土的界限含水率试验测试方法的研究

【摘要】文章阐述了土的界限含水率试验目的、土的界限含水率试验的基本原理、各国界限含水率试验方法简介、土的界限含水率试验操作步骤这几个方面的内容，对土的界限含水率试验测试方法进行了研究和探讨

【关键词】土的界限含水率，试验测试方法，研究

中图分类号：F470.1 文献标识码：A

一、前言

界限含水率试验是测试土的界限的一个重要的科学依据，通过试验计算出塑性指数及液性指数，这就要求我们试验中具有严谨性的要求。

二、土的界限含水率试验目的和主要内容

细粒土由于含水率不同，分别处于流动状态，可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率，塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。本试验是测定细粒土的液限和塑限含水率，用作计算土的塑性指数和液性指数，以划分土的工程类别和确定土的状态。 

 界限含水率试验主要内容；是测试细粒土的液限含水率（ωL）和塑限含水率（ωP），简称液限和塑限，由此获得塑性指数Ip=ωL－ωP、液性指数Il=（ω－ωP）/IP==（ω－ωP）/（ωL－ωP），由ωL和IP利用塑性图上对土进行分类和利用Il判断  天然土所处的状态，其次是测试土的缩限ωS。  

三、土的界限含水率试验的基本原理

土的液限是粘性土从可塑状态转到流动状态的界限含水率。 圆锥液限仪是根据一定重量和固定角度的平衡锥沉入土中一定深度时的含水率恰为液限这一原理制作的。前苏联A.M.瓦西里耶夫经过多次试验认为锥体重量为0.75N，锥角为30o，锥体沉入深度为10mm时，土的抗剪强度是8.232kPa，此时土的含水率即为液限。 

液、塑限联合测定法是根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水率在双对数坐标上具有线性关系的特性来进行的。利用圆锥质量为76g的液塑限联合测定仪测得土在不同含水率时的圆锥入土深度， 并绘制其关系直线图， 在图上查得圆锥下沉深度为10mm(或17mm)所对应的含水率即为液限， 查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水率即为塑限。 

联合液塑限仪法的优点是可以减少人为误差，免去搓条的环节。缺点是要测定三个不同的含水率，还要画图求液限和塑限，时间并不节省。此法为我国独创。

四、各国界限含水率试验方法简介

一种是圆锥仪法( 液、塑限联合测定法) ， 其液限值结果有2 个， 一是: 入土深度10mm 液限； 二是: 圆锥仪入土深度17mm 液限。第二种是: 碟式仪法( 卡萨格兰德法) 。塑限试验有2 种: 第一种是圆锥仪法， 即现在国内各实验室广泛应用的液塑联合测定法， 圆锥仪入土2mm 对应的含水率为塑限值。第二种是滚搓法。以上各种测定方法均是以土体抗剪强度等效为依据。英国BS 规范液限试验方法有四种: 第一种是圆锥法( 决定性方法) ； 第二种是单点圆锥法； 第三种方法是卡萨格兰德仪法； 第四种是单点卡萨格兰德法。塑限试验是滚搓法。美国ASTM 规范界限含水率液限试验用碟式仪法； 碟式仪法分多点碟式仪法和单点碟式仪法。塑限试验有2 种: 塑限滚搓仪法和滚搓法。无论那个国家的规范， 碟式仪和圆锥仪法多点法全是通过测试不同含水率下圆锥下沉量( 或落碟次数) ， 在相应坐标上绘制关系曲线， 查出标准下沉量( 落碟击数) 下含水率即为液( 塑) 限值。单点法就是通过测试一次圆锥贯入深度( 落碟次数) 下的含水率， 要求圆锥入土深度( 落碟次数) 尽量靠近标准值， 将其结果乘以一个修正因子即得出最终液限值。

我国GBPT 和英国BS 液限试验均是使用圆锥仪法， 但圆锥质量GBPT 标准是76g， BS 规范是80g。GBPT 规范是下沉深度17mm 所对应的含水率为液限， 而BS 规范是下沉深度20mm 所对应的含水率为液限。英国BS 规范和美国ASTM 规范均用一点卡萨格兰德仪法做液限， 但他们用的修正公式不同: BS 规范用: XL = X( N25) tanB 其中， XL 为液限， tanB = 0. 092 ( 对于英国土壤， 由log XL 和log X 得出关系曲线， 然后计算得出的曲线倾斜度) 。三个国家规范塑限试验做法全有滚搓法， 但不同规范滚搓法试验要求除了土条直径有所不同。

四、 土的界限含水率试验操作步骤

1. 锥式仪液限试验

测定土的液限，并与塑限试验和含水率试验结合，用以计算土的塑性指数和液性指数，作为粘性土的分类以及判别土的状态之用。

（一）、制备土样 

取天然含水率的土样约50g，捏碎过筛；若天然土样己风干，则取样80g研碎，并过0.5mm筛；加纯水调成糊状，盖上湿布或置保湿器内12h以上，使水分均匀分布。 

（二）、装土样于调土杯中 

将备好的土样再仔细拌匀一次，然后分层装入试杯中；用手掌轻拍试杯，使杯中空气逸出；待土样填满后，用调土刀抹平土面，使土面与杯缘齐平。 

（三）、放锥 

在平衡锥尖部分涂上一薄层凡士林，以拇指和食指执锥柄，使锥尖与试样面接触，并保持锥体垂直，轻轻松开手指，使锥体在其自重作用下沉入土中；注意放锥时要平稳，避免产生冲击力。 

放锥15s后，观察锥体入土中的深度，以土样表面与锥接触处为准；若恰为10mm(锥上有刻度标志)， 则认为这时的含水率就为液限。若锥体入土深度大于或小于10mm时，表示试样含水率大于或小于液限，此时，应挖去沾有凡士林的土，取出全部试样放在调土杯中，使水分蒸发或加纯水重新调匀，直至锥体下沉深度恰为10mm时为止。 

（四）、测液限含水率 

将所测得的合格试样，挖去沾有凡士林的部分，取锥体附近试样少许(约15～20g)放入铝盒中测定其含水率，此含水率即为液限。

2．滚搓法塑限试验

测定土的塑限，并与液限试验和含水率试验结合，用来计算土的塑性指数和液性指数，为粘性土的分类以和估算地基承载力提供依据。

（一）、制备土样 

（二）、搓条 

取一小块试样在手中揉捏至不沾手，用手指捏成椭球形，置于毛玻璃板上，用手掌轻轻滚搓，手掌用力要均匀，土条长度不能超过手掌宽度，土条不能出现空心现象。当土条被搓至直径为3mm， 且产生裂纹并开始断裂时，此时的含水率恰为塑限。若土条被搓至3mm仍未产生裂纹，表示该试样含水率高于塑限，应将土条重新揉捏，再滚搓。若土条直径大于3mm就断裂，表示其含水率低于塑限，应弃去，重新取土样揉捏滚搓，直至达到标准为止。 

（三）、测塑限含水率 

将放在铝盒中的土条称重，烘干后再称干土的质量。计算含水率，准确至0.1%。

3．液塑限联合测定试验

测定粘性土的液限和塑限，并由此计算塑性指数和液性指数，进行粘性土的定名及判断粘性土的软弱程度。

（一）、制备土样：按液限试验制备土样的要求，取代表性土样约200g， 分别放在三个调土皿中，加纯水调制成三种不同含水率的土膏，并盖上湿布，静置12h以上。三种不同含水率分别控制圆锥入土深度大致在3～4mm、7～9mm、15～17mm。 

4、装土进杯：将任一含水率的调土皿中的土膏用调土刀充分搅拌均匀后， 填入调土杯中， 填满后刮平表面；将杯放在联合测定仪的升降杯座上。 

（一）、放锥入土：在圆锥上抹一薄层凡士林， 接通电源， 使电磁铁吸住圆锥；调整升降座， 使圆锥尖接触试样面。调节读数零点， 关断电源， 使圆锥失磁而自重下沉土中。约5s后， 测读圆锥入土深度。旋转土杯，改变锥尖与土体接触位置，重复两次。要尽量使三个点相隔最远，得到h1，h2，h3，相互误差不得超过0.5mm。

（二）、测含水率：取下调土杯， 取锥体附近的试样不少于10g，放入称量铝合内，测定含水率。重复以上步骤， 再测定另两试样的圆锥入土深度及含水率。 

（三）、填写试验报告。

七、结束语

通过试验的结论可以得到土的液限和塑限从而计算出塑性指数及液性指数的数据，根据数据加以分析可以对建筑工程和很多领域方面都有很大的作用。

参考文献

[1]JTJ051293，公路工程土工试验规程[S].

[2]胡其志. 开放式土工实验的实践与思考。高等建筑教育 -- 17(4)