莊宇 王靜 張玫

0 引言

工程中常用的液限、塑限都是標(biāo)志粘性土的物理狀態(tài)變化的界限含水量,土從固態(tài)到液態(tài),使相應(yīng)的地基承載力特征值由fak=450 kPa逐漸下降為 fak=45 kPa,相差10倍以上[1]。液限、塑限的概念最早由瑞典農(nóng)學(xué)家阿太堡(Atterberg)于1911年提出,太沙基在1952年引入土力學(xué)。工程中常用塑性指數(shù)值的范圍對(duì)粘性土及粉土進(jìn)行分類,液性指數(shù)評(píng)判粘性土的軟硬程度。因此,如何準(zhǔn)確測(cè)定粘性土的液塑限尤為重要。

1 液限、塑限的測(cè)定方法

1)目前我國(guó)細(xì)粒土的液限測(cè)定方法有四種:a.碟式法;b.76 g圓錐儀,錐角30°,入土深度17mm;c.76 g圓錐儀,錐角30°,入土深度10mm;d.100 g圓錐儀,錐角 30°,入土深度20mm;

2)塑限測(cè)定方法有兩種:a.搓條法,用手掌在毛玻璃板上搓滾土條,當(dāng)土條直徑達(dá)3mm時(shí),剛好出現(xiàn)裂縫并斷裂,此時(shí)的含水量稱為塑限;b.76 g圓錐,錐角30°,圓錐入土深度為 h(h值視不同的標(biāo)準(zhǔn)而有所規(guī)定,詳見表1[2-4])。

表1 各規(guī)范要求的液限、塑限圓錐入土深度

以上各種測(cè)定方法均是以土體抗剪強(qiáng)度等效為依據(jù)。我國(guó)所測(cè)定的液限對(duì)應(yīng)的土體強(qiáng)度與美國(guó)ASTM碟式儀法測(cè)得液限時(shí)的土體抗剪強(qiáng)度等效,塑限的測(cè)定方法與搓條法強(qiáng)度等效。

目前實(shí)驗(yàn)室中多采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)定土的液塑限值。在液塑限聯(lián)合測(cè)定法中,同一土試樣的圓錐儀入土深度與其含水率之間在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上近似為一直線關(guān)系(一般做三組數(shù)據(jù),圓錐入土深度分別在2mm～3mm,7mm～9mm以及17mm～19mm時(shí)對(duì)應(yīng)的含水量),通過數(shù)據(jù)處理得出其直線關(guān)系,并由直線可求得入土深度為17mm(或10mm)和2mm的含水量,分別為土試樣的液限和塑限。

2 對(duì)比分析各種測(cè)定方法

2.1 液塑限錐入深度標(biāo)準(zhǔn)的確定

Casagrande用碟式儀做土樣液限試驗(yàn)時(shí)測(cè)得土在液限狀態(tài)下的不排水抗剪強(qiáng)度為26 kPa,根據(jù)蘇聯(lián)列賓捷爾德理論:粘滯塑性體具有一定稠度時(shí),不論作用力大小,其抗剪強(qiáng)度不變。則可由式(1)計(jì)算液限狀態(tài)時(shí)的錐入深度[1]。

由于塑限時(shí)不排水的抗剪強(qiáng)度是其液限時(shí)不排水抗剪強(qiáng)度的100倍,為此,由式(1)知,對(duì)于同一圓錐儀其所測(cè)土體液、塑限狀態(tài)時(shí)的下沉深度有:

表2 式(1),式(2)計(jì)算圓錐入土深度

通過以上公式計(jì)算出各規(guī)范錐入深度見表2。

通過表1,表2的對(duì)比分析得出:

1)對(duì)于液限,100 g圓錐儀錐入深度應(yīng)為20.6mm,該值與交通部公路規(guī)范采用的錐入深度20mm基本一致;水利水電部規(guī)范76 g圓錐儀入土深度17mm時(shí)所對(duì)應(yīng)的含水量作為液限標(biāo)準(zhǔn)比較合理,而76 g圓錐儀入土深度10mm時(shí)所對(duì)應(yīng)的含水量作為液限標(biāo)準(zhǔn),其入土深度明顯偏小,測(cè)得的液限值與真實(shí)值之間存在較大的誤差。我國(guó)采用兩種液限標(biāo)準(zhǔn),只是使用目的不同。當(dāng)確定土的液限值用于了解土的物理性質(zhì)及塑性土分類時(shí),采用17mm時(shí)的含水量作為液限標(biāo)準(zhǔn);當(dāng)用于確定粘性土承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),采用10mm液限標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算塑性指數(shù)和液性指數(shù)。

2)對(duì)于塑限,無(wú)論哪種規(guī)范使用的76 g圓錐儀,下沉深度2mm時(shí),土體已進(jìn)入塑性狀態(tài),此時(shí)的含水量定為塑限比較合理。

2.2 各種試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

滾搓法雖然操作簡(jiǎn)單但具有標(biāo)準(zhǔn)不易掌握,人為因素影響較大等缺點(diǎn);碟式儀液限法碟式儀法為測(cè)定液限的經(jīng)典方法,其物理意義明確。但由于儀器制造和操作要求十分嚴(yán)格,對(duì)某些土如砂性土因振動(dòng)作用會(huì)出現(xiàn)“液化”現(xiàn)象等問題,應(yīng)用較少;而液塑限聯(lián)合測(cè)定法具有操作簡(jiǎn)單,所測(cè)數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定,標(biāo)準(zhǔn)易于統(tǒng)一等優(yōu)點(diǎn),通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)能直接得出土的塑限,17mm液限和10mm液限因此使用比較廣泛。

3 結(jié)語(yǔ)

1)76 g圓錐儀測(cè)定土體的液、塑限,入土深度17mm,2mm時(shí)的含水量作為液限、塑限標(biāo)準(zhǔn)比較合理,所測(cè)土體的不排水抗剪強(qiáng)度與碟式儀法等效。2)無(wú)論哪種測(cè)定方法都是為實(shí)際工程服務(wù)的。采用兩種液限標(biāo)準(zhǔn),只是使用目的不同,相互并不矛盾。3)通過式(1)可知,同一重量的錐式液限儀所測(cè)土體液限、塑限與入土深度有一定的函數(shù)關(guān)系,可以與試驗(yàn)數(shù)據(jù)互相參照提高試驗(yàn)效率。同時(shí)也可以借助Excel和AutoCAD聯(lián)合繪制土工試驗(yàn)曲線,準(zhǔn)確、快捷的得出土的液塑限。

[1]陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1998.

[2]SL 237-1999,土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]GB/T 50123-1999,土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]GB 50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].