对比分析不同规范下粘性土的液塑限测定方法*

庄宇 王静 张玫

0 引言

工程中常用的液限、塑限都是标志粘性土的物理状态变化的界限含水量,土从固态到液态,使相应的地基承载力特征值由fak=450 kPa逐渐下降为 fak=45 kPa,相差10倍以上[1]。液限、塑限的概念最早由瑞典农学家阿太堡(Atterberg)于1911年提出,太沙基在1952年引入土力学。工程中常用塑性指数值的范围对粘性土及粉土进行分类,液性指数评判粘性土的软硬程度。因此,如何准确测定粘性土的液塑限尤为重要。

1 液限、塑限的测定方法

1)目前我国细粒土的液限测定方法有四种:a.碟式法;b.76 g圆锥仪,锥角30°,入土深度17mm;c.76 g圆锥仪,锥角30°,入土深度10mm;d.100 g圆锥仪,锥角 30°,入土深度20mm;

2)塑限测定方法有两种:a.搓条法,用手掌在毛玻璃板上搓滚土条,当土条直径达3mm时,刚好出现裂缝并断裂,此时的含水量称为塑限;b.76 g圆锥,锥角30°,圆锥入土深度为 h(h值视不同的标准而有所规定,详见表1[2-4])。

表1 各规范要求的液限、塑限圆锥入土深度

以上各种测定方法均是以土体抗剪强度等效为依据。我国所测定的液限对应的土体强度与美国ASTM碟式仪法测得液限时的土体抗剪强度等效,塑限的测定方法与搓条法强度等效。

目前实验室中多采用液塑限联合测定仪测定土的液塑限值。在液塑限联合测定法中,同一土试样的圆锥仪入土深度与其含水率之间在双对数坐标上近似为一直线关系(一般做三组数据,圆锥入土深度分别在2mm～3mm,7mm～9mm以及17mm～19mm时对应的含水量),通过数据处理得出其直线关系,并由直线可求得入土深度为17mm(或10mm)和2mm的含水量,分别为土试样的液限和塑限。

2 对比分析各种测定方法

2.1 液塑限锥入深度标准的确定

Casagrande用碟式仪做土样液限试验时测得土在液限状态下的不排水抗剪强度为26 kPa,根据苏联列宾捷尔德理论:粘滞塑性体具有一定稠度时,不论作用力大小,其抗剪强度不变。则可由式(1)计算液限状态时的锥入深度[1]。

由于塑限时不排水的抗剪强度是其液限时不排水抗剪强度的100倍,为此,由式(1)知,对于同一圆锥仪其所测土体液、塑限状态时的下沉深度有:

表2 式(1),式(2)计算圆锥入土深度

通过以上公式计算出各规范锥入深度见表2。

通过表1,表2的对比分析得出:

1)对于液限,100 g圆锥仪锥入深度应为20.6mm,该值与交通部公路规范采用的锥入深度20mm基本一致;水利水电部规范76 g圆锥仪入土深度17mm时所对应的含水量作为液限标准比较合理,而76 g圆锥仪入土深度10mm时所对应的含水量作为液限标准,其入土深度明显偏小,测得的液限值与真实值之间存在较大的误差。我国采用两种液限标准,只是使用目的不同。当确定土的液限值用于了解土的物理性质及塑性土分类时,采用17mm时的含水量作为液限标准;当用于确定粘性土承载力标准值时,采用10mm液限标准来计算塑性指数和液性指数。

2)对于塑限,无论哪种规范使用的76 g圆锥仪,下沉深度2mm时,土体已进入塑性状态,此时的含水量定为塑限比较合理。

2.2 各种试验方法的优缺点

滚搓法虽然操作简单但具有标准不易掌握,人为因素影响较大等缺点;碟式仪液限法碟式仪法为测定液限的经典方法,其物理意义明确。但由于仪器制造和操作要求十分严格,对某些土如砂性土因振动作用会出现“液化”现象等问题,应用较少;而液塑限联合测定法具有操作简单,所测数据比较稳定,标准易于统一等优点,通过试验数据能直接得出土的塑限,17mm液限和10mm液限因此使用比较广泛。

3 结语

1)76 g圆锥仪测定土体的液、塑限,入土深度17mm,2mm时的含水量作为液限、塑限标准比较合理,所测土体的不排水抗剪强度与碟式仪法等效。2)无论哪种测定方法都是为实际工程服务的。采用两种液限标准,只是使用目的不同,相互并不矛盾。3)通过式(1)可知,同一重量的锥式液限仪所测土体液限、塑限与入土深度有一定的函数关系,可以与试验数据互相参照提高试验效率。同时也可以借助Excel和AutoCAD联合绘制土工试验曲线,准确、快捷的得出土的液塑限。

[1]陈希哲.土力学地基基础[M].北京:清华大学出版社,1998.

[2]SL 237-1999,土工试验规程[S].

[3]GB/T 50123-1999,土工试验方法标准[S].

[4]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].