渤海近海口软黏土液塑限试验研究

毕庆涛 曹世超 吴琦 吴家琦 丁柄栋

摘要：液塑限是为细粒土定名分类、评价工程性质的重要参数，通过对渤海近海口沉积的软黏土进行液塑限联合测定试验和颗粒分析试验，研究了该地区细粒土的液塑限影响因素，并提出了一些建议。研究结果显示，土体中胶粒含量影响着土体的塑性指数，并且在反映土样可塑性时有一定的界限和范围，渤海近海口软黏土胶粒临界含量为7.5%。对不同规范所取的测点入土深度区间进行试验研究发现，《土工试验规程》与《土工试验方法标准》测得的土体液塑限指标不同，其原因可能是测点入土深度和对应的含水率并非理想的线性关系，建议在进行液塑限联合测定时考虑此因素，从而使结果更加准确。

关键词：液塑限联合测定法：塑性指数;可塑性;胶粒;测点入土深度

中图分类号：TV41

文献标志码：A

doi：10.3969/j .issn.1000-1379.2019.05.032

液塑限是土工试验中不可缺少的一项基本试验，通过测定液限和塑性指数可初步对细粒土进行分类定名[1-2]。细粒土包括粉土和黏土，粉土是一种介于黏土和砂土之间的具有特殊工程性质的过渡性土[3]。现阶段对细粒土的分类定名一般有两种方法：一种是根据塑性图利用塑性指数和液限分类定名：另一种是结合颗粒分析结果和土的塑性指数共同对其进行分類定名[4-5]。因此，液塑限指标的正确性影响到土体的划分和评价，准确测定土体的液塑限指标具有重要意义。

影响液塑限指标的因素主要有测定方法、测点人土深度、不同粒径土体含量等，国内外学者关于液塑限试验的研究取得了很多成果。液塑限的测定方法通常有液塑限联合测定法（落锥法）、标准圆锥法、碟式液限仪法、搓条法等，碟式液限仪法、搓条法不容易控制，人为因素影响较大且耗时长，联合测定法操作简单、数据容易处理、效率高，因此液塑限试验常用联合测定方法[2]。Feng等[6]分别用落锥法和滚搓法测定土体的液塑限，并建议使用落锥法测定土体的液塑限。蒋佰坤等[7]通过大量试验说明了利用联合测定法取代搓条法在液塑限试验中的可行性。有很多文献提出圆锥测定人土深度可能影响土体的液塑限指标。由于不同规范对液塑限试验所取的测点人土深度范围不同，因此导致同一种土可能有不同的液塑限指标[5]。杨三兴[8]建议在规范规定选取的3个深度范围外增加2个测点深度，这样可使测得的结果更加准确。周晓杰[9]用液塑限联合测定仪对陕西黄土进行了一系列液塑限影响因素试验，建议将规定的圆锥下沉深度由原来的20 mm改为12 mm。曹学禹[1O]通过研究不同材料土体的圆锥人土深度与其液塑限的相关性，建议黏性土测点人土深度取3 mm以上，而粉煤灰选深度4 mm以上的点进行试验。郭莹等[5]用液塑限联合测定法测定了大连地区粉土和粉砂的液限和塑限，得出若黏粒含量低于13%，则认为测得的塑性指数不能完全反映该土样真实的塑性的结论。董均贵等[11]研究了粒径和比表面积对土体液塑限和塑性指数的影响规律，建议在进行液塑限试验时考虑粒径对土体液塑限的影响。

可见，液塑限的影响因素主要是测点人土深度和土体颗粒级配。笔者通过对渤海近海口软土进行液塑限试验，在获得该区域土样基本性质的基础上，研究了粉土分类定名过程中液塑限试验的重要性及液塑限试验中测点人土深度对试验结果的影响，并对细粒土的分类定名提出了一些建议。

1 研究对象和试验方案

1.1 研究对象

本次试验土样取自渤海近海口工程地基土层，包含黏土、壤土、砂壤土、淤泥质黏土、淤泥质壤土5类，其中淤泥质土层含水量较高，处于软塑一流塑状态.土质不均匀，含有贝壳碎片，鉴于液塑限试验的性质，本次重点研究黏土和淤泥质黏土。

1.2 试验方案

分别对所取土样进行颗粒分析试验和液塑限试验，重点研究液塑限试验。颗粒分析试验采用密度计法，操作步骤严格执行《土工试验规程》[4]和《土工试验方法标准》[12]的规定。液塑限试验采用联合测定法，所用仪器为南京土壤仪器有限公司生产的GYS-2型液塑限联合测定仪，落锥质量为76g，锥角为30°，盛土杯直径为50 mm.高度为40-50 mm;电子天平最大量程为300g，最小感量为0.01g。

用木棒在橡皮板上将风干土样压碎，过孔径0.5mm的土工筛，每种土样取800 g分成5份，对各土样加入适量蒸馏水搅拌均匀放置24 h以上。试验时取出均匀土样，置于盛土杯中，利用仪器进行测量。根据不同规范[4，12]规定的液塑限圆锥下落深度取值范围，本次试验的锥人深度分别取3-4、4-5、7-9、9- 11、15 -17 mm，对14个土样进行液塑限试验，测出符合要求的锥入深度后，立即改变测试点的位置重新测定，且两次测试点深度允许误差为0.5 mm，否则需要重新测定。试验中需要反复调整水土含量才能达到要求的锥人深度，取两次测定的平均值作为该点的锥人深度。分别取得满足上述锥人深度要求的土样，采用烘干法测定其含水量，然后将其放人烘箱称量并计算对应的含水率。对试验数据进行处理并绘制曲线图，取液限深度10 mm对应的含水率为土样的液限值，塑限深度2 mm（通过数据处理作图确定的）对应的含水率为土样的塑限值，当深度2 mm处对应的两个含水率值大于2%时重新进行试验。

2 试验结果

根据《土工试验规程》《土工试验方法标准》（以下分级简称规程和标准）查得14个土样的液限和塑限并计算塑性指数，结合颗粒分析得到的颗粒级配结果对土样进行分类，结果见表1。

（1）结合颗粒分析结果和液塑限试验结果按《建筑地基基础设计规范》为土分类和只依据液塑限试验按塑性图为对某些土样进行分类存在差异。一般来讲，土体的塑性指数取决于土的黏聚力，即由土中胶粒、黏粒含量决定[5]，胶粒含量越大，土体黏聚力越大，从而塑性指数越大，故胶粒含量越大的土样塑性指数越大，但由表1可知一些土样并不遵从这种规律，最终导致分类不同。以胶粒含量为4..9%的①号土样和胶粒含量为16.1%的②号土样为例，两者砂粒含量相差不大，但后者胶粒含量比前者大，但塑性指数前者较大，显然前者的塑性指数存在问题，故只根据塑性图分类与结合颗粒分析结果分类存在矛盾。

（2）同一土样在不同规范下测得的液塑限指标并不相同，即土样的液塑限指标随所取的测点人土深度范围的不同而不同。尽管大部分土体液塑限值偏差很小，基本不影响土样分类结果，但由表1发现部分土样的分类受液塑限指标影响较大，测点人土深度范围的选取会影响土体的分类结果。

3 分析与讨论

粉土是一类特殊性质的土，兼具砂土和黏土的特点[3]，而液塑限试验主要测定和评价细粒土的液塑限指标，当土中所含胶、黏粒含量过少（如①、（11）号土样等）或者砂粒含量过大（如③号土样等）时所测得的液塑限实际上不能用来评价土样，并且当砂粒含量过多而胶黏粒含量只占砂颗粒空隙的一小部分[14]时，进行液塑限试验会出现图1所示表面泛水的“溢杯”和“弯盆”[10]液化现象，并且圆锥落人后一直下沉，长时间不稳定，测得的液限偏大，造成试验结果参考价值不大，所以不建议利用塑性图对土进行分类，应充分结合颗粒分析试验进行分类，并且考虑土样为非塑性土[15]。

另外，土样中颗粒粒径分布不同，从胶、黏粒含量来看，土中胶、黏粒含量越多颗粒的比表面积越大，土体产生的黏聚力越大，塑性越高，可认为测得的塑性指数是土体可塑性的反映。但当胶、黏粒含量较少时，粉粒和砂粒占多数，则土体变为粉砂或者砂土，尽管可以通过液塑限联合测定法得到塑性指数，但并不具有参考价值，即土体可塑性很差或基本无可塑性，因此胶、黏粒含量是否可准确反映土体的可塑性是需要考虑的问题。而胶粒含量可通过土体的塑性指数反映出来[5]。从表1可看出：④号土样及⑩号土样除胶粒含量不同外，其他颗粒含量分布大致相同，前者比后者胶粒含量多，其塑性指数较后者小，因此后者的塑性指数并没有真实反映土体的可塑性。⑨号土样和⑩号土样粒径分布大致相同，前者膠粒含量稍大于后者，从塑性指数来看，前者稍大于后者，较真实地反映了土体的可塑性。其他胶粒含量高于7.5%的土样可塑性较好。而③号土样胶粒含量仅为4.6%.但塑性指数却高达16.7，原因可能是颗粒表面毛细现象严重，毛细压力将土粒凝聚在一起，而不是内部黏聚力使其凝聚在一起，是“假塑性”[1O]，这不是土样真实可塑性的体现，所以所测得的塑性指数偏大，进而影响对土样工程性质的正确评估。因此，笔者认为在反映土样可塑性时有一定的界限和范围，综合其他学者的研究发现，胶粒含量是影响其可塑性的重要因素，可能存在胶粒含量临界值，对于本次研究的14个土样来说胶粒含量临界值为7.5%，当土体的胶粒含量低于该值时，用测得的液塑限值对该土体进行分类并不适用。

圆锥不同下沉深度对土样塑性指数的影响原因分析如下：从数据处理角度来看，规范对于液塑限试验数据的处理依据为测点人土深度与对应的含水率在对数坐标上应为一条直线，查得深度10 mm对应的含水率为该土的液限，深度2 mm对应的含水率为该土的塑限，塑性指数为两者之差。但从上述试验结果来看，同一种土在不同人土深度下的液塑限指标不相同，因此笔者猜想各测点人土深度和对应的含水率之间并非理想的线性关系，从而造成同一种土样对应不同的液塑限指标。此外，规范要求数据处理时圆锥下沉深度2mm处对应两个含水率之差小于2%时试验结果有效，大于2%时试验结果无效，因此不同数据对应的深度2mm处含水率差值在小于2%的范围内即可认为有效可取，但并不一定两次测得的深度2 mm处两个含水率的差值都相等，即可能出现一个为0.1%，一个为1 .g%的情况。另外，液塑限指标要求仅保留一位小数也会造成分类结果有一定的偏差[16]。由于本次所研究的圆锥下落深度范围相差很小，因此从最终结果来看，土样的液塑限指标不大，但仍需要考虑下沉深度的影响问题。

4 结论

利用液塑限联合测定仪对渤海近海口地区14个土样运用液塑限联合测定法进行了不同测点人土深度范围的液塑限试验，并与密度计法测得的颗粒分析试验结果结合对土样进行分类，得到如下结论：

（1）作为划分土的类别和评价土的工程性质的重要指标，胶、黏粒含量对土体的塑性指数影响较大，胶、黏粒含量越高，土体的塑性指数越大。联合测定法测得的土体液塑限及塑性指数在反映土样可塑性时有一定的界限和范围，本次所研究地区胶粒含量高于7.5%的土样能够真实反映其可塑性，而低于该值的土样试验结果并不能真实反映其可塑性。

（2）对于土样分类，首先应对其进行颗粒分析试验，若测得的胶粒含量超过7.5%则有必要进行液塑限试验：若测得的胶粒含量小于该值则无需进行液塑限试验，考虑该土为非塑性土，直接按颗粒分析试验结果进行分类。

（3）每种规范都有其适用性，存在偏差。本次针对《土工试验规程》和《土工试验方法标准》所采用的不同测点人土深度范围进行试验发现，同一土样在不同规范要求下得到的液塑限指标并不相同，原因可能是所选的人土深度范围与对应的含水率之间并非简单的线性关系，建议增加几个测点人土深度范围并充分结合工程经验测出更准确的结果。

以上结论是根据渤海近海口地区部分土样试验初步得到的，对于其他不同地区、不同特征土样的适用性还需进一步研究。

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【责任编辑张华岩】