基于液、塑限联合测定法的界限含水率试验研究.pdf

第11期2023年11月文章编号：16 7 3-9 0 0 0(2 0 2 3)11-0 18 0-0 3陕西水利Shaanxi WaterResourcesNo.11November,2023基于液、塑限联合测定法的界限含水率试验研究曾少嫣（广东丰源建设工程检测有限公司，广东河源517 0 0 0）摘要为提高土壤工程性质的研究水平，测定细粒土的液限和塑限，介绍液、塑限联合测定法的基本原理，通过界限含水率试验，对试验结果进行锥入深度与含水率的相关性研究。试验结果表明：当锥入深度大于3mm时，进行回归分析，发现能呈现良好的线性关系，液、塑限联合测定法能够有效地测定土壤的界限含水率，判断土壤的工程可塑性、稳定性和渗透性等性能。【关键词液限；塑限；联合测定法；锥入深度；含水率中图分类号TU411文献标识码B液限和塑限是土壤工程学中常见的两个重要参数，是描述土壤塑性、可塑性和压缩性等特性的重要指标。对细粒土进行分类和工程性质评估的基本试验项目是测量其液限和塑限，这是必不可少的。液、塑限是评价土壤性质和分类的重要依据，因此，这项试验具有重要的意义。液、塑限联合测定法被广泛运用于国内外细粒土的含水率测量，以得出精确的试验数据和更精细的分析1。1液、塑限联合测定法的简述及原理1.1液、塑限联合测定法的简述液、塑限联合测定法是一种常用于土壤力学实验中测定土壤液限和塑限的方法，在国内外都得到广泛应用3。液限和塑限是土壤固体颗粒排列和结构性质的重要指标。液限是指土壤在一定水分条件下由固体状态向塑性流动状态转化的水分含量。实验中，将一定质量的湿土样品放置于液限仪器中，通过在土样上施加规定的震动次数，测定土壤的液限指数。而塑限是指土壤在一定水分条件下，由可塑性流动状态向半固态过渡的水分含量。实验中，将一定质量的土样在滚筒或平板上加水、揉捏，逐渐加水直至土样能够串切至直径为3mm时停止加水，记录此时土壤的水分含量，即为塑限含水量。液限反映了土壤流动性的特征，塑限则描述了土壤可塑性的特点。液、塑限联合测定法旨在确定土壤的工程性质和分类。1.2液、塑限联合测定法的试验原理液、塑限联合测定法的理论依据5是通过测定液、塑限值，可以得到液性指数和塑性指数，从而评估土壤的工程性质、可塑性和流变特性等方面指标。此试验原理基于细粒土的物理性质和结构相互作用关系，根据细粒土的液、塑限特性发生变化，进而对土壤工程性质进行评估。此法具有测量精度高、结果稳定、操作简单等优点，被广泛应用于细粒土样的液、塑限测定。具体是锥人深度与含水率的关系在双对数坐标上的曲线称为压缩曲线，是圆锥压实试验中的重要结果之一。在进行试验时，先称量一定量的土样，经过一系列抛击和筛分操作后确认含水率，然后将土样加人圆锥试验仪中，用定量的力将圆锥压入土样中，并以某一速度将圆锥拔出。在这个过程中，剪切力的垂直分量A与圆锥的重量p达到平衡。在进行联合测定时，我们可通过测量土样在不同含水率下的抗剪强度来确定液、塑限，从而确定土壤的液态和塑性特性。(1)A元htanA=COS-2式中：为圆锥的顶角；h为圆锥下沉深度。2试验设备及步骤2.1试验设备进行液、塑限联合测定法的界限含水率试验的设备主要有液、塑限联合测定仪和天平。液、塑限联合测定仪：用于进行细粒土的液、塑限测定，是土工试验室中常用的一种设备。该仪器的主要组成部分包括试验仪器与控制仪器。试验仪器包括土样杯、模具、锥形针等，控制仪器则包括电压稳定器、计时器、搅拌器等。天平：称量2 0 0 g，最小分度值0.0 1g。筛：孔径0.5nm。其他。pcos2T=(2)收稿日期2 0 2 3-0 6-2 0【作者简介曾少嫣（19 8 2-），女，广东河源人，工程师，主要从事水利工程质量检测工作。:180第11期2023年11月2.2试验步骤基于液、塑限联合测定法的界限含水率试验主要用于测定细粒土的含水率，是土力学试验中较为重要的一个试验项目。其试验步骤主要包括取样、试样制备、含水率测定以及数据处理等。取样：取一定量的细粒土样，通常要求样品重量在50g以上，避免部分含水率过高、过低，导致试验结果偏差。试样制备：将取得的样品通过分选和碾压，制成规定尺寸的试样。采用分选法建议将土壤过筛，在筛孔为0.42 5mm的筛子上分选，得到目标细粒土，再将其进行碾压，制成1cm2cm厚的圆盘状试样。制样时要注意试样的密实度和均匀性，确保试样的质量。测定含水率：将试样置于充分浸泡的液体中，等待其吸水至饱和状态，然后通过液、塑限法测定其液限和塑极限之后逐渐去水，测定通过液、塑限法得出的液态指数和塑性指数数据，通过计算得到试样的干重。数据处理：根据试验所得到的液态指数、塑性指数以及干重数据计算出试样在不同含水率时的重量，并绘制出液限、塑限曲线。通过液、塑限曲线可以得到所有的液限指数、塑性指数、含水率之间的变化关系。在此基础上，可以进一步计算得到土壤的界限含水率。基于液、塑限联合测定法的界限含水率试验，可以快速、准确地测定细粒土的界限含水率，是土力学试验中常用的一项试验方法，被广泛应用于土工工程、建筑工程等领域。3试验结果处理3.1订试验结果计算（1）由液、塑限联合测定法的试验原理中可知，锥人深度h与相应含水率w之间的关系往往是复杂的，但在一定范围内，它们之间具有双对数直线关系。而锥人深度h可以反映土样在特定含水率w下的抗剪强度，但并不是直接的抗剪强度值。实际上，采用联合测定法是测定土的界限含水率与抗剪强度之间的关系。联合测定法采用液塑限分析方法测定土的液限和塑限，并实测圆锥下沉深度，据此确定土的界限含水率。然后，在实验室中进行剪切试验，测定土在不同含水率下的抗剪强度，并通过统计分析建立土的界限含水率与抗剪强度之间的关系。mo-1|100Wo=md式中：ma为干土质量，g；mo 为湿土质量，g。圆锥人土深度在双对数坐标纸上绘制关系是土壤力学中常用的一种方法，锥人深度与含水率的关系见图1。该方法可以用于分析土壤的不同力学性质，如强度、变形模量等与深度之间的关系。在双对数坐标纸上绘制的圆锥人土深度与深度间关系曲线被称为圆锥压缩曲线，可以通过该曲线来评估土壤的力学性质。陕西水利Shaanxi Water Resources100.0010.003.161.001020hp图1锥入深度与含水率（hw）的关系塑性指数应按下式计算：1I,=0 L-O p式中：I,为塑性指数；为液限，%；p为塑限，%。液性指数应按下式计算：=式中：I为液性指数，计算至0.0 1。进行塑限实验时，记录好相应的含水率和抗压强度数据，得到在不同含水率条件下的塑限和抗压强度数据。根据所得数据，可以通过数学计算、拟合等方法，建立塑限入土深度和液限的关系模型，两者之间的关系见图2。即采用回归分析，将塑限入土深度的对数与液限的对数作为自变量和因变量进行回归计算，确定两者之间的函数关系式。利用所建立的关系模型，可以推导出不同液限下的塑限入土深度，从而对土壤的力学性质进行定量评估。需要注意的是，液、塑限联合测定法的数据处理和分析过程相对较为复杂，需要准确的实验操作和数据处理方法。同时，不同土壤类型、成分和结构等因素也会对塑限人土深度和液限的关系产生影响，所以在具体实验操作中需要综合考虑各种因素的作用。10976(3)5432102025303540455图2 hp0,关系图3.2相关性研究的结果（1）一号土的锥人深度与含水率的相关性研究一号土的各项试验结果见表1。No.11November,2023100含水率1%ab含水量1%(a)h,=29.6-1.22w,+0.017wz-0.0000744lhi0.240-7.606505560657075液限w,/mma6hpW1wpwL含水量1%(b)w o-W p808590.181(4)(5)第11期2023年11月表1一号土的相关技术指标击实试验最大干密度/（g/cm）最佳含水量/%液限/%1.8316.8对一号土取土10 0 g进行粒组分析，其试验结果见表2。表2 一号土的粒组分析报告筛孔尺寸/mm筛余质量/g0.500.2500.0754.730.07591.22一号土的不同含水率时的锥入深度试验结果见图3。1001010.11图3一号土的锥入深度与含水率的相关图以图1和图3上共同分析可知，若C点的锥人深度小于3mm，则无法与A、B两点连成一条直线，无法用线性关系模型来预测C点对应的含水量，当土样的锥入深度在3mm及以上时，含水量和锥人深度之间呈现出良好的线性关系，对3mm以上的点进行回归分析发现，得到相关系数r为0.9 9 8 2,说明一号的土锥人深度在3mm以上时呈现良好的的线性关系。（2）二号土的锥入深度与含水率的相关性研究二号土的各项试验结果见表3。表3二号土的相关技术指标击实试验最大干密度/（g/cm）最佳含水量/%液限/%1.8316.8对二号土取土10 0 g进行粒组分析，其试验结果见表4。表4二号土的粒组分析报告筛孔尺寸/mm筛余质量/g0.500.2500.0754.730.07591.22陕西水利Shaanxi WaterResources对该土样进行含水率和锥人深度试验，不同含水率时锥入深度试验结果见图4。界限含水量试验塑限/%37.319.2占总土质量百分比0%0%4.73%95.27%10100含水率1%界限含水量试验塑限1%37.319.2占总土质量百分比0%0%4.73%95.27%No.11November,2023100100.11图4二号土的锥入深度与含水率的相关图从图4可以看出，当土的锥人深度在3mm以上时，含水量和锥人深度呈现良好的线性关系。在3mm以下时，相关性较差。在试验检测中，对照图1若C点的锥人深度小于3mm,则无法与A、B两点连成一条直线，对3mm以上的点进行回归分析发现，得到相关系数r为0.9 9 2 2,说明二号土的锥入深度在3mm以上时呈现良好的线性关系。从上面两个试验结果来看，本试验所选择的两种土的研究结果，含水率和锥人深度的关系图均在锥人深度3mm以上时呈现良好的线性关系，相关性较好。4结论通过试验数据的分析，该方法在锥人深度大于3mm时，粘土的含水量和锥人深度呈现良好的线性关系，具有广泛的应用前景。在实际应用中，我们可以采用该方法来确定土壤的界限含水率，并评估土壤工程性质，可为土建工程提供重要的参考依据，为土工领域界限含水率试验方法的改进和发展提供新的思路。1杨三兴.液塑限联合测定法试验方法探究J.交通标准化，2 0 14(9):61-62,65.2 Prakash KSridharan A.Critical appraisal of the cone penetrationmethod of determining soil plas ticityJJ.Canadian GeotechnicalJournal,2006,43(8):884-888.3国增.液塑限联合测定法界限含水率试验探讨J.河北水利,2 0 12(0 9):43.4王清海，杨贵林，李友，等.细粒土界限含水率液、塑限联合测定自动化方案的分析与探讨J.隧道建设（中英文）,2 0 2 0,40(05):644-651.5赵娟芳.联合测定法中液塑限的求解J.科技资讯，2 0 13(33):23-24.10含水率1%参考文献100（上接第17 9 页）6.2建议本次研究分析只涉及渭河川道平原区和渭北黄土高原沟区，其它地形需要继续根据实地基础建设，设计安装相应:182设备进行风能和太阳能联合发电系统的研究分析，对风能和太阳能联合发电系统进行推广。