EXCEL在液塑限联合测定试验中的应用

刘喜峰

摘 要：液塑限联合测定试验是土力学实验中必做的一项，但学生在实验室操作时，深受试验结果处理的困扰，一方面圆锥下沉深度与含水率关系曲线是在双对数坐标系中绘制的，对于本科生而言有一定难度；另一方面曲线中数据点的选用与连接关系到试验的精度，需要谨慎处理。因此，本文以学生测得的试验数据为例，应用EXCEL对其加以分析，改善关系曲线的绘制，以便快捷、准确地得出结论。

关键词：液限；塑限；EXCEL；双对数坐标系

1 概述

土体的塑限和液限均为界限含水率，塑限是土体从半固态转到可塑状态的界限含水率，而液限是土体从可塑状态转到流动状态的界限含水率。这两种界限含水率和土粒组成、矿物成分、土粒表面吸附阳离子等性质有关，对粘性土的分类和工程性质的评价有着重要意义。塑限和液限的测定可采用锥式液限仪联合试验，也可采用蝶式液限仪和滚搓法。考虑到结果的准确性和实验工作量的大小，本实验室采用锥式液限仪联合试验。测定时取风干土样（过0.5mm筛）200g，加水拌匀制备试样。测定试样在不同含水率时，相应圆锥体下沉深度。记录三组数据后，在双对数坐标纸上，以含水率为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，绘制关系图。在直线上查得，纵坐标（即圆锥体下沉深度）为17mm所对应的横坐标（即含水率）为液限，而纵坐标为2mm时对应点的横坐标为塑限。

2 现存的问题

在双对数坐标纸上绘制圆锥体下沉深度及含水率的关系直线，并不是一个精细的数据处理工作。学生在描点和连线上都存在着问题，因此试验结果并不准确。

2.1 双对数坐标系

传统的液塑限联合测定试验，在数据处理时会采用作图法，步骤繁琐，费时费力，而且学生在双对数坐标纸上描点连线后，线条不够平滑，坐标纸面不够美观干净，精度难以保证。

2.2 曲线的绘制

将三组实验数据点落在坐标系后，下一步应将数据点连线。因三组数据并非随机数据，而是要求圆锥体下沉深度在3～4mm，7～9mm，15～17mm，因此极可能出现三点不在同一条直线上的情况。此时应作处理，通过高含水率的一点与其余两点连两直线，在圆锥下沉深度为2mm、17mm处查得相应的两个含水率，如果差值不超过2%，用平均值的点与高含水率的点做一直线。若含水率误差大于或等于2%，应重新做实验。这意味着，在试验数据中，继挑出可用的数据点后，学生花费时间将其绘制成直线并查出两个含水率，却不一定能保证在误差范围，若不合适，还需重新实验。为减少作图过程带来的影响和偏差，建议学生换一种较为便捷的方式，即采用EXCEL求解。

3 EXCEL的应用

3.1 EXCEL简介

EXCEL具有出色数据处理功能，且可以根据源数据绘制各种类型的图表，还可快速变换为双对数坐标系。因此考虑在土力学液塑限实验中引入EXCEL，为学生提供一种新的思路[1]。

3.2 编程及数据处理

将学生实验所得的数据列入EXCEL表格中，并将三个数据点分别标以A、B、C点，A代表含水率大的点，C代表含水率小的点，B居中。接下来[2][3]，

第一步，插入XY散点图，添加两个系列：“AB线”和“AC线”。分别将两条直线相应的数据点选中，落在坐标系中。

第二步，转换坐标系，分别右击X，Y坐标轴，选择“坐标轴格式”，在弹出对话框中切换到“刻度”选项卡，选中“对数刻度”，这样便得到双对数坐标系。

第三步，分别右击B点和C点，选择“添加趋势线”，在“类型”中选择线性，在“选项”中勾选“显示公式”。AB线与AC线的方程式便显现。将两条直线的斜率、截距分别记录在EXCEL表格中。若两条直线斜率相同，则三点共线，直接计算y=2mm和y=17mm对应的x即可。若不同，需判断是否重做实验。

第四步，在表格中编辑公式，将AB线和AC线在y=2mm时对应的两个x值（含水率）相减，绝对值小于2%，则不需重做。将两个x值的平均值作为横坐标（此即为塑限），2mm作为纵坐标，定义为D点，重复第一步和第三步连接AD，并给出AD线方程式。

第五步，在AD线中，y=17mm时对应的x值即为液限。

本实验数据经EXCEL处理后见表1和图1。

表1 EXCEL表格中數据记录与计算

图1 圆锥下沉深度与含水率关系曲线

4 结论

尽管EXCEL功能广，有很多内部函数，如INTERCERT（），CORREL（）等，但对于学生来说，利用此类工具的前提是理解原理，所以应采用直观浅显的计算公式，以保证对于只掌握计算机基础的学生来说，易于理解，且能灵活应用。尽管EXCEL绘出的关系曲线不够完美，坐标刻度单位最小为10，但已能满足实验要求。将EXCEL应用于土力学液塑限数据处理中，可避免学生的计算失误和绘图问题，并能自行计算，自行绘图，是一种简单方便的工具，且能保证精度。

参考文献：

[1]赵翔宇.Excel表格在土的液塑限试验数据处理中的应用[J].山西交通科技，2014（1）：21-23.

[2]张向东，刘家顺，王长江.Excel和MATLAB在液塑限联合测定试验数据处理中的应用[J].工业建筑，2010，40：659-662.

[3]张胜，敖大华.液塑限联合试验数据Excel快速处理方法[J].土工基础，2013（5）：76-78.