簡介
土工試驗是岩土工程中不可缺少的組成部分, 主要是測定土的工程性質, 為工程設計提供設計參數和依據, 也是對建築物的地基基礎施工進行監測和控制的重要手段之一。而界限含水量試驗, 是測定土的工程性質, 對土進行正確分類必不可少的試驗項目, 其準確性對工程設計有著重要的影響。
1999 年頒布的新的《土工試驗方法標準》GB T50123 -1999 , 吸收了世界先進土工試驗技術, 試驗項目比較齊全, 可以滿足多種不同需要, 試驗標準更加國際化。在土試國標的界限含水量試驗中, 包括液、塑限聯合測定法、碟式儀法、滾搓法和縮限試驗。通過這幾種方法, 對土的液限、塑限和縮限進行測定。探討採用液、塑限聯合測定法測試土的液、塑限試驗中的有關問題。
土的物理狀態指標
土作為一種物體, 其軟硬狀態直接決定著它的力學性質, 測定土的界限含水量是研究其物理力學性質及其工程分類的重要途徑。大多數情況下, 土處於粘滯流動狀態與固體狀態之間, 所以在工程上經常用到的界限含水量指標有液限含水量(用WL 表示)、塑限含水量(用WS 表示)和塑性指數(用Ip 表示)。要正確地評定土的物理和力學性質, 合理地選用地基基礎設計方案, 首先必須對地基土進行分類。該三項指標是判斷地基土的最基本的指標, 為地基土分類提供依據。當Ip >17 則定名為粘土;10 <Ip ≤17則定名為粉質粘土;Ip ≤10 則定名為粉土。
液、塑限聯合測定試驗
1 試驗儀器
在獲取土質測試數據的過程中, 試驗儀器的選擇非常重要。光電式液、塑限聯合測定儀, 是界限含水量試驗中液、塑限聯合測定法中的主要儀器, 它的圓錐質量為76g , 錐角為30°。其主要優點是易於掌握, 電磁落錘可以減少人為因素的影響, 獲取的數據可靠係數較大。
2 試驗方法
界限含水量試驗中, 液限測定用碟式儀法, 塑限測定用滾搓法。我們建議採用液、塑限聯合測定法較適宜, 該方法適用於粒徑小於0.5 mm 以及有機質含量不大於試樣總質量5 %的土。根據用圓錐儀測得的入土深度與其相應的含水量, 在雙對數坐標上具有線性關係的特徵, 用光電式液、塑限聯合測定測得土在不同含水量時其圓錐儀入土的深度, 繪製關係直線圖, 據入土深度在圖中找出該試樣的液限和塑限。即在關係直線圖上, 查得圓錐入土深度(下沉深度)為17 mm 時所對應的含水量則為17mm 的液限;圓錐入土深度為10 mm 時所對應的含水量則為10 mm 的液限(國標中的兩個液限標準);入土深度為2 mm 時所對應的含水量則為該試樣的塑限, 數值取整數, 根據公式, 塑性指數=液限-塑限,計算出試樣的塑性指數。
工程實例
1 試驗取樣
在玉樹隆寶湖地區, 根據工程設計需要, 採取具有代表性的擾動樣約50 個進行土的液、塑限的試驗分析。
2 試驗步驟
1)將天然含水量試樣過0.5 mm 篩, 取篩下的代表性試樣約300 g , 分三份放入盛土皿中, 加不同數量的純水, 製成不同稠度的試樣。使其含水量分別接近液限、塑限和二者的中間狀態。
2)用調土刀將試樣調拌均勻, 分數次密實地填入試樣杯中, 填滿後刮平表面。然後, 將試樣杯放在聯合測定儀的升降座上, 在圓錐上抹一薄層凡士林, 接通電源, 使電磁鐵吸住圓錐。
3)調節螢幕零點, 使其與微分尺在螢幕上顯示的零讀數重合, 轉動升降座, 使圓錐尖接觸試樣面(指示燈顯示), 圓錐因失磁下落沉入土樣中, 當計時指示燈亮時, 立即從螢幕測讀圓錐下沉深度, 拿出試樣杯, 取部分土樣測定含水量。
4)以相同方法分別測定三個試樣的圓錐下沉深度和含水量。
5)以含水量為橫坐標, 圓錐下沉深度為縱坐標, 在雙對數坐標紙上繪製關係曲線, 三點應在一直線上。在關係直線圖上, 查得圓錐入土深度(下沉深度)為17mm 時所對應的含水量則為17mm 的液限;圓錐入土深度為10 mm 時所對應的含水量則為10 mm 的液限;入土深度為2mm 時所對應的含水量則為該試樣的塑限, 數值取整數, 計算出試樣的塑性指數。
3 試樣實測數據
在對玉樹隆寶湖地區被測的約40 個土樣的液、塑限試驗中, 同一個試樣, 由於採用的標準不同(國標中的17 mm 、10 mm)試驗所得數據完全不同。即在同一試驗中不同標準所取得的液限含水量不同;由此而得的塑性指數也不同;以至使得土的定名也不同。其中以表1 所列的一組試樣最為典型。
4 試驗數據分析
1)用入土深度為10 mm 的標準所得的有關數據, 均低於17 mm 的標準, 但兩種標準所得的液限差值變化與塑性指數差值變化基本一致;
2)隨著試樣粘性的增大, 試驗所得的液限含水量的差值也隨之增大, 最高值是8。
總結
1)當試驗目的是為某項工程提供有關設計數據, 即地基土承載能力的大小時, 仍可採用10 mm 的標準。鑒於我國幾十年來一直採用10 mm 標準, 在液限測定方面積累了大量資料, 具有豐富的實踐經驗。雖然由此標準得到的承載力比17mm 的標準低, 但是它仍然可以滿足工業與民用建築的設計要求,對於結構設計來說, 所提供的承載能力偏低, 其結果偏於保守。
2)當試驗的目的是為了判斷場地的實用價值和中外合資工程而進行的液、塑限測試, 則一般用17mm 的標準。對於前者來說, 玉樹隆寶湖地區就是一個很好的例子;而後者則因為以76 g 錐下沉深度為17 mm 時的含水量作為液限, 與美國ASTM 碟式液限儀標準是等效的。用17 mm 標準的測定方法, 可使液限標準向國際標準靠攏, 更加便於在學術上的交流, 特別是國際工程技術的交往和中外合資工程的開發, 更適應當前我國加入WTO 後的新形勢。
