利用液限直接確定塑限的一種方法

姜 彬

(中煤國際工程集團沈陽設計研究院工程勘察所，遼寧 沈陽 110015)

1 問題的引出

1.1 相關定義

1)界限含水率——土由一種稠度狀態轉變為另一種稠度狀態時的分界含水率。

2)液限——土由流塑狀態轉變為可塑狀態時的界限含水率。符號為WL。

3)塑限——土由可塑狀態轉變為半固體狀態時的界限含水率。符號為WP。

4)塑性指數——土的液限與塑限的差值。符號為IP。

1.2 求得液限(WL)和塑限(WP)的常用方法

土的液限(WL)和塑限(WP)都可通過試驗實測求得。試驗室實測液限(WL)和塑限(WP)的常用方法包括:1)液、塑限聯合測定法;2)碟式儀法測定液限;3)華西列也夫圓錐儀法測定液限;4)滾搓法測定塑限。

現將各試驗方法簡介如下。

1.2.1 液、塑限聯合測定法

本試驗方法適用于粒徑小于0.5 mm以及有機質含量不大于試樣總質量5%的土。

主要儀器設備包括:

1)液、塑限聯合測定儀:包括帶標尺的圓錐儀、電磁鐵、顯示屏、控制開關和試樣杯;

2)天平:稱量 200 g，最小分度值 0.01 g。

本試驗方法的特點:測定方法易于掌握，采用電磁落錘可減少人為因素影響，但測試步驟相對繁瑣。

1.2.2 碟式儀法測定液限

本試驗方法適用于粒徑小于0.5 mm的土。

主要儀器設備包括:

1)碟式液限儀:由銅碟、支架及底座組成，底座應為硬橡膠制成;2)開槽器:帶量規，具有一定形狀和尺寸。

本試驗方法的特點:測定結果較為準確，但測定方法較難掌握，分析流程長，在含水率與圓錐下沉深度關系曲線圖中不易連成一直線。

1.2.3 華西列也夫圓錐儀法測定液限

本試驗方法適用于粒徑小于0.5 mm以及有機質含量不大于試樣總質量5%的土。

主要儀器設備包括:

1)圓錐儀;2)調土刀;3)盛土皿;4)鋁稱量盒;5)天平;6)烘箱。

本試驗方法的特點:測定方法易于掌握，試驗速度較為快捷，但測定過程中有一定的人為因素影響。

1.2.4 滾搓法測定塑限

本試驗方法適用于粒徑小于0.5 mm的土。主要儀器設備包括:

1)毛玻璃板:尺寸宜為200 mm×300 mm;

2)卡尺:分度值為0.02 mm。

本試驗方法的特點:測定方法簡單，試驗速度較為快捷，但試驗標準不宜掌握，人為因素影響較大。

1.3 問題的引出

液限(WL)和塑限(WP)是土物理性質的主要指標之一，亦是評價粘性土的可塑性重要指標。對于粘性土來說，其分類標準系按照其塑性指數(IP)來確定的，而塑性指數又是根據土的液限(WL)與塑限(WP)之差來確定的。因此，液限(WL)與塑限(WP)值的測定在土工試驗及實際巖土工程工作應用中是十分重要的。

長期以來，國內的土工試驗操作中通常采用華西列也夫圓錐儀法測定液限(WL)值，采用滾搓法測定塑限(WP)值。

兩種試驗方法所需要的試驗設備相對簡單，試驗速度也相對快捷，但兩種試驗方法的測定結果都不同程度地受人為因素影響。特別是滾搓法的標準不宜掌握，人為因素影響較大，對低塑性土影響尤甚，往往得出偏大的結果;同時該方法既費時間又費人工。所以，為了既能提高試驗速度，節省人工，又能最大程度地避免在試驗操作過程中受到人為因素的影響，求得準確、可靠的試驗數據，很多地區和單位的土工試驗人員都試圖找到一個可以利用液限值快速求得塑限值的方法。

2 方法探討

2.1 液限(WL)、塑限(WP)之間的相關關系

筆者在生產實踐的基礎上，通過對遼寧沈陽、鐵法及河北唐山、黑龍江大雁等十幾個地區650組土工試驗數據的分析研究，并進行歸納整理，總結出液限、塑限之間呈線性分布，兩者存在相關關系，即:液限(WL)值增大，塑限(WP)值相應亦增大;液限(WL)值縮小，塑限(WP)值相應亦縮小。

2.2 經驗公式

通過數理統計結果得出一個由液限值直接計算出塑限值的經驗公式，即:

其中，WP為塑限，%;WL為液限，%;α為經驗系數。

根據數理統計，當液限(WL)值在一定范圍內，經驗系數α是一個常量。其相互關系見表1。

按此經驗公式對650組土試樣的塑限(WP)值進行了試算，將試算結果與滾搓法實測結果比較，其誤差情況見表2。

根據土工試驗操作規程規定，液、塑限平行誤差不大于±2.0%。由表2可以看出，誤差值在0%～±1.0%的占49%，誤差值在±1.1%～±2.0%的占38%，符合規程要求的占87%，而誤差值大于±2.0%的不符合要求的占13%。試算結果的絕大多數符合要求，故可以利用得出的經驗公式試算塑限。

表1 液限(WL)值與經驗系數α關系表

表2 塑限(WP)值試算與實測誤差統計表

3 工程應用實例

我單位在沈陽某建筑勘察項目的土工試驗中，分別采用滾搓法和經驗公式對土試樣的塑限值進行了對比，對比結果見表3。

表3 塑限(WP)試驗數據對比結果表

由表3數據可知，經驗公式計算的塑限值中符合土工試驗操作規程規定允許誤差范圍內的數據占總試驗數據的90%。對比結果證明，通過經驗公式計算的塑限值是可以采納、利用的。

4 結語

1)本文所得出的經驗公式可以利用液限(WL)值直接計算塑限(WP)值，進而取代了塑限(WP)值的實際試驗操作測定工作。

2)利用這個經驗公式，縮短了生產周期，節約了能源，為盡快提出土工試驗報告提供了保證。

3)通過多年的工程實踐證明，利用這個經驗公式所獲得的試驗數據是可靠的、合理的。

[1] GB/T 50123-1999，土工試驗方法標準[S].

[2] 陶本藻.數據統計淺說[M].北京:測繪出版社，1981.

[3] JGJ 84-92，建筑巖土工程勘察基本術語標準[S].

[4] 常士驃，張蘇民.工程地質手冊[M].第4版.北京:中國建筑工業出版社，2006.