EXCEL在液塑限聯合測定試驗中的應用

劉喜峰

摘 要：液塑限聯合測定試驗是土力學實驗中必做的一項，但學生在實驗室操作時，深受試驗結果處理的困擾，一方面圓錐下沉深度與含水率關系曲線是在雙對數坐標系中繪制的，對于本科生而言有一定難度；另一方面曲線中數據點的選用與連接關系到試驗的精度，需要謹慎處理。因此，本文以學生測得的試驗數據為例，應用EXCEL對其加以分析，改善關系曲線的繪制，以便快捷、準確地得出結論。

關鍵詞：液限；塑限；EXCEL；雙對數坐標系

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轉到可塑狀態的界限含水率，而液限是土體從可塑狀態轉到流動狀態的界限含水率。這兩種界限含水率和土粒組成、礦物成分、土粒表面吸附陽離子等性質有關，對粘性土的分類和工程性質的評價有著重要意義。塑限和液限的測定可采用錐式液限儀聯合試驗，也可采用蝶式液限儀和滾搓法。考慮到結果的準確性和實驗工作量的大小，本實驗室采用錐式液限儀聯合試驗。測定時取風干土樣（過0.5mm篩）200g，加水拌勻制備試樣。測定試樣在不同含水率時，相應圓錐體下沉深度。記錄三組數據后，在雙對數坐標紙上，以含水率為橫坐標，圓錐下沉深度為縱坐標，繪制關系圖。在直線上查得，縱坐標（即圓錐體下沉深度）為17mm所對應的橫坐標（即含水率）為液限，而縱坐標為2mm時對應點的橫坐標為塑限。

2 現存的問題

在雙對數坐標紙上繪制圓錐體下沉深度及含水率的關系直線，并不是一個精細的數據處理工作。學生在描點和連線上都存在著問題，因此試驗結果并不準確。

2.1 雙對數坐標系

傳統的液塑限聯合測定試驗，在數據處理時會采用作圖法，步驟繁瑣，費時費力，而且學生在雙對數坐標紙上描點連線后，線條不夠平滑，坐標紙面不夠美觀干凈，精度難以保證。

2.2 曲線的繪制

將三組實驗數據點落在坐標系后，下一步應將數據點連線。因三組數據并非隨機數據，而是要求圓錐體下沉深度在3～4mm，7～9mm，15～17mm，因此極可能出現三點不在同一條直線上的情況。此時應作處理，通過高含水率的一點與其余兩點連兩直線，在圓錐下沉深度為2mm、17mm處查得相應的兩個含水率，如果差值不超過2%，用平均值的點與高含水率的點做一直線。若含水率誤差大于或等于2%，應重新做實驗。這意味著，在試驗數據中，繼挑出可用的數據點后，學生花費時間將其繪制成直線并查出兩個含水率，卻不一定能保證在誤差范圍，若不合適，還需重新實驗。為減少作圖過程帶來的影響和偏差，建議學生換一種較為便捷的方式，即采用EXCEL求解。

3 EXCEL的應用

3.1 EXCEL簡介

EXCEL具有出色數據處理功能，且可以根據源數據繪制各種類型的圖表，還可快速變換為雙對數坐標系。因此考慮在土力學液塑限實驗中引入EXCEL，為學生提供一種新的思路[1]。

3.2 編程及數據處理

將學生實驗所得的數據列入EXCEL表格中，并將三個數據點分別標以A、B、C點，A代表含水率大的點，C代表含水率小的點，B居中。接下來[2][3]，

第一步，插入XY散點圖，添加兩個系列：“AB線”和“AC線”。分別將兩條直線相應的數據點選中，落在坐標系中。

第二步，轉換坐標系，分別右擊X，Y坐標軸，選擇“坐標軸格式”，在彈出對話框中切換到“刻度”選項卡，選中“對數刻度”，這樣便得到雙對數坐標系。

第三步，分別右擊B點和C點，選擇“添加趨勢線”，在“類型”中選擇線性，在“選項”中勾選“顯示公式”。AB線與AC線的方程式便顯現。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，則三點共線，直接計算y=2mm和y=17mm對應的x即可。若不同，需判斷是否重做實驗。

第四步，在表格中編輯公式，將AB線和AC線在y=2mm時對應的兩個x值（含水率）相減，絕對值小于2%，則不需重做。將兩個x值的平均值作為橫坐標（此即為塑限），2mm作為縱坐標，定義為D點，重復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時對應的x值即為液限。

本實驗數據經EXCEL處理后見表1和圖1。

表1 EXCEL表格中數據記錄與計算

圖1 圓錐下沉深度與含水率關系曲線

4 結論

盡管EXCEL功能廣，有很多內部函數，如INTERCERT（），CORREL（）等，但對于學生來說，利用此類工具的前提是理解原理，所以應采用直觀淺顯的計算公式，以保證對于只掌握計算機基礎的學生來說，易于理解，且能靈活應用。盡管EXCEL繪出的關系曲線不夠完美，坐標刻度單位最小為10，但已能滿足實驗要求。將EXCEL應用于土力學液塑限數據處理中，可避免學生的計算失誤和繪圖問題，并能自行計算，自行繪圖，是一種簡單方便的工具，且能保證精度。

參考文獻：

[1]趙翔宇.Excel表格在土的液塑限試驗數據處理中的應用[J].山西交通科技，2014（1）：21-23.

[2]張向東，劉家順，王長江.Excel和MATLAB在液塑限聯合測定試驗數據處理中的應用[J].工業建筑，2010，40：659-662.

[3]張勝，敖大華.液塑限聯合試驗數據Excel快速處理方法[J].土工基礎，2013（5）：76-78.