中美英規(guī)范界限含水率試驗差異及數(shù)據(jù)對比

李慶慶，劉 冰，周偉兵

(中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，上海 200032)

近幾年，隨著海外勘察項目的日益增多，國內(nèi)勘察設(shè)計人員經(jīng)常會遇到按照中外規(guī)范測得的物理力學(xué)指標(biāo)存在差異和融合問題，如何將國外規(guī)范測得的界限含水率指標(biāo)(塑限wP、液限wL)轉(zhuǎn)換成國標(biāo)測得的相應(yīng)指標(biāo)，成為國內(nèi)工程師經(jīng)常面臨的技術(shù)問題。

針對這一問題，本文對中美英規(guī)范中界限含水率試驗的儀器設(shè)備、試驗方法和判別標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，并通過試驗對常用的GB的 76 g錐下沉10 mm、BS的 80 g錐下沉20 mm圓錐儀法以及ASTM的碟式儀液限測量結(jié)果進(jìn)行對比，探討其相關(guān)性，為分析黏性土的物理力學(xué)狀態(tài)、確定地基承載力提供參考。

1 界限含水率試驗在中美英規(guī)范中的差異

中、美、英規(guī)范中關(guān)于界限含水率試驗的儀器設(shè)備、試驗方法和判別標(biāo)準(zhǔn)均有一定的差異性，具體見表1[10-12]、2。

表1 各標(biāo)準(zhǔn)中液限含水率測試方法及判別標(biāo)準(zhǔn)對比

表2 各標(biāo)準(zhǔn)中塑限含水率測試方法及判別標(biāo)準(zhǔn)對比

2 界限含水率試驗方法及內(nèi)容

2.1 試驗方法

液限含水率試驗，GB采用圓錐儀法，圓錐質(zhì)量76 g，錐角30°，錐尖入土深度10、17 mm；為提高試驗結(jié)果的精確性，ASTM采用多點(diǎn)碟式儀法，確定25擊所對應(yīng)的含水率；BS采用單點(diǎn)圓錐儀法，圓錐質(zhì)量80 g，錐角30°，錐尖入土深度20 mm。塑限含水率試驗均采用搓滾法。

2.2 試驗內(nèi)容

選取吉布提某工程④褐黃色黏性土8組試樣、溫州某工程③1灰色淤泥及淤泥質(zhì)黏性土16組試樣、南通某工程⑤灰色粉質(zhì)黏土8組試樣，同時進(jìn)行GB的76 g錐下沉10 mm、76 g錐下沉17 mm圓錐儀法、ASTM的多點(diǎn)碟式儀法和BS的80 g錐下沉20 mm單點(diǎn)圓錐儀法試驗。各試驗由相同的操作人員使用相同的設(shè)備在同一地點(diǎn)進(jìn)行。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 液限對比

3.1.1GB的76 g錐下沉10 mm與BS的80 g錐下沉20 mm結(jié)果

對GB的76 g錐下沉10 mm和BS的 80 g錐下沉20 mm試驗的32組液限結(jié)果進(jìn)行分析，見圖1。

圖1 GB(76 g錐下沉10 mm)與BS法測得結(jié)果的比較分析

根據(jù)圖1a)可知，兩種方法測得的液限結(jié)果的線性擬合關(guān)系為：

wL,GB=0.728 7wL,BS+5.917 1

(1)

為定量評價擬合的置信度，將GB的76 g錐下沉10 mm的試驗結(jié)果代入擬合關(guān)系式，即可得到BS的80 g錐下沉20 mm的擬合值，將BS 80 g錐下沉20 mm的擬合值與其試驗實(shí)測值進(jìn)行偏差分析，見圖1b)。可以看出，擬合值與試驗實(shí)測值之間的相對偏差均在±10%以內(nèi)，其中最大偏差為-8.3%，最小偏差為0.75%。該結(jié)論有利于對GB、BS中土的分類差異的理解，可作為今后執(zhí)行BS規(guī)范中液限含水率試驗的技術(shù)參考。

3.1.2GB的76 g錐下沉10 mm與ASTM多點(diǎn)碟式儀結(jié)果

對GB的76 g錐下沉10 mm和ASTM碟式儀試驗的24組液限結(jié)果進(jìn)行分析，見圖2。

圖2 GB(76 g錐下沉10 mm)與ASTM碟式法測得結(jié)果的比較分析

由圖2a)可知，兩種方法測得的液限結(jié)果的線性擬合關(guān)系為：

wL，GB=0.725 4wL,ASTM+9.673 5

(2)

為定量評價擬合的置信度，將GB的76 g錐下沉10 mm的試驗結(jié)果代入擬合關(guān)系式，即可得到ASTM的擬合值，將ASTM擬合值與ASTM試驗實(shí)測值進(jìn)行偏差分析，見圖2b)。可以看出，ASTM擬合值與ASTM試驗實(shí)測值之間的相對偏差均在±10%以內(nèi)，其中最大偏差6.4%，最小偏差-0.5%。該結(jié)論有利于對GB、ASTM規(guī)范中土的分類差異的理解，可作為今后執(zhí)行ASTM規(guī)范中液限含水率試驗的技術(shù)參考。

3.1.3BS的80 g錐下沉20 mm與GB的76 g錐下沉17 mm結(jié)果

對GB的76 g錐下沉17 mm和BS的80 g錐下沉20 mm試驗的15組液結(jié)果進(jìn)行分析，見表3。

表3 BS的80 g錐下沉20 mm液限與GB的76 g錐下沉17 mm液限對比

由表3可知，兩種方法測得液限結(jié)果相差0.5%～3.0%，與翁奕等得出的液限差值范圍為1.0%～5.0%的對比結(jié)果基本吻合。

3.2 GB與ASTM 塑限對比

GB與ASTM塑限含水率對比見表4，兩者均采用搓滾法確定塑限含水率，在搓條直徑上有一定的差異。由試驗結(jié)果可以看出，ASTM塑限較GB塑限略小，差值范圍一般在2%以內(nèi)。

表4 GB與ASTM 塑限含水率對比

4 結(jié)論

1)中、美、英規(guī)范液限含水率試驗的差異：ASTM無圓錐儀法，GB與BS的圓錐質(zhì)量和下沉深度均不相同。GB、ASTM、BS規(guī)范中均可采用碟式儀法，操作方法、判別標(biāo)準(zhǔn)類似，僅儀器底座的橡膠硬度不同。ASTM的碟式儀法分多點(diǎn)法和單點(diǎn)法；BS的圓錐儀法、碟式儀法均規(guī)定了多點(diǎn)法和單點(diǎn)法。

2)中、美、英規(guī)范塑限含水率試驗差異：GB、ASTM、BS均可采用搓滾法，僅搓條直徑有差異；液塑限聯(lián)合測定法僅GB中有規(guī)定，ASTM還提供了滾軋設(shè)備法。

2)GB的76 g錐下沉10 mm與BS 測得的液限結(jié)果線性擬合關(guān)系為：wL,GB=0.728 7wL,BS+5.917 1；GB的76 g錐下沉10 mm與ASTM碟式儀液限結(jié)果線性擬合關(guān)系為：wL，GB=0.725 4wL,ASTM+9.673 5；BS 與GB 76 g錐下沉17 mm測得液限的差值范圍為0.5%～3.0%。

3)ASTM塑限略小于GB塑限，差值范圍一般小于2.0%。

4)本文的結(jié)論均建立在一定數(shù)量的試驗數(shù)據(jù)上，但考慮到地基土性質(zhì)的復(fù)雜性和多樣性且試驗數(shù)據(jù)有限，故本文提出的經(jīng)驗關(guān)系也僅限于類似性質(zhì)的黏性土。