界限含水量試驗土的物理狀態(tài)指標

土作為一種物體, 其軟硬狀態(tài)直接決定著它的力學(xué)性質(zhì), 測定土的界限含水量是研究其物理力學(xué)性質(zhì)及其工程分類的重要途徑。大多數(shù)情況下, 土處于粘滯流動狀態(tài)與固體狀態(tài)之間, 所以在工程上經(jīng)常用到的界限含水量指標有液限含水量(用WL 表示)、塑限含水量(用WS 表示)和塑性指數(shù)(用Ip 表示)。要正確地評定土的物理和力學(xué)性質(zhì), 合理地選用地基基礎(chǔ)設(shè)計方案, 首先必須對地基土進行分類。該三項指標是判斷地基土的最基本的指標, 為地基土分類提供依據(jù)。當Ip >17 則定名為粘土;10 界限含水量試驗液、塑限聯(lián)合測定試驗

1 　試驗儀器

在獲取土質(zhì)測試數(shù)據(jù)的過程中, 試驗儀器的選擇非常重要。光電式液、塑限聯(lián)合測定儀, 是界限含水量試驗中液、塑限聯(lián)合測定法中的主要儀器, 它的圓錐質(zhì)量為76g , 錐角為30°。其主要優(yōu)點是易于掌握, 電磁落錘可以減少人為因素的影響, 獲取的數(shù)據(jù)可靠系數(shù)較大。

2 　試驗方法

界限含水量試驗中, 液限測定用碟式儀法, 塑限測定用滾搓法。我們建議采用液、塑限聯(lián)合測定法較適宜, 該方法適用于粒徑小于0.5 mm 以及有機質(zhì)含量不大于試樣總質(zhì)量5 %的土。根據(jù)用圓錐儀測得的入土深度與其相應(yīng)的含水量, 在雙對數(shù)坐標上具有線性關(guān)系的特征, 用光電式液、塑限聯(lián)合測定測得土在不同含水量時其圓錐儀入土的深度, 繪制關(guān)系直線圖, 據(jù)入土深度在圖中找出該試樣的液限和塑限。即在關(guān)系直線圖上, 查得圓錐入土深度(下沉深度)為17 mm 時所對應(yīng)的含水量則為17mm 的液限;圓錐入土深度為10 mm 時所對應(yīng)的含水量則為10 mm 的液限(國標中的兩個液限標準);入土深度為2 mm 時所對應(yīng)的含水量則為該試樣的塑限, 數(shù)值取整數(shù), 根據(jù)公式, 塑性指數(shù)=液限-塑限,計算出試樣的塑性指數(shù) 。

界限含水量試驗工程實例

1 　試驗取樣

在玉樹隆寶湖地區(qū), 根據(jù)工程設(shè)計需要, 采取具有代表性的擾動樣約50 個進行土的液、塑限的試驗分析。

2 　試驗步驟

1)將天然含水量試樣過0.5 mm 篩, 取篩下的代表性試樣約300 g , 分三份放入盛土皿中, 加不同數(shù)量的純水, 制成不同稠度的試樣。使其含水量分別接近液限、塑限和二者的中間狀態(tài)。

2)用調(diào)土刀將試樣調(diào)拌均勻, 分數(shù)次密實地填入試樣杯中, 填滿后刮平表面。然后, 將試樣杯放在聯(lián)合測定儀的升降座上, 在圓錐上抹一薄層凡士林, 接通電源, 使電磁鐵吸住圓錐。

3)調(diào)節(jié)屏幕零點, 使其與微分尺在屏幕上顯示的零讀數(shù)重合, 轉(zhuǎn)動升降座, 使圓錐尖接觸試樣面(指示燈顯示), 圓錐因失磁下落沉入土樣中, 當計時指示燈亮時, 立即從屏幕測讀圓錐下沉深度, 拿出試樣杯, 取部分土樣測定含水量。

4)以相同方法分別測定三個試樣的圓錐下沉深度和含水量。

5)以含水量為橫坐標, 圓錐下沉深度為縱坐標, 在雙對數(shù)坐標紙上繪制關(guān)系曲線, 三點應(yīng)在一直線上。在關(guān)系直線圖上, 查得圓錐入土深度(下沉深度)為17mm 時所對應(yīng)的含水量則為17mm 的液限;圓錐入土深度為10 mm 時所對應(yīng)的含水量則為10 mm 的液限;入土深度為2mm 時所對應(yīng)的含水量則為該試樣的塑限, 數(shù)值取整數(shù), 計算出試樣的塑性指數(shù)。

3 　試樣實測數(shù)據(jù)

在對玉樹隆寶湖地區(qū)被測的約40 個土樣的液、塑限試驗中, 同一個試樣, 由于采用的標準不同(國標中的17 mm 、10 mm)試驗所得數(shù)據(jù)完全不同。即在同一試驗中不同標準所取得的液限含水量不同;由此而得的塑性指數(shù)也不同;以至使得土的定名也不同。其中以表1 所列的一組試樣最為典型。

4 　試驗數(shù)據(jù)分析

1)用入土深度為10 mm 的標準所得的有關(guān)數(shù)據(jù), 均低于17 mm 的標準, 但兩種標準所得的液限差值變化與塑性指數(shù)差值變化基本一致;

2)隨著試樣粘性的增大, 試驗所得的液限含水量的差值也隨之增大, 最高值是8 。

界限含水量試驗總結(jié)

1)當試驗?zāi)康氖菫槟稠椆こ烫峁┯嘘P(guān)設(shè)計數(shù)據(jù), 即地基土承載能力的大小時, 仍可采用10 mm 的標準。鑒于我國幾十年來一直采用10 mm 標準, 在液限測定方面積累了大量資料, 具有豐富的實踐經(jīng)驗。雖然由此標準得到的承載力比17mm 的標準低, 但是它仍然可以滿足工業(yè)與民用建筑的設(shè)計要求,對于結(jié)構(gòu)設(shè)計來說, 所提供的承載能力偏低, 其結(jié)果偏于保守。

2)當試驗的目的是為了判斷場地的實用價值和中外合資工程而進行的液、塑限測試, 則一般用17mm 的標準。對于前者來說, 玉樹隆寶湖地區(qū)就是一個很好的例子;而后者則因為以76 g 錐下沉深度為17 mm 時的含水量作為液限, 與美國ASTM 碟式液限儀標準是等效的。用17 mm 標準的測定方法, 可使液限標準向國際標準靠攏, 更加便于在學(xué)術(shù)上的交流, 特別是國際工程技術(shù)的交往和中外合資工程的開發(fā), 更適應(yīng)當前我國加入WTO 后的新形勢 。

土工試驗是巖土工程中不可缺少的組成部分, 主要是測定土的工程性質(zhì), 為工程設(shè)計提供設(shè)計參數(shù)和依據(jù), 也是對建筑物的地基基礎(chǔ)施工進行監(jiān)測和控制的重要手段之一。而界限含水量試驗, 是測定土的工程性質(zhì), 對土進行正確分類必不可少的試驗項目, 其準確性對工程設(shè)計有著重要的影響。

1999 年頒布的新的《土工試驗方法標準》GB T50123 -1999 , 吸收了世界先進土工試驗技術(shù), 試驗項目比較齊全, 可以滿足多種不同需要, 試驗標準更加國際化。在土試國標的界限含水量試驗中, 包括液、塑限聯(lián)合測定法、碟式儀法、滾搓法和縮限試驗。通過這幾種方法, 對土的液限、塑限和縮限進行測定。探討采用液、塑限聯(lián)合測定法測試土的液、塑限試驗中的有關(guān)問題 。

目的：為了確定粘性土由流動狀態(tài)，可塑狀態(tài)和半固體狀態(tài)、固體狀態(tài)相互轉(zhuǎn)化時的分界含水率，它是土工試驗中的粘性土基本指標之一。為劃分土類，計算天然稠度，塑性指數(shù)，供工程設(shè)計和施工之用。

基本原理：由于含水率不同，土體分別處于流動狀態(tài)、可塑狀態(tài)、半固體狀態(tài)、固體狀態(tài)。流動狀態(tài)和可塑狀態(tài)的分界含水率稱為土的液限，可塑狀態(tài)和半固體狀態(tài)的分界含水率稱為土的塑限。

規(guī)格界限：是用以規(guī)定質(zhì)量特性的最大（?。┰S可值。

上規(guī)格界限：USL；下規(guī)格界限：LSL； 。

控制界限：是從實際生產(chǎn)出來的產(chǎn)品中抽取一定數(shù)量的產(chǎn)品，并進行檢測，從所得觀測值中計算出來者。

上控制界限：UCL；下控制界限：LCL；

比例界限點是為了測定地基承載力用到的概念，常見于“淺層平板荷載試驗”和“深層平板荷載試驗” 。

比例界限點是為了測定地基承載力用到的概念，常見于“淺層平板荷載試驗”和“深層平板荷載試驗”

對于壓強-沉降曲線中有明顯拐點的曲線（一般為密實砂、硬塑粘土等低壓縮性土）， 直觀上將曲線分為三段：

o-p0： S是P的線性函數(shù)

p0-pu： S是P的非線性函數(shù)，但數(shù)值變化不大

pu-∞： S隨P迅速增大，土體破壞

概述圖中

P0是比例界限荷載，對應(yīng)點為比例界限壓力點

Pu是極限荷載，對應(yīng)點為極限壓力點