細粒土的塑性指數與黏粒含量的關系分析

陳菊騰，劉建文

（1.天津華北工程勘察設計有限公司，天津300181；2.華北有色工程勘察院有限公司河北省礦山地下水安全技術創新中心，石家莊050021）

1 引言

土是地殼在自然界的長期風化作用下，大塊巖土不斷崩解形成的松散碎屑物。包括塊石、卵石、礫石、砂、粉土和黏性土，其中粉土和黏性土是本文重點探討的細粒土。細粒土主要是由次生礦物顆粒組成的，次生礦物主要由黏土礦物組成，黏土礦物顆粒很細，具有很大的比表面積，所以黏土礦物遇水具有很強的結合能力，黏土礦物顆粒越細，比表面積就越大，土的黏性及黏粒含量也就越大。

細粒土的分類主要是根據土工試驗顆粒分析結果或液、塑限試驗結果測定的塑性指數（IP）來分類的。選取代表性式樣分別進行液、塑限聯合測定法試驗及甲種比重計法顆粒分析試驗，發現同一土樣用2 種試驗方法所得結果用同一規范來命名可能會有不同的結果。

2 細粒土的液限、塑限試驗

液塑限聯合測定法是我國獨創的液塑限試驗方法，它需要把土制備成不同的含水率，在試驗室中用錐角30°、圓錐質量為76g 的光電式液塑限聯合測定儀分別去測試樣在各含水率時的入土深度，在土工試驗處理軟件中的雙對數坐標紙上繪制入土深度和含水率的關系圖，并在關系圖上查得入錐10mm 時的含水率為液限含水率，在關系圖中查得入錐2mm所對應的含水率為塑限含水率。液限含水率和塑限含水率的差值即為塑性指數。根據細粒土的定名規范根據塑性指數的大小可以對細粒土進行分類定名。

3 顆粒分析試驗

土體顆粒在懸液中靠自重下沉時，大的顆粒下沉速度較快，小的顆粒下沉速度較慢。一般認為，土體顆粒粒徑范圍在粉粒和黏粒范圍內的顆粒，在溶液體中靠自重下沉時作等速運動，所以密度計法只適用于土體顆粒粒徑范圍在粉粒和黏粒范圍內的土顆粒。

密度計法是取代表試樣（粒徑小于0.075mm）放在量筒中，加入純水和分散劑后進行時長為1min 的充分攪拌，便可以制成濃度均勻的土懸液（體積為1 000mL）。在土顆粒緩慢下沉的過程中，在規定的時間點用甲種比重計測出懸液當時的密度，并記錄讀數時的溫度，然后根據密度計讀數、讀數時間和讀數溫度，便可以繪制出土體顆粒的大小分布關系曲線圖。

4 塑性指數I P 與顆粒分析黏粒含量在細粒土分類定名上的應用

目前，在用工程規范中對細粒土的分類定名都采用塑性指數IP和顆粒分析結果。本文只探討對同一細粒土（包括黏性土與粉性土）分別按IP和黏粒含量（比重計法）按照規范土進行分類定名時的差異性分析。

按照DB/T29-247—2017《天津市巖土工程勘察規范》的IP 或黏粒含量定名時的比較如表1 所示。

表1 按I P 或黏粒含量分類

現在試驗室對代表性式樣分別進行液、塑限聯合測定法試驗及甲種比重計法顆粒分析試驗，試驗結果結果如表2 所示。

表2 試驗結果

對試驗結果分別進行IP結果和黏粒含量結果分析，很顯然塑性指數越高，黏粒含量越大，但是在土樣的定名上，尤其是在IP值為10 的附近的界限土，同一土樣按照這2 種試驗結果來命名結果卻是不同的，7#的IP為10.9，按照IP來定名為粉質黏土，但是按照黏粒含量結果14.8 來命名的則是黏質粉土。試12#的IP為9 來定名為粉土，但是按照黏粒含量結果18.9來命名的則是黏性土。我們把15#、16#試樣按照IP試驗結果來定名為砂質粉土，但是按照黏粒含量來定名的話則為黏質粉土。上述不一致的定名結果在土的工程應用上造成不安全的因素。

5 現分析各試驗方法適合于何種細粒土

按照規范的要求，顆粒分析中的甲種密度計法適用于粒徑小于0.075mm 的土，在此種假定情況下：假定為土體顆粒是球形的，并且土體顆粒周圍的水流是穩定的線流，但細粒土（尤其是黏性土）的礦物的主要成分是黏土礦物，這種扁平的纖維狀土里顆粒不符合比重計假定情況，試驗過程中因外界環境因素引起的懸液溫度的變化會引起懸液體積的不均勻膨脹，這種不均勻膨脹產生對流現象會對扁平狀（或纖維狀）黏土礦物的穩定下沉造成影響，所以可以得出結論：顆粒分析中的密度計法試驗只是對于顆粒相對較粗的土的試驗結果比較準確；而對于含有高含量的呈扁平的纖維狀的黏土礦物的黏性土，比重計法測得黏粒含量試驗結果誤差比較大。

液塑限聯合測定法試驗測得液限含水率和塑限含水率結果較為可靠，在工程應用上比較廣，單對于砂粒含量和粉粒含量較高的粉性土來說。因為其泄水較強，因為外界環境因素誤差和人為誤差造成結果誤差比較大。因此，液塑限聯合測定法試驗不適用于粉性土。

6 結語

現階段，一般用IP和黏粒含量來對土樣進行定名，根據IP值的不用可以對細粒土進行分類，可以知道土的可塑性的大小。對于不同的土應該選用不同的試驗方法。液塑限聯合測定法適用于黏粒含量高的細粒土，比重計法比較適用于黏粒含量較低的細粒土。對于粉性土，因為液塑限聯合測定試驗人為誤差比較大，建議用比重計法測得黏粒含量來進行定名。