì)的正確評(píng)估。因此，筆者認(rèn)為在反映土樣可塑性時(shí)有一定的界限和范圍，綜合其他學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，膠粒含量是影響其可塑性的重要因素，可能存在膠粒含量臨界值，對(duì)于本次研究的14個(gè)土樣來(lái)說(shuō)膠粒含量臨界值為7.5%，當(dāng)土體的膠粒含量低于該值時(shí)，用測(cè)得的液塑限值對(duì)該土體進(jìn)行分類并不適用。

圓錐不同下沉深度對(duì)土樣塑性指數(shù)的影響原因分析如下：從數(shù)據(jù)處理角度來(lái)看，規(guī)范對(duì)于液塑限試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理依據(jù)為測(cè)點(diǎn)人土深度與對(duì)應(yīng)的含水率在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上應(yīng)為一條直線，查得深度10 mm對(duì)應(yīng)的含水率為該土的液限，深度2 mm對(duì)應(yīng)的含水率為該土的塑限，塑性指數(shù)為兩者之差。但從上述試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，同一種土在不同人土深度下的液塑限指標(biāo)不相同，因此筆者猜想各測(cè)點(diǎn)人土深度和對(duì)應(yīng)的含水率之間并非理想的線性關(guān)系，從而造成同一種土樣對(duì)應(yīng)不同的液塑限指標(biāo)。此外，規(guī)范要求數(shù)據(jù)處理時(shí)圓錐下沉深度2mm處對(duì)應(yīng)兩個(gè)含水率之差小于2%時(shí)試驗(yàn)結(jié)果有效，大于2%時(shí)試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效，因此不同數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的深度2mm處含水率差值在小于2%的范圍內(nèi)即可認(rèn)為有效可取，但并不一定兩次測(cè)得的深度2 mm處兩個(gè)含水率的差值都相等，即可能出現(xiàn)一個(gè)為0.1%，一個(gè)為1 .g%的情況。另外，液塑限指標(biāo)要求僅保留一位小數(shù)也會(huì)造成分類結(jié)果有一定的偏差[16]。由于本次所研究的圓錐下落深度范圍相差很小，因此從最終結(jié)果來(lái)看，土樣的液塑限指標(biāo)不大，但仍需要考慮下沉深度的影響問(wèn)題。

4 結(jié)論

利用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀對(duì)渤海近?？诘貐^(qū)14個(gè)土樣運(yùn)用液塑限聯(lián)合測(cè)定法進(jìn)行了不同測(cè)點(diǎn)人土深度范圍的液塑限試驗(yàn)，并與密度計(jì)法測(cè)得的顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合對(duì)土樣進(jìn)行分類，得到如下結(jié)論：

（1）作為劃分土的類別和評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)的重要指標(biāo)，膠、黏粒含量對(duì)土體的塑性指數(shù)影響較大，膠、黏粒含量越高，土體的塑性指數(shù)越大。聯(lián)合測(cè)定法測(cè)得的土體液塑限及塑性指數(shù)在反映土樣可塑性時(shí)有一定的界限和范圍，本次所研究地區(qū)膠粒含量高于7.5%的土樣能夠真實(shí)反映其可塑性，而低于該值的土樣試驗(yàn)結(jié)果并不能真實(shí)反映其可塑性。

（2）對(duì)于土樣分類，首先應(yīng)對(duì)其進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，若測(cè)得的膠粒含量超過(guò)7.5%則有必要進(jìn)行液塑限試驗(yàn)：若測(cè)得的膠粒含量小于該值則無(wú)需進(jìn)行液塑限試驗(yàn)，考慮該土為非塑性土，直接按顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分類。

（3）每種規(guī)范都有其適用性，存在偏差。本次針對(duì)《土工試驗(yàn)規(guī)程》和《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》所采用的不同測(cè)點(diǎn)人土深度范圍進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同一土樣在不同規(guī)范要求下得到的液塑限指標(biāo)并不相同，原因可能是所選的人土深度范圍與對(duì)應(yīng)的含水率之間并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，建議增加幾個(gè)測(cè)點(diǎn)人土深度范圍并充分結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)測(cè)出更準(zhǔn)確的結(jié)果。

以上結(jié)論是根據(jù)渤海近?？诘貐^(qū)部分土樣試驗(yàn)初步得到的，對(duì)于其他不同地區(qū)、不同特征土樣的適用性還需進(jìn)一步研究。

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