土工液塑限试验成果确定方法

土工液塑限试验成果确定方法刍议

摘要：通过选取具有一定代表性剖面的不同稠度状态的不同细粒土为研究对象，已获取准确可靠的野外样品及实验、测试数据，并结合前人的研究成果，采用解析几何的直线方程建立其数学表达式对试验数据进行计算，综合利用解析法、Excel对传统液塑限联合试验作图法进行改进，以直接消除人工计算和绘图产生的误差。在改进作图法的基础上更进一步利用QBASIC编程，可方便快捷地运算、作图，提高数据处理的速度和精度，使试验更加准确直观确定细粒土的液塑限指标。

1概述

液限、塑限是指细粒土处于可塑性状态的上限含水量和下限含水量。它是细粒土的两个重要物理指标，用以划分土类、计算天然稠度、塑性指数，提供参数供工程之用。因此，正确地确定细粒土的液限、塑限指标对工程建设具有重要的意义。

液限和塑限的测定属于室内土工常规试验项目，其目的主要是测定细粒土的液限和塑限，并根据试验结果计算塑性指数和液性指数，因此研究内容属于土力学的试验研究领域。

根据我国国家标准《土工试验方法标准》（ GB/ T50123 - 1999），行业标准《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）、《水电水利工程土工试验规程》（DL/T5355-2006）、《铁路工程土工试验规程》（TB 10102-2004），对小于0.5mm的土试样的液塑限的确定方法有液塑限联合测定法、碟式仪液限法及滚搓法。滚搓法具有标准不易掌握，人

为因素影响较大等缺点；碟式仪液限法主要用于美国，我国应用较少，而液塑限联合测定法具有操作简单，所测数据比较稳定，标准易于统一等优点，因此应用越来越广泛。

联合测定法采用光电式液塑限联合测定仪等，用100g（或76g）圆锥仪测定在5s时土在不同含水量时的圆锥下沉深度。在双对数坐标纸上绘制圆锥下沉深度和含水量的关系直线，公路土工试验规程规定，在直线上查得圆锥下沉深度为20mm处的相应含水量为液限（水电土工试验规程、铁路和国标为圆锥下沉深度为17mm或10mm处的相应含水量为液限）。然后再将液限带入公式计算出下沉深度hP，hP对应的含水量为塑限wp（而水电土工试验规程圆锥下沉深度为2mm处的相应含水量为塑限，显然，公路土工试验规程按变数hP确定含水量更为合理，因为hP值随土质而异）。

关于液塑限联合试验的数据分析整理，公路土工试验规程、水利电力土工试验规程等都已做了比较明确的规定，但这些土工试验规程之规定较为繁琐，特别是对每一土样均在双对数坐标纸上绘制lgw - lgh直线，不仅工作量大，极易造成人为的误差，而且在试验过程中可能造成△wP ≥2%，使试验拖延一个周期。

目前对于液塑限试验数据处理的常用方法有：回归分析法、最小二乘法和解析法。回归分析法对应于搓条法，通过相关系数和显著性检验来控制试验精度；液限由仪器控制，精度高，直接按照公式由液限计算出塑限。但此法相关性有地方性，可信度较低，局限性大。最小二乘法的原理是根据下沉深度与含水率的线性关系，求得待定系

数，在双对数坐标中绘出直线，从而得到土样液塑限值。由于其通过相关系数r来控制精度，导致其精度相对较低。

为此，采用解析几何的直线方程建立其数学表达式对试验数据进行计算，并综合利用Excel强大的数据处理功能和Autocad强大的绘图功能，提出一种方便快捷准确处理数据的新方法，且采用Autolisp、QBASIC进行编程，可极大地提高数据处理的速度和精度。在此基础上提出控制锥沉量偏差的基于试验过程的优化设计（编制快速查找不同含水量的不同土质与加水量关系应用图表），这样就可有效避免试验拖延一个周期。解决在不同塑性状态下圆锥仪入土深度的量测技术，提高工效。通过对测试仪器改进，使其对土类的适合性广、标准统一，解决在不同塑性状态下圆锥仪入土深度的量测技术，提高工效。

另外，采用液、塑限联合测定法针对部分细粒土和粉砂进行液、塑限测定时，发现对于部分细粒土在双对数坐标上圆锥下沉深度与含水率之间的关系并非线性关系，无法依据线性关系确定液、塑限：采用规程建议的三个含水率范围有时根本无法获得有效试验数据；采用规程建议的三个含水率范围确定得到土的液、塑限试验结果的可靠性有待商榷；采用直线段试验数据确定的液、塑限进行分类可能出现相互矛盾甚至错误的结果。由于液限和塑限含水率是确定细粒土的定名和物理状态的重要参数，试验方法可靠与否直接关系到这类土的工程应用，因此深入探讨联合测定法对于细粒土的适用性问题不仅具有一定的理论意义，而且具有重要的实际工程参考价值。

2 试验仪器设备

研究所用仪器设备如下：

外业地质测绘：地质锤、地质罗盘、手持GPS、放大镜、温度计、钢卷尺、照相机、笔记本等。

钻探取样：XY-100型钻机、麻花钻，配备薄壁不锈钢取土器、厚壁取土器、标准贯入器（图4-1）。

测量：NTS-352全站型电子速测仪；测量采用全站仪和RTK测量系统。

室内土工试验：采用SYS系列数显液塑限联合测定仪、光电式塑限测定仪、电热干燥箱、电子天平、土样分筛、托盘天平、电子秤等。

另外配备汽车、电脑、数码相机、打印机等设备和交通工具。

3 研究步骤、内容

（1）在大量收集国内外相关重要文献的基础上，针对采用液塑限联合测定法，对于部分细粒土在双对数坐标上圆锥下沉深度与含水率之间的关系并非线性关系，无法依据线性关系确定液、塑限，采用规程建议的三个含水率范围有时根本无法获得有效试验数据，采用直线段试验数据确定的液、塑限进行分类可能出现相互矛盾甚至错误的结果等试验现象，从联合测定法确定液、塑限的试验原理探讨了该方法的本质和适用性，从试验原理、土微观结构等方面进行综合研究，认为用联合测定法所测的结果只是土抗剪强度的一个反映。只有当细粒土黏粒含量足够大，土中抗剪强度由凝聚分量主导时，联合测定法适用。