细粒土的塑性指数与黏粒含量的关系分析

陈菊腾，刘建文

（1.天津华北工程勘察设计有限公司，天津300181；2.华北有色工程勘察院有限公司河北省矿山地下水安全技术创新中心，石家庄050021）

1 引言

土是地壳在自然界的长期风化作用下，大块岩土不断崩解形成的松散碎屑物。包括块石、卵石、砾石、砂、粉土和黏性土，其中粉土和黏性土是本文重点探讨的细粒土。细粒土主要是由次生矿物颗粒组成的，次生矿物主要由黏土矿物组成，黏土矿物颗粒很细，具有很大的比表面积，所以黏土矿物遇水具有很强的结合能力，黏土矿物颗粒越细，比表面积就越大，土的黏性及黏粒含量也就越大。

细粒土的分类主要是根据土工试验颗粒分析结果或液、塑限试验结果测定的塑性指数（IP）来分类的。选取代表性式样分别进行液、塑限联合测定法试验及甲种比重计法颗粒分析试验，发现同一土样用2 种试验方法所得结果用同一规范来命名可能会有不同的结果。

2 细粒土的液限、塑限试验

液塑限联合测定法是我国独创的液塑限试验方法，它需要把土制备成不同的含水率，在试验室中用锥角30°、圆锥质量为76g 的光电式液塑限联合测定仪分别去测试样在各含水率时的入土深度，在土工试验处理软件中的双对数坐标纸上绘制入土深度和含水率的关系图，并在关系图上查得入锥10mm 时的含水率为液限含水率，在关系图中查得入锥2mm所对应的含水率为塑限含水率。液限含水率和塑限含水率的差值即为塑性指数。根据细粒土的定名规范根据塑性指数的大小可以对细粒土进行分类定名。

3 颗粒分析试验

土体颗粒在悬液中靠自重下沉时，大的颗粒下沉速度较快，小的颗粒下沉速度较慢。一般认为，土体颗粒粒径范围在粉粒和黏粒范围内的颗粒，在溶液体中靠自重下沉时作等速运动，所以密度计法只适用于土体颗粒粒径范围在粉粒和黏粒范围内的土颗粒。

密度计法是取代表试样（粒径小于0.075mm）放在量筒中，加入纯水和分散剂后进行时长为1min 的充分搅拌，便可以制成浓度均匀的土悬液（体积为1 000mL）。在土颗粒缓慢下沉的过程中，在规定的时间点用甲种比重计测出悬液当时的密度，并记录读数时的温度，然后根据密度计读数、读数时间和读数温度，便可以绘制出土体颗粒的大小分布关系曲线图。

4 塑性指数I P 与颗粒分析黏粒含量在细粒土分类定名上的应用

目前，在用工程规范中对细粒土的分类定名都采用塑性指数IP和颗粒分析结果。本文只探讨对同一细粒土（包括黏性土与粉性土）分别按IP和黏粒含量（比重计法）按照规范土进行分类定名时的差异性分析。

按照DB/T29-247—2017《天津市岩土工程勘察规范》的IP 或黏粒含量定名时的比较如表1 所示。

表1 按I P 或黏粒含量分类

现在试验室对代表性式样分别进行液、塑限联合测定法试验及甲种比重计法颗粒分析试验，试验结果结果如表2 所示。

表2 试验结果

对试验结果分别进行IP结果和黏粒含量结果分析，很显然塑性指数越高，黏粒含量越大，但是在土样的定名上，尤其是在IP值为10 的附近的界限土，同一土样按照这2 种试验结果来命名结果却是不同的，7#的IP为10.9，按照IP来定名为粉质黏土，但是按照黏粒含量结果14.8 来命名的则是黏质粉土。试12#的IP为9 来定名为粉土，但是按照黏粒含量结果18.9来命名的则是黏性土。我们把15#、16#试样按照IP试验结果来定名为砂质粉土，但是按照黏粒含量来定名的话则为黏质粉土。上述不一致的定名结果在土的工程应用上造成不安全的因素。

5 现分析各试验方法适合于何种细粒土

按照规范的要求，颗粒分析中的甲种密度计法适用于粒径小于0.075mm 的土，在此种假定情况下：假定为土体颗粒是球形的，并且土体颗粒周围的水流是稳定的线流，但细粒土（尤其是黏性土）的矿物的主要成分是黏土矿物，这种扁平的纤维状土里颗粒不符合比重计假定情况，试验过程中因外界环境因素引起的悬液温度的变化会引起悬液体积的不均匀膨胀，这种不均匀膨胀产生对流现象会对扁平状（或纤维状）黏土矿物的稳定下沉造成影响，所以可以得出结论：颗粒分析中的密度计法试验只是对于颗粒相对较粗的土的试验结果比较准确；而对于含有高含量的呈扁平的纤维状的黏土矿物的黏性土，比重计法测得黏粒含量试验结果误差比较大。

液塑限联合测定法试验测得液限含水率和塑限含水率结果较为可靠，在工程应用上比较广，单对于砂粒含量和粉粒含量较高的粉性土来说。因为其泄水较强，因为外界环境因素误差和人为误差造成结果误差比较大。因此，液塑限联合测定法试验不适用于粉性土。

6 结语

现阶段，一般用IP和黏粒含量来对土样进行定名，根据IP值的不用可以对细粒土进行分类，可以知道土的可塑性的大小。对于不同的土应该选用不同的试验方法。液塑限联合测定法适用于黏粒含量高的细粒土，比重计法比较适用于黏粒含量较低的细粒土。对于粉性土，因为液塑限联合测定试验人为误差比较大，建议用比重计法测得黏粒含量来进行定名。