简述界限含水率试验.doc

北京铁路枢纽丰台站改建工程简述界限含水率试验摘要：界限含水率试验是用来测定黏性土的液限和塑限，用于计算塑性指数、液性指数，从而来判定土的分类。本文通过液塑限联合测定法，阐述了液限、塑限之间的关系，得出了液性指数是用来衡量粘性土软硬状态（即稠度）的指标；塑限指数是用来判定粘性土的分类。关键词：液限、塑限、液性指数、塑性指数前言在生活中经常可以看到这样的现在，雨天土路泥泞不堪，车辆驶过便形成深深地车辙，而在久晴以后土路上却异常的坚硬。这种现象说明，土的性质与其含水量有着十分密切的关系，因此需要定量的加以研究。对实际工程来说，具有实用意义的是液限、塑限。土体的状态随含水量的变化可分为固态、半固态、可塑状态和流动状态。液限是可塑状态的上限，塑限是可塑状态的下限。界限含水率，尤其是液限，能较好地反映土的某些物理力学性质。从液体到塑性体的变化是逐步发生的，将土具有最小强度时的含水率作为液体和塑性体之间的界限值，称为液限；如果土的水分继续减小，屈服应力增加到一定值，土就变成具有脆性，区分塑性和脆性的界限含水率定义为塑限。在脆性固体范围内，含水率比塑限低，粘土搓揉时将破碎。因此，试验是根据搓揉小土条达到一定尺寸，土条开始断裂，这时的含水率为土的塑限。饱和粘土逐步干燥，土体积逐渐减缩，当土体不再收缩时的含水率称为缩限。这个界限含水率在工程中较少应用。液限与塑限之间的含水率为塑性指数，它是粘土塑性的量度。含水率与液限和塑限的关系可以用相对稠度或液性指数表示。1试验方法1.1塑限试验塑限试验的方法有滚搓法试验和液、塑限联合测定法，我们在工程中常用滚搓法。滚搓法试验步骤如下：取调过的试样（保证了液、塑限试样的一致性以及试样的均匀性），先用吹风机或抹布使试样大致达到塑限状态（土样搓成一个小圆球，压扁后，周边出现裂纹），然后用手掌均匀的施加力在土条上，边搓边捏，土条长度不易超出手掌宽度，不然无法控制超出手掌的土条。待土条直径大约3mm时出现裂纹，自动断裂，且不空心，不卷心，则可以装盒称量；如果没有达到上述条件，都需要重新试验。调得合格的试样后称量出湿土加盒的质量m1（精确到0.01g）,放入恒温为105-110的烘箱中烘8小时，然后在称出干土加盒子的质量m2,从而可计算出该试样的塑限含水率Wp。1.2液限试验测定土的液限主要有圆锥仪法、碟式法等试验方法，在实践中我们一般采用液、塑限联合测定法测定土的液限。液、塑限联合测定法试验步骤为：取部分试样，视试样的干湿情况给其加水，然后充分搅拌，将试样搅拌均匀，然后将调均匀的试样装入试样杯中，要将试样杯充分填满，然后将试样杯放在液、塑限联合测定仪上（见图1），在锥尖涂抹凡士林，然后调整底座，使试样杯里试样的表面刚好与锥尖接触（如果仪器有接触指示灯，那当指示灯刚好亮起时），按下按钮，让锥在自重的情况下下落，待5s后，仪器发出提示音，数显器上的读数便是锥的入土深度；如果入土深度为10mm（一般情况下在9.810.2范围内都可以）即可装盒称量，若没能达到，就继续加水或吹干，均匀搅拌试样，直到试样的下沉深度达到10mm即可。调得合格的试样称量出湿土加盒的质量m1（精确到0.01g）,放入恒温为105-110的烘箱中烘8小时，然后在称出干土加盒子的质量m2,从而计算出该试样的液限含水率WL。图1液塑限联合测定仪示意图1显示屏；2电磁铁；3带标尺的圆锥仪；4试样杯；5控制开关；6升降座；2试验中的问题及措施2.1塑限试验常见问题2.1.1土质的影响在遇到粉土，我们一般比较难掌握方法，其实也可以用普通的搓条法来进行，只是这对技术要求比较高。因为粉土比较松散，如果用手掌搓比较容易散，不易搓成条，所以我们一般先把粉土拍成厚度约3mm的饼，然后切成条（这样做的目的是先把土条的形给固定住了），用手指将粉土条在玻璃板上滚动，待没有水印时，表示试样的含水率达到塑限含水率，即可装盒，称量。2.1.2操作技巧搓条时，容易空心、卷心。相对于液限，塑限的掌握就比较困难，在保证达到塑限的状态下，还要保证土条不空心，刚开始接触的时候压根无法保证两者并存，所以通常我们把试样大概吹到塑限状态时（土样搓成一个小圆球，压扁后，周边出现裂纹），我们就边搓条边把土条从这头捏到另一头，这样既能将空心的捏密实了，同时也可以将土条捏细点，反复这样，待土条差不多3mm时出现裂纹且自然断裂时就说明已经达到塑限状态，这个方法即保证了质量也解决了我们的问题。在遇到老黏土时（例如淮安那种黄褐色的），由于土比较硬，所以我一般用湿布包着，然后将其敲打均匀，然后看试样的情况进行加水或吹到接近塑限状态时，进行快速搓条，当土条达到3mm时正好断裂，就可以装盒了。2.1.3三种土搓条的区别黏土：当土条达到3mm时自然断裂，装盒之后摇盒会发出清脆的声音；粉质粘土：当土条达到3mm时出现裂纹且自然断裂，装盒之后摇盒也会发出声音，但明显没有黏土清脆；粉土：当土条达到3mm时，在玻璃板滚动没有水印出现时，即可装盒。2.2塑限试验常见问题2.2.1标准的应用首先应注意的是，用液、塑限联合测定法测液限时，不同行业的标准略有不同。交通部标准应用100g的锥，入土深度为20mm。而建设部标准应用76g的锥，入土深度为10mm或17mm。在工程中，应注意所应用的行业规范和技术标准，避免发生和错规范的现象。2.2.2操作中的问题由于液限是仪器所测，所以相对于手工放锥来说会更精确。但也有人为原因的影响：在指示灯不亮的情况下，由于没有水平看锥尖与接触表面的时候，就会或高或低的试锥，从而就会使得得出的液限偏大或偏小、或者导致试验的错误；液、塑限联合测定仪的圆水准气泡没有居中；从而使仪器没有放平；放仪器的地方不平，使仪器摇动。这些人为原因都会影响我们试验的结果，所以我们在放锥时应尽量避免人为原因。在试锥时一般试三个点，因为有时试样调得不均匀，而试锥如果只试一个点，那也不具有代表性，所以一般情况下试三个点，并且点与点之间的距离要大于1cm，如果三点之间的差值较大，必须重新将试样搅拌均匀。但粉土是个例外，由于粉土液化的比较快，所以只能试一个点。并且由于粉土比较粉，比较松散，所以很难将其调均匀，我是先加很多的水，这样就能很轻松的将粉土均匀调在一起，然后再用干抹布去吸多余的水，这样就可以很轻松的解决粉土调不起来的问题。2.2.3土质的影响当遇到很硬的老黏土时，如果采用一般的调土方法会很困难、很费力，所以我是先用刨子把土刨成碎的，然后加水浸泡。由于是老黏土，所以可以适当的多加点水泡，待一段时间后，土明显变软变好调。当遇到特殊土得时候（夹大量云母、有机质、贝壳等），应该先将土调均匀，再视情况加水，从而可以避免刚开始对土加水的判断失误。3界限含水率试验的数据处理与应用3.1试验指标的数据处理界限含水量可用于计算塑性指数和液性指数，并根据这两个指标来确定土的名称和工程状态。3.1.1塑性指数塑性指数为液限与塑限的差，用Ip表示。它表示粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围，习惯上用不带%号的数值表示。Ip=WL-Wp (1)塑性指数愈大，土颗粒愈细，粘粒含量愈多，比表面和结合水含量愈高。塑性指数的大小还与土粒的矿物成分有关，当粘粒中主要成分为蒙脱石时，塑性指数较高；当粘粒中主要成分为高岭石时，塑性指数相对较低。土的塑性指数是成分一定时土的固有属性，当土的组成确定以后，塑性指数值可视为常数，与土的天然含水率无关。因此，工程上常用塑性指数对粘性土进行分类（见表1）。3.1.2液性指数 液性指数是粘性土的天然含水率和塑限的差值与塑性指数比值，即液性指数是表征粘性土软硬状态的指标，IL以小数表示。IL=(W-Wp)/Ip (2) IL值愈大，土质愈软，IL值愈小，土质愈硬。但在不同的行业标准中土类状态的分类也有不同，具体分类方法可见表2。表1 土类定名分类土类名称Ip黏土17粉质黏土10Ip17粉土4Ip10表2 土类状态分类建筑工程土工试验规程GB 铁路工程土工试验规程TB IL0坚硬IL0坚硬 0IL0.25硬塑0IL0.5硬塑0.25IL0.75可塑0.5IL1.0软塑0.751.0流塑IL1.0流塑3.2工程实例3.2.1试验数据在北京铁路枢纽丰台站改建工程中我们进行了界限含水量试验，并得到了相关数据，以下是其中两组数据。表3 试样资料试验编号野外编号土名取样深度备注749 原1 粉土2.0m751 原3粉质黏土4.75m表4 含水量试验记录表试样编号盒号湿土+盒子质量（g）干土+盒子质量（g）含水率（）平均含水率（）含水量W（）749117659.7655.4912.912.912.9130659.5455.3112.9751130663.9956.4122.322.322.3156865.7157.8222.3表5 液限试验记录表试样标号盒号湿土+盒质量（g）干土+盒质量（g）含水率（）平均含水率（）/2液限WL（）74962433.3729.3122.722.822.898930.6827.1022.875151431.3326.5131.931.931.997237.4531.1431.9表6 塑限试验记录表试样标号盒号湿土+盒子质量（g）干土+盒子质量（g）含水率（）平均含水率（）塑限Wp（）74951014.8414.3217.817.417.681915.2814.7017.475126815.0114.4717.517.317.322415.1914.6417.03.2.2试验数据的应用根据(1)式和(2)式计算得:试样749计算结果Ip=WL-Wp=22.8-17.6=5.2IL=(W-Wp)/Ip=(12.9-17.6)/5.2=-0.90试样751计算结果Ip=WL-Wp=31.9-17.3=14.6IL=(W-Wp)/Ip=（22.3-17.3）/14.6=0.343.2.3粉土的潮湿状态划分表7 粉土的潮湿状态划分含水量（）潮湿状态小于20稍湿20-30潮湿大于30饱和根据计算749、751的塑性指数和液限指数，按照表1、2、7的划分，从而判定749为粉土、稍湿；依据铁路工程土工试验规程751为粉质黏土、可塑，依据建筑工程土工试验规程则为粉质黏土、硬塑。4、结论本文通过液塑限联合测定法，得出液塑限试验和液塑限试验指标是土工试验中最常见、应用最广的试验之一。在建筑工程土工试验规程和铁路工程土工试验规程存在诸多不同，所以必须要区