兩種測(cè)定塑限的試驗(yàn)方法比較
——基于福建省典型殘積土

羅 敏

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

兩種測(cè)定塑限的試驗(yàn)方法比較
——基于福建省典型殘積土

羅 敏

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

基于測(cè)定塑限的土工試驗(yàn)方法，以福建省典型的3種殘積土為研究對(duì)象，用滾搓法和液塑限聯(lián)合測(cè)定法對(duì)殘積土的塑限試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，滾搓法受人為因素影響較大，對(duì)操作人員的要求較高，不同操作者的試驗(yàn)結(jié)果變異系數(shù)較高，但對(duì)設(shè)備的要求低，同時(shí)也有一定的準(zhǔn)確度，是一個(gè)有代表性的普適方法；液塑限聯(lián)合測(cè)定法可以最大程度消除操作人員對(duì)結(jié)果的影響，試驗(yàn)結(jié)果變異系數(shù)低，但需要儀器管理人員有較高的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，以保持設(shè)備的高效準(zhǔn)確運(yùn)行。在復(fù)雜的工程實(shí)踐中，建議兩種方法共同實(shí)施，盡可能準(zhǔn)確地反映殘積土的真實(shí)物理性能。

塑限；滾搓法；液塑限聯(lián)合測(cè)定法；殘積土

0 引言

土的塑限和液限指標(biāo)是指粘性土處于可塑狀態(tài)的上下界限含水量，它對(duì)粘性土的分類(lèi)及工程性質(zhì)評(píng)價(jià)有重要意義[1]。殘積土為粘性土的一種特殊性土，是已完全風(fēng)化而未經(jīng)搬運(yùn)而殘留原地的土。殘積土的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)指標(biāo)一般較好。

福建省殘積土主要以花崗巖殘積土為主，其次是凝灰?guī)r、砂巖、巖脈風(fēng)化殘積土等。殘積土可以根據(jù)含礫或者含砂量劃分為殘積粘性土、殘積砂質(zhì)粘性土和殘積礫質(zhì)粘性土[2]等。

基此，本文以福建省典型的殘積土為研究對(duì)象，通過(guò)具體土樣測(cè)定分析，對(duì)比滾搓法和液塑限聯(lián)合測(cè)定法的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇一種更適合殘積土塑限試驗(yàn)的方法。

1 試驗(yàn)方法

1.1 滾搓法

(1)取0.5mm篩下的代表性試樣100g，放在盛土皿中加純水拌勻，濕潤(rùn)過(guò)夜[3]。

(2)將制備好的試樣在手中揉捏至不粘手，捏扁，當(dāng)出現(xiàn)裂縫時(shí)，表示其含水率接近塑限。

(3)將接近塑限含水率的試樣8g～10g，用手搓成橢圓形，放在毛玻璃板上用手掌滾搓，滾搓時(shí)手掌的壓力要均勻地施加在土條上，不得使土條在毛玻璃板上無(wú)力滾動(dòng)，土條不得有空心現(xiàn)象，土條長(zhǎng)度不宜大于手掌寬度。

(4)當(dāng)土條直徑搓成3mm時(shí)產(chǎn)生裂縫，并開(kāi)始斷裂，表示試樣的含水率達(dá)到塑限含水率。當(dāng)土條直徑搓成3mm時(shí)不產(chǎn)生裂縫或土條直徑大于3mm時(shí)開(kāi)始斷裂，表示試樣的含水率高于塑限或低于塑限，都應(yīng)重新取樣進(jìn)行試驗(yàn)。

(5)取直徑3mm有裂縫的土條3g～5g，測(cè)定土條的含水率，此含水率即為塑限。

1.2 液塑限聯(lián)合測(cè)定法

(1)取0.5mm篩下的代表性試樣200g，將試樣放在橡皮板上用純水將土樣調(diào)成均勻膏狀，放入調(diào)土皿，浸潤(rùn)過(guò)夜[3]。

(2)將制備的試樣充分調(diào)拌均勻，填入試樣杯中，填樣時(shí)不留有空隙，對(duì)較干的試樣應(yīng)充分搓揉，密實(shí)地填入試樣杯中，填后刮平表面。

(3)將試樣杯放在聯(lián)合測(cè)定儀的升降座上，在圓錐儀上抹一薄層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸住圓錐。

(4)調(diào)節(jié)零點(diǎn)，將屏幕上的標(biāo)尺調(diào)在零位，調(diào)整升降座，使圓錐尖接觸試樣表面，指示燈亮?xí)r圓錐在自重下沉入試樣，經(jīng)5s后測(cè)讀圓錐下沉深度(顯示在屏幕上)，取出試樣杯，挖去錐尖入土處的凡士林，取錐體附近的試樣不少于10g，放入鋁盒內(nèi)，測(cè)定含水率。

(5)根據(jù)以上步驟測(cè)3點(diǎn)的含水率，圓錐入土深度宜為3mm～4mm，7mm～9mm，15mm～17mm。

(6)作含水率與圓錐下沉深度的關(guān)系圖，從圖上查得下沉深度為2mm所對(duì)應(yīng)的含水率作為塑限。

1.3 兩種試驗(yàn)方法的主要區(qū)別

(1)滾搓法純屬人工操作，對(duì)試驗(yàn)人員的操作水平要求較高；液塑限聯(lián)合測(cè)定法的關(guān)鍵操作由儀器完成，嚴(yán)格按照規(guī)范要求操作即可。

(2)滾搓法只能單獨(dú)測(cè)得土的塑限，與碟式儀配套測(cè)定土的塑性指數(shù)和液限指數(shù)；液塑限聯(lián)合測(cè)定法可同時(shí)測(cè)得土樣的塑限和液限，從而得到塑性指數(shù)和液限指數(shù)。

(3)滾搓法必須要進(jìn)行兩次平行測(cè)定，兩次測(cè)定的差值要在誤差允許的范圍之內(nèi)。而液塑限聯(lián)合測(cè)定法不僅要平行測(cè)定，還要求測(cè)試的3點(diǎn)要在一條直線上。如果3點(diǎn)不在同一直線上，通過(guò)高含水率上的點(diǎn)和其余兩點(diǎn)連成兩條直線，在下沉為2mm處查得相應(yīng)的2個(gè)含水率，當(dāng)兩個(gè)含水率的差值<2%時(shí)，應(yīng)以兩點(diǎn)含水率的平均值與高含水率的點(diǎn)連一直線；當(dāng)兩個(gè)含水率的差值≥2%時(shí)，應(yīng)重做試驗(yàn)。

2 操作人員對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

滾搓法由手工完成，試驗(yàn)人員操作水平不同、或同一操作人員在不同時(shí)間的試驗(yàn)操作均可能影響結(jié)果，而液塑限聯(lián)合測(cè)定法的關(guān)鍵步驟由儀器完成，經(jīng)檢定和校正合格的儀器只要正確操作即可得到較準(zhǔn)確的結(jié)果，在一定程度上避免了人為影響的誤差。

為了對(duì)比試驗(yàn)人員的操作對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，作者選取5組殘積土樣品為研究對(duì)象，不同的試驗(yàn)員分別用滾搓法和液塑限聯(lián)合測(cè)定法測(cè)定殘積土樣品的塑限，對(duì)比分析人為因素的影響。試驗(yàn)結(jié)果如表1和表2所示。

表1 滾搓法測(cè)定殘積土樣品的塑限 %

表2 液塑限聯(lián)合測(cè)定法測(cè)定殘積土樣品的塑限 %

表1和表2的結(jié)果表明，不同人員用滾搓法測(cè)試出塑限的變異系數(shù)均大于用液塑限聯(lián)合測(cè)定法，數(shù)值的離散性較大。這也說(shuō)明液塑限聯(lián)合測(cè)定法誤差小于滾搓法。

3 不同試驗(yàn)方法對(duì)比

由于殘積土的種類(lèi)多，試驗(yàn)采用3種殘積土：粗粒花崗巖殘積土，凝灰?guī)r風(fēng)化殘積土和巖脈風(fēng)化殘積土。這3種殘積土的特點(diǎn)是粗粒花崗巖殘積土含砂量大粘性差、凝灰?guī)r風(fēng)化殘積土含砂量少粘性好、巖脈風(fēng)化殘積土含砂量極少粘性好，它們可以代表福建省殘積土的主要類(lèi)型，這對(duì)試驗(yàn)對(duì)比分析有一定的指導(dǎo)意義。

3種土樣分別以滾搓法和液塑限聯(lián)合測(cè)定法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表3～表5所示。

表4 兩種方法對(duì)凝灰?guī)r風(fēng)化殘積土測(cè)試結(jié)果比較

表5 兩種方法對(duì)巖脈殘積土測(cè)試結(jié)果比較

從3組土的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，滾搓法聯(lián)合碟式儀和液塑限聯(lián)合測(cè)定法測(cè)得的塑限和液限相似，但兩種方法測(cè)得的塑性指數(shù)和液性指數(shù)差異較大。這可能是因?yàn)橐核芟蘼?lián)合測(cè)定法得到的數(shù)據(jù)則是直接測(cè)得的，而滾搓法則需借助碟式儀法間接測(cè)得塑性指數(shù)和液性指數(shù)。

粘性土的狀態(tài)根據(jù)液性指數(shù)劃分為堅(jiān)硬(IL≤0)、硬塑(0﹤IL≤0.25)、可塑(0.25﹤IL≤0.75)、軟塑(0.75﹤IL≤1)和流塑(IL>1)[2]。3組土只有B2與B4的液性指數(shù)差異較大。

在試驗(yàn)過(guò)程中，從將環(huán)刀壓入土內(nèi)的用力程度以及人手揉捏土的感覺(jué)上可以將B2于B4初判為可塑土。從標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)上看，B2為8擊，B4為11擊。資料表明，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)在4～18擊之間也可以判斷粘性土是可塑狀態(tài)[4]，即佐證了B2和B4是可塑土。

從表4所得數(shù)據(jù)分析可知，B2和B4通過(guò)滾搓法測(cè)出的液性指數(shù)分別為-0.038和-0.182，不在可塑范圍內(nèi)，與上述判定不符；而通過(guò)液塑限聯(lián)合測(cè)定法得出的液性指數(shù)分別為0.413和0.367，均在可塑范圍內(nèi)，符合上述判定。

綜上所述，B2和B4的土樣測(cè)試，使用液塑限聯(lián)合測(cè)定法的結(jié)果較之滾搓法更能反映土樣的真實(shí)狀態(tài)。其余16個(gè)殘積土用兩種方法測(cè)出的液性指數(shù)一致，因此，可以認(rèn)為滾搓法雖然有一定誤差，但仍然是一種較有代表性的方法。

B2和B4測(cè)試結(jié)果偏離土樣真實(shí)狀態(tài)，其原因有以下兩點(diǎn)：

(1)試驗(yàn)采用的土樣嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范要求取得，但在取樣、運(yùn)輸過(guò)程中可能有部分樣品會(huì)有輕微擾動(dòng)；

(2)滾搓法在試驗(yàn)過(guò)程中存在一些人為誤差。兩種因素疊加，造成對(duì)土樣結(jié)果的誤判。

通過(guò)對(duì)比，在測(cè)定殘積土塑性上，液塑限聯(lián)合測(cè)定法比滾搓法略占優(yōu)勢(shì)。由于文章的局限，不能展現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)，筆者從平常工作中抽取了936份殘積土，分別以兩種試驗(yàn)方法對(duì)它們做塑限試驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出：可以真實(shí)反映殘積土的塑性狀態(tài)的樣品，滾搓法占83.5%，液塑限聯(lián)合測(cè)定法占91.7%，從中也說(shuō)明液塑限聯(lián)合測(cè)定法略優(yōu)于滾搓法，和本文的試驗(yàn)結(jié)論相一致。

4 結(jié)論

本文基于前人研究，通過(guò)福建省典型的殘積土的滾搓法和液塑限聯(lián)合測(cè)定法對(duì)比，以及平常的工作經(jīng)驗(yàn)得到以下結(jié)論：

(1)兩種方法均適用于殘積土，用滾搓法測(cè)定塑限，受人為因素影響較大，所以滾搓法最好由一個(gè)人完成，便于消除不同的人為誤差；用液塑限聯(lián)合測(cè)定法可以多人協(xié)作，但最好用同一臺(tái)儀器，以消除不同儀器帶來(lái)的誤差。同時(shí)，儀器除了要定期檢定以外，在兩次檢定之間，需定期進(jìn)行試驗(yàn)室內(nèi)部校正，以免儀器損耗造成試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。

(2)滾搓法雖然很容易因?yàn)槿藶橐蛩匾胼^大誤差，但由于對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求低，而又有一定的準(zhǔn)確度，是一個(gè)有代表性的普適方法，因此國(guó)標(biāo)仍然包含滾搓法。

(3)對(duì)于殘積土，用液塑限聯(lián)合測(cè)定法測(cè)出的液塑性指標(biāo)更能反映土的塑性狀態(tài)，因此在試驗(yàn)方法選擇中，殘積土塑限試驗(yàn)盡量采用塑限聯(lián)合測(cè)定法。但在具體的工程實(shí)踐中，若有需要，兩種方法可以同時(shí)使用，能更加準(zhǔn)確地反映土樣的真實(shí)狀態(tài)，為建筑施工提供扎實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

[1] 張克恭，劉松玉.土力學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[2] GB/T 50021-2001 巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[3] GB/T 50123-1999 土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[4] 《工程地質(zhì)手冊(cè)》編寫(xiě)委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)(第四版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

The Comparison of Two Test Methods for Plastic Limits——Based on Typical Residual Soils from FUJIAN Province

LUOMin

(Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research,Fuzhou 350001)

The test methods for plastic limit of soil were introduced in this paper. The typical residual soils from FUJIAN province were investigated with thread-rolling method and liquid-plastic limit combined method. Analyses were carried out between the two methods. The results indicate that thread-rolling method is easily affected by the operators. The variable coefficient of same samples is higher with different operators. But it is a typically moderate accurate method with simple equipment. The liquid-plastic limit combined method works more accurate than thread-rolling method as the excluding of the manual errors. The variable coefficient of same sample is much lower. However, the professional maintenance should be implemented periodically to keep the equipment efficient and accurate. Both methods are suggested to be carried out in some complex projects in order to demonstrate the real physical properties of the residual soils.

Plastic limit; Thread-rolling method; Liquid-plastic limit combined method; Residual soil

羅敏(1982.9- )，女，工程師。

E-mail:303830062@qq.com

2017-02-20

TU41

A

1004-6135(2017)05-0068-04