王洪緒，裴成玉，付佳

印尼某地區(qū)黏性土含水率及液塑限相關性研究

王洪緒1，裴成玉1，付佳2

（1.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津300222；2.錦州港股份有限公司，遼寧錦州121007）

天然含水率、液塑限是黏性土的常規(guī)物理性指標，是土類定名、分層、提供承載力的重要依據(jù)。通過對印尼某地區(qū)979個黏性土土樣的含水率、液塑限數(shù)據(jù)進行線性回歸分析，表明該地區(qū)黏性土在105℃和68℃溫度下的含水率、液塑限存在良好的線性相關關系，可為當?shù)匾院蟮墓こ烫峁﹨⒖肌?/p>

含水率；液塑限；回歸分析；相關關系

0 引言

印尼地處東南亞，屬熱帶雨林氣候，土中含有少量的有機質和親水性礦物。特殊的氣候和地理環(huán)境造成了土的物理性指標的特殊性，使得天然含水率、孔隙比、液塑限等指標與我國國內(nèi)相比，具有很大差異性。通過對979個土樣的試驗數(shù)據(jù)分析表明，天然含水率最大值為155.2%，平均值為58.6%，液限最大值為121.7%，平均值為66.1%，塑限最大值為69.2%，平均值為35.2%。比國內(nèi)黏性土指標普遍偏高。造成差異的主要原因是土中含有機質土所吸附的結合水以及其它親水性或易揮發(fā)的化學物質。由于土中含有有機質，依據(jù)GB/T 50123—1999《土工試驗方法標準》，含水率需要進行65~70℃（含有機質超過干土質量5%的土）和105~110℃的比對試驗，以便確定含水率試驗的烘烤溫度[1-3]。

1 地層特征簡介

該地區(qū)的黏性土層，按成因大致可分為第Ⅰ海相沉積層、第Ⅱ海相沉積層和海陸交互相沉積層。其基本特征如下：

第Ⅰ海相沉積層：主要表現(xiàn)為淤泥和淤泥質粉質黏土，灰黑色、褐灰色、灰色，軟塑狀，中塑~高塑性，土質不均勻，含有機質與碎貝殼，混粉土團與砂團。該層分布廣泛，層厚穩(wěn)定連續(xù)。

第Ⅱ海相沉積層：主要表現(xiàn)為黏土，灰色、深灰色、青灰色，可塑~硬塑狀，高塑性，土質不均勻，含有機質，夾粉土團與碎貝殼，局部混較多砂粒。該層分布廣泛，層厚穩(wěn)定連續(xù)。

海陸交互相沉積層：主要表現(xiàn)為黏土和粉質黏土，深灰色、黑灰色、黃灰色、青灰色、藍灰色，硬塑狀，中塑~高塑性，土質不均勻，含有機質，夾砂斑與砂薄層。該層分布廣泛，層厚穩(wěn)定連續(xù)。

總體來說，該地區(qū)覆蓋的黏性土層具有較強的規(guī)律性。

2 物理性試驗比對分析

依據(jù)《土工試驗方法標準》的規(guī)定，含水率采用烘烤法測定，采用的儀器設備主要為電熱烘箱和天平。主要技術參數(shù)為電熱烘箱：控制溫度65~70℃和105~110℃；天平：量程200 g，最小分度值0.01 g。液限采用TYS-3電腦土壤液塑限聯(lián)合測定儀測定，主要技術參數(shù)：1）圓錐儀總重76 g±0.2 g。2）圓錐角度30°±0.2°。3）測讀入土深度0~22 mm。4）測讀精度0.01 mm。5）測量時間5 s。6）電磁吸力＞100 g。7）電源220 V±10%。試驗方法為采用76 g錐，當錐體下沉5 s，圓錐剛好達到10 mm時的含水率即為液限。塑限采用搓條法，即土條在毛玻璃板上滾搓到3 mm時，出現(xiàn)裂紋，并自動斷裂作為標準[1]。

2.1105 ℃物理性指標液塑限的關系分析

本研究共采集979件土樣進行了土的天然含水率和液塑限測定，試驗溫度分別采用105℃和68℃，并分別進行數(shù)理統(tǒng)計。其中液塑限剔除了153件混合土及有機質土，105℃土的物理性統(tǒng)計結果見表1。從表1可以看出：含水率、液塑限、塑性指數(shù)的標準差較大，重度和孔隙比的試驗標準差較小。含水率的標準值為59.5%，濕重度的標準值為15.74 kN/m3，孔隙比的標準值為1.81，液限的標準值為69.9%，塑限的標準值為35.9%，塑性指數(shù)的標準值為34.1。

表1105 ℃土的物理性指標統(tǒng)計表Table 1The physical indexes of cohesive soil at 105℃

通過對試驗數(shù)據(jù)的分析整理，發(fā)現(xiàn)其液限數(shù)據(jù)和塑限數(shù)據(jù)之間有著比較密切的相關關系，同時兩個指標的數(shù)據(jù)均是通過室內(nèi)試驗直接獲得。液限采用76 g圓錐儀法測定，塑限采用滾搓法測定。液限數(shù)據(jù)和塑限數(shù)據(jù)間關系公式建立過程如下：首先，以液限為橫坐標軸，塑限為縱坐標軸，建立二維平面坐標系；而后將每個土樣按其液限數(shù)據(jù)和塑限數(shù)據(jù)，分別投射到這個以液限為橫軸、塑限為縱軸的平面坐標系中，如此就得到826個土樣的液限塑限關系散點圖模型，如圖1所示；最后，在此液塑限關系散點圖模型上，運用最小二乘法，歸納推導出液限和塑限之間的關系公式：WP=0.321WL+13.393。從圖1可以看出：隨著液限的增大，塑限也逐漸增大。液限的數(shù)據(jù)集中在30%~100%之間，塑限的數(shù)據(jù)集中在20%~50%之間。相關系數(shù)R2為0.856 1，相關性較好。

圖1105 ℃時的液塑限關系曲線Fig.1The relation curve of liquid limit and plastic limit at105℃

2.2105 ℃和68℃界限含水率的關系分析

選取部分試樣在不同溫度下（105℃和68℃）進行天然含水率和液塑限試驗，對試驗結果整理后如表2所示。可看出，105℃和68℃含水率比較接近，105℃和68℃液塑限亦比較接近。運用關系散點圖模型，對含水率、液限和塑限在105℃和68℃烘烤下的相關性進行研究，結果如圖2~圖4所示。在此關系散點圖模型上，運用最小二乘法，歸納推導出含水率、液限和塑限在105℃和68℃烘烤下的關系式分別為：W68℃=0.892 4W105℃+ 2.535 6、WL68℃=0.874 7 WL105℃+3.252 2和WP68℃= 0.915 4WP105℃+0.436 9，式中：W為含水率；WP為塑限值；WL為液限值。由圖2~圖4可以看出，105℃天然含水率、液限、塑限和68℃的同一指標對應值相關密切，線性關系明顯，相關系數(shù)均在0.98以上。可為不同烘烤溫度下的各物理性指標間的轉換提供經(jīng)驗公式。

表2105 ℃與68℃天然土的物理性指標統(tǒng)計表Table 2The physical indexes of natural soil at 105℃and 68℃%

圖2105 ℃和68℃天然含水率關系曲線Fig.2The relation curve of natural moisture content at 105℃and 68℃

圖3105 ℃和68℃液限關系曲線Fig.3The relation curve of liquid limit at 105℃and 68℃

圖4105 ℃和68℃塑限關系曲線Fig.4The relationcurveofplasticlimitat105℃and 68℃

2.3105 ℃天然土的液限與烘烤后浸泡24 h后液限的關系分析

選取代表性的土樣150組，先進行105℃天然土液限試驗，然后將試樣在105℃烘烤稱量后，用水浸泡24 h，使其充分地排氣飽和。采用散點圖和最小二乘法，對浸泡后液限與天然土液限的相關性進行研究，結果如圖5所示。由圖5可以看出，隨著天然土液限的增大，烘烤浸泡24 h后的液限也逐漸增大，兩者具有一定的規(guī)律性，但是局部集中現(xiàn)象比較明顯，線性關系較差，相關系數(shù)R2為0.529 3，說明有機質對液限影響較大。將105℃天然土液限與烘烤浸泡24 h液限的差值與烘烤后浸泡24 h液限和天然土液限的比值進行相關性分析，如圖6所示，二者的線性關系明顯增強，相關系數(shù)達到0.96以上。

圖5105 ℃天然土液限與烘烤后浸泡24 h液限關系曲線Fig.5The relation curve of natural liquid limit at 105℃and the liquid limit soaked for 24 h

圖6105 ℃液限和烘烤后浸泡24 h液限的差值與烘烤后液限和天然土液限比值關系曲線Fig.6The relation curve of difference and ratio about natural liquid limit at 105℃and the liquid limit soaked for 24 h

3 結語

1）試驗地區(qū)土樣105℃的液塑限相關性明顯，經(jīng)驗公式為WP=0.321WL+13.393，可為本地區(qū)的液塑限提供借鑒。

2）試驗地區(qū)土樣105℃和68℃天然含水率具有很強的相關性，經(jīng)驗公式為W68℃=0.8924W105℃+ 2.535 6，可為有機質土的含水率提供經(jīng)驗值。

3）試驗地區(qū)土樣105℃和68℃液限相關性好，經(jīng)驗公式為WL68℃=0.874 7WL105℃+3.252 2，可為有機質土的液限提供經(jīng)驗值。

4）試驗地區(qū)土樣105℃和68℃塑限相關性好，經(jīng)驗公式為WP68℃=0.915 4WP105℃+0.436 9，可為有機質土的塑限提供經(jīng)驗值。

5）試驗地區(qū)土樣105℃天然土液限與烘烤浸泡24 h后液限相關性稍差；105℃液限和烘烤后浸泡24 h液限的差值與烘烤后液限和天然土液限比值的相關性較好，相關系數(shù)R2為0.934 5。

6）含水率、液塑限的上述結論是通過部分土的試驗結果初步得到的，還需要收集更多的數(shù)據(jù)進行深入研究。

[1]GB/T 50123—1999，土工試驗方法標準[S]. GB/T 50123—1999,Standard for soil test method[S].

[2]SL 237—1999，土工試驗規(guī)程[S]. SL 237—1999,Specification of soil test[S].

[3]工程地質手冊編委會.工程地質手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007. Editorial Committee of Engineering Geology Manual.Engineering geology manual[M].Beijing:China Architecture&Building Press, 2007.

[4]李剛.有機質對軟土流變性質的影響及其在工程中的應用[J].科學之友，2011（10）：142-143. LI Gang.The organic matter′s impact on rheological properties of soft soil and its application in engineering[J].Friend of Science Amateurs,2011(10):142-143.

[5]戚玉紅，趙居代，楊鴻鈞.珠海港高欄港區(qū)粘性土液限與塑限相關性的研究[J].港工技術，2014，51（3）：79-81. QI Yu-hong,ZHAO Ju-dai,YANG Hong-jun.Research on correlation between liquid limit and plastic limit of clayey soil at Zhuhai Port Gaolan Harbor[J].Port Engineering Technology,2014,51(3): 79-81.

[6]戚玉紅，趙居代，楊鴻鈞.黃驊港煤炭港區(qū)粘性土液限與塑限相關性研究[J].港工技術，2015，52（5）：112-116. QI Yu-hong,ZHAO Ju-dai,YANG Hong-jun.Correlation analysis of liquid limit and plastic limit of clayey soil samples collected from Huanghua Port Coal Harbor[J].Port Engineering Technology,2015, 52(5):112-116.

Correlation on moisture content and liquid-plastic limit of cohesive soil in a certain region of Indonesia

WANG Hong-xu1,PEI Cheng-yu1,FU Jia2
（1.CCCCFirst Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China;2.JinzhouPort Co.,Ltd.,Jinzhou,Liaoning 121007,China）

The natural moisture content,liquid-plastic limit are conventional physical indexes of cohesive soil,and they are the important basis for naming,layering and providing bearing capacity.Based on 979 soil samples of cohesive soil in a certain region of Indonesia,we carried linear regression analysis on their moisture content,liquid-plastic limit.The results show that there is a good linear correlation on the moisture content and the liquid-plastic limit of the cohesive soil at 105℃and 68℃, which can provide a reference for the future projects.

moisture content;liquid-plastic limit;regression analysis;correlation

U652.2

A

2095-7874（2017）08-0053-04

10.7640/zggwjs201708012

2017-03-23

2017-05-22

王洪緒（1971—），男，遼寧大連人，高級工程師，主要從事巖土試驗檢測、資料審定工作。E-mail：674649850@qq.com