姜 彬

(中煤國(guó)際工程集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院工程勘察所，遼寧 沈陽 110015)

1 問題的引出

1.1 相關(guān)定義

1)界限含水率——土由一種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N稠度狀態(tài)時(shí)的分界含水率。

2)液限——土由流塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)時(shí)的界限含水率。符號(hào)為WL。

3)塑限——土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)時(shí)的界限含水率。符號(hào)為WP。

4)塑性指數(shù)——土的液限與塑限的差值。符號(hào)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(yàn)實(shí)測(cè)求得。試驗(yàn)室實(shí)測(cè)液限(WL)和塑限(WP)的常用方法包括:1)液、塑限聯(lián)合測(cè)定法;2)碟式儀法測(cè)定液限;3)華西列也夫圓錐儀法測(cè)定液限;4)滾搓法測(cè)定塑限。

現(xiàn)將各試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介如下。

1.2.1 液、塑限聯(lián)合測(cè)定法

本試驗(yàn)方法適用于粒徑小于0.5 mm以及有機(jī)質(zhì)含量不大于試樣總質(zhì)量5%的土。

主要儀器設(shè)備包括:

1)液、塑限聯(lián)合測(cè)定儀:包括帶標(biāo)尺的圓錐儀、電磁鐵、顯示屏、控制開關(guān)和試樣杯;

2)天平:稱量 200 g，最小分度值 0.01 g。

本試驗(yàn)方法的特點(diǎn):測(cè)定方法易于掌握，采用電磁落錘可減少人為因素影響，但測(cè)試步驟相對(duì)繁瑣。

1.2.2 碟式儀法測(cè)定液限

本試驗(yàn)方法適用于粒徑小于0.5 mm的土。

主要儀器設(shè)備包括:

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

本試驗(yàn)方法的特點(diǎn):測(cè)定結(jié)果較為準(zhǔn)確，但測(cè)定方法較難掌握，分析流程長(zhǎng)，在含水率與圓錐下沉深度關(guān)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(cè)定液限

本試驗(yàn)方法適用于粒徑小于0.5 mm以及有機(jī)質(zhì)含量不大于試樣總質(zhì)量5%的土。

主要儀器設(shè)備包括:

1)圓錐儀;2)調(diào)土刀;3)盛土皿;4)鋁稱量盒;5)天平;6)烘箱。

本試驗(yàn)方法的特點(diǎn):測(cè)定方法易于掌握，試驗(yàn)速度較為快捷，但測(cè)定過程中有一定的人為因素影響。

1.2.4 滾搓法測(cè)定塑限

本試驗(yàn)方法適用于粒徑小于0.5 mm的土。主要儀器設(shè)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(yàn)方法的特點(diǎn):測(cè)定方法簡(jiǎn)單，試驗(yàn)速度較為快捷，但試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)的主要指標(biāo)之一，亦是評(píng)價(jià)粘性土的可塑性重要指標(biāo)。對(duì)于粘性土來說，其分類標(biāo)準(zhǔn)系按照其塑性指數(shù)(IP)來確定的，而塑性指數(shù)又是根據(jù)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(cè)定在土工試驗(yàn)及實(shí)際巖土工程工作應(yīng)用中是十分重要的。

長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)的土工試驗(yàn)操作中通常采用華西列也夫圓錐儀法測(cè)定液限(WL)值，采用滾搓法測(cè)定塑限(WP)值。

兩種試驗(yàn)方法所需要的試驗(yàn)設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，試驗(yàn)速度也相對(duì)快捷，但兩種試驗(yàn)方法的測(cè)定結(jié)果都不同程度地受人為因素影響。特別是滾搓法的標(biāo)準(zhǔn)不宜掌握，人為因素影響較大，對(duì)低塑性土影響尤甚，往往得出偏大的結(jié)果;同時(shí)該方法既費(fèi)時(shí)間又費(fèi)人工。所以，為了既能提高試驗(yàn)速度，節(jié)省人工，又能最大程度地避免在試驗(yàn)操作過程中受到人為因素的影響，求得準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，很多地區(qū)和單位的土工試驗(yàn)人員都試圖找到一個(gè)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(guān)關(guān)系

筆者在生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過對(duì)遼寧沈陽、鐵法及河北唐山、黑龍江大雁等十幾個(gè)地區(qū)650組土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析研究，并進(jìn)行歸納整理，總結(jié)出液限、塑限之間呈線性分布，兩者存在相關(guān)關(guān)系，即:液限(WL)值增大，塑限(WP)值相應(yīng)亦增大;液限(WL)值縮小，塑限(WP)值相應(yīng)亦縮小。

2.2 經(jīng)驗(yàn)公式

通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出一個(gè)由液限值直接計(jì)算出塑限值的經(jīng)驗(yàn)公式，即:

其中，WP為塑限，%;WL為液限，%;α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)，當(dāng)液限(WL)值在一定范圍內(nèi)，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α是一個(gè)常量。其相互關(guān)系見表1。

按此經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)650組土試樣的塑限(WP)值進(jìn)行了試算，將試算結(jié)果與滾搓法實(shí)測(cè)結(jié)果比較，其誤差情況見表2。

根據(jù)土工試驗(yàn)操作規(guī)程規(guī)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(guī)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(jié)果的絕大多數(shù)符合要求，故可以利用得出的經(jīng)驗(yàn)公式試算塑限。

表1 液限(WL)值與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α關(guān)系表

表2 塑限(WP)值試算與實(shí)測(cè)誤差統(tǒng)計(jì)表

3 工程應(yīng)用實(shí)例

我單位在沈陽某建筑勘察項(xiàng)目的土工試驗(yàn)中，分別采用滾搓法和經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)土試樣的塑限值進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見表3。

表3 塑限(WP)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果表

由表3數(shù)據(jù)可知，經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的塑限值中符合土工試驗(yàn)操作規(guī)程規(guī)定允許誤差范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)占總試驗(yàn)數(shù)據(jù)的90%。對(duì)比結(jié)果證明，通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的塑限值是可以采納、利用的。

4 結(jié)語

1)本文所得出的經(jīng)驗(yàn)公式可以利用液限(WL)值直接計(jì)算塑限(WP)值，進(jìn)而取代了塑限(WP)值的實(shí)際試驗(yàn)操作測(cè)定工作。

2)利用這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)約了能源，為盡快提出土工試驗(yàn)報(bào)告提供了保證。

3)通過多年的工程實(shí)踐證明，利用這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是可靠的、合理的。

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

[2] 陶本藻.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)淺說[M].北京:測(cè)繪出版社，1981.

[3] JGJ 84-92，建筑巖土工程勘察基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)[M].第4版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.