试验四 界限含水量试验.docx

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试验四界限含水量试验

试验四、界限含水量试验

粘性土的状态随着含水量的变化而变化，当含水量不同时，粘性土可分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态，粘性土从一种状态转到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。

土从流动状态转到可塑状态的界限含水量称为液限ωL；土从可塑状态转到半固体状态的界限含水量称为塑限ωP；土由半固体状态不断蒸发水分，则体积逐渐缩小，直到体积不再缩小时人界限含水量称为缩限ωS。

土的塑性指数IP是指液限与塑限的差值，由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素，因此粘性土常按塑性指数进行分类。

土的液性指数IL是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，液性指数可被用来表示粘性土所处的软硬状态，所以土的界限含水量是计算土的塑性指数和液性指数不可缺少的指标，土的界限含水量还是估算地基土承载力待的一个重要依据。

界限含水量试验要求土的颗粒粒径小于0.5mm，且有机质量不超过5%，且宜采用天然含水量的试样，但也可采用风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒或杂质时，应过0.5mm的筛。

一、液限试验

液限是区分粘性土可塑状态和流动状态的界限含水量，测定土的液限主要有圆锥仪法、碟式仪法待试验方法，也可采用液塑限联合温室法测定土的液限。

（一）圆锥仪液限试验

圆锥仪液限试验就是将质量为76g的圆锥仪轻放在试样的表面，使其在自重作用下沉入土中，若圆锥体经过5s恰好沉入10mm深度，此时试样的含水量就是液限。

图4-1锥式液限仪

1.仪器设备

（1）圆锥液限仪（图4-1），主要有三个部分：

①质量为76g且带有平衡装置的圆锥，锤角30°，高25mm，距锥尖10mm处有环状刻度；②且金属材料或有机玻璃制成的试样杯，直径不小于40mm，高度不小于20mm；③硬木或金属制成的平稳底座；

（2）称量200g、最小分度值0.01g的天平；

（3）烘箱、干燥器；

（4）铝制称量盒、调土刀、小刀、毛玻璃板、滴管、吹风机、孔径为0.5mm的

标准筛、研钵等设备。

2.操作步骤

（1）选取具有代表性的天然含水量土样或风干土样，若土中含有较多大于0.5mm的颗粒或夹有多量的杂物时，应将土样风干后用带橡皮头的研杵研碎或用木棒在橡皮板上压碎，然后再过0.5mm的筛。

（2）当采用天然含水量土样时，取代表性土样250g，将试样放在橡皮板或毛玻璃板上用纯水将土样调成均匀膏状，然后放入调土皿中，盖上湿布，浸润过夜。

（3）将土样用调土刀调拦均匀后，分层装入试样杯中，并注意土中不能留有空隙，装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样杯放在底座上。

（4）将圆锥仪擦拭干净，并在锥尖上抹一薄层凡士林，两指捏住圆锥仪手柄，保持锥休垂直，当圆锥仪锥尖与试样表面正好接触时，轻轻松手让锥体自由沉入土中。

（5）放锥后约经5s，锥体入土深度恰好为10mm的圆锥环状刻度线处，此时土的含水量即为液限。

（6）若锥体入土深度超过或小于10mm时，表示试样的含水量高于或低于液限，应该用小刀挖去沾有凡士林的土，然后将试样全部取出，放在橡皮板或毛玻璃板上，根据试样的干、湿情况，适当加纯水或边调拦边风干重新拌和，然后重复（3）～（5）试验步骤。

（7）取出锥体，用小刀挖去沾有凡士林的土，然后取锥也附近土样约10～15g，放入称量盒内，测定其含水量。

锥式液限仪沉入土体中的几种情况如图4-2所示。

图4-2碟式液限仪沉入土体中的几种情况

3.成果整理

按式（4-1）计算液限：

式中ωL——液限（%），精确至0.1%；

m1——干土加称量盒质量（g）；

m2——湿土加称量盒质量（g）；

m0——称量盒质量（g）。

液限试验需进行再次平均测定，并取其算术平均值，其平行差值不得大于2%。

4.试验记录

圆锥液仪液限试验记录见表4-1。

（二）、碟式仪液限试验

碟式仪液限试验就是将土碟中的土膏，用开槽器将土膏分成两半，以每秒2次的速度将土碟由10mm高度下落，当土碟下落击数为25次时，两半土膏在碟底的合龙长度恰好达到13mm，此时试样的含水量即为液限。

1.仪器设备

（1）碟式液限仪，也称卡萨格兰德（Casagrande）液限（见图4-3），主要由铜碟、支架及底座组成的机械设备以及调整板、摇柄、偏心轮、开槽器等构成；

（2）称量200g、最小分度值0.01g的天平；

（3）烘箱、干燥器；

（4）铝制称量盒、调土刀、小刀、毛玻璃板、滴管、吹风机、孔径为0.5mm的标准筛、研钵等设备

表4-1圆锥液限试验记录表

工程名称：

试验者：

工程编号：

计算者：

试验日期：

校核者：

盒加湿

盒加干

液限

试

盒

土质量

土质量

盒质量

水质量

干土质量

液限

平均值

样

（g）

（g）

（g）

（g）

（g）

（%）

（%）

备注

编

（1）　

（2）　

（3）　

（4）　

（5）　

（6）　

（7）　

号

号

（1）-

（2）　

（2）-（3）　

图4-3碟式液限仪

2.操作步骤

（1）碟式仪校准

松开调整板的定位螺钉，以开槽器手柄的末端部分（直径10mm）作为度量尺寸，并垫在铜碟与底座之间，用调整螺钉将铜碟底与底座之间的落高调整到10mm。

迅速转动铜碟摇柄，当蜗轮碰击从动器时，铜碟不动，并能听到轻微的声音，表明调整正确。

然后拧紧定位螺钉，调整板。

（2）碟式仪试验

1试样的制备同圆锥仪试验操作步骤

（1），

（2）。

2将制备好的试样充分调拌均匀后，平铺于碟式仪铀碟的前半部，并且用调土刀将位于铜碟前半部的试样刮成水平，使试样中心厚度为10mm。

3以蜗形轮为中心，用开槽器从后至前沿铜碟直径针试样清晰的两半，形成V形槽，如图4-4所示。

图4-4碟式液限仪试验划槽及合龙情况

4以每秒两转的速度转动摇柄，使铜碟反复起落，其落高为10mm，坠击于硬橡皮座上，直至槽底两边试样的合龙长度为13mm时，记录其击数，并在槽的两边取不少于10g的试样，放入称量盒内，测定含水量。

5将试样从铜碟中全部取出，加入不同水量拌匀后，重复以上步骤测定槽底两边试样合龙长度为13mm时所的击数，试样宜为4～5个，槽底试样合龙所需要的击数宜控制在15～35击之间，并分别测定在各种击数下相应的含水量。

2.成果整理

按式（4-2）计算液限：

（4-2）

式中

——n击下试样的含水量（%），精确至0.1%；

mn——n击下试样的质量（g）；

md——试样的干土质量（g）。

以含水量为纵坐标，以击次对数为横坐标，在半对数坐标纸上绘制含水量与击次的关系曲线，如图4-5所示，然后在曲线上查得击数为25所对应的整数含水量即为试样的液限。

图4-5液限曲线

3.试验记录

碟式仪液限试验记录见表4-2。

表4-2碟式液限试验记录表

工程名称：

试验者：

工程编号：

计算者：

试验日期：

校核者：

试

样

编

号

击

数

盒

号

盒加湿　

盒加干土质量

盒质量

水质量

干土

质量

含水量

液限

土质量

（g）

（g）

（g）

（g）

（g）

（%）

（%）

（1）　

（2）　

（3）　

（4）

（5）

　（6）

（7）　

（1）-

（2）

（2）-（3）

二、塑限试验

塑限是区分粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水量，测定土的塑限的试验方法主要是滚搓法。

滚搓法塑限试验就是用手在毛玻璃板上滚搓土条，当土条直径达3mm时裂缝并断裂，此时试样的含水即为塑限。

1.仪器设备

（1）200mm×300mm的毛玻璃板；

（2）分度值0.02mm的卡尺或直径3mm的金属丝；

（3）称量200g、最小分度值0.01g的天平；

（4）烘箱、干燥器；

铝制称量盒、滴管、吹风机、孔径为0.5mm的筛、研钵等。

2.操作步骤

（1）取代表性天然含水量试样或过0.5mm筛的代表性风干试样100g，放在盛土皿中，加纯水拌匀，盖上湿布，湿润静止过夜。

将制备好的试样在手中揉捏至不粘手，然后将试样捏扁，若出现裂缝，则表示其含水量已接近塑限。

取接近塑限含水量的试样8～10g，先用手捏成手指大小的土团（椭圆形或球形），然后再放在毛玻璃板上用手掌轻轻滚搓，滚搓时应以手掌均匀施压于土条上，不得使土条在毛玻璃板上无力滚动，在任何情况下土条不得有空心现象，土条长度不宜大于手掌宽度，在滚搓时不得从手掌下任一边脱出。

当土条搓至3mm直径时，表面产生许多裂缝，并开始断裂，此时试样的含水量即为塑限。

若土条搓至3mm直径时，仍未断裂，表示试样的含水量高于塑限；或者土条直径在大于3mm时已开始断裂，表示试样的含水量低于塑限，都应重新取样进行试验。

取直径3mm且有裂缝的土条3～5g，放入称量盒内，随即盖紧盒盖，测定土条的含水量。

3.成果整理

按式（4-3）计算塑限

式中ωp——塑限（%），精确至0.1%；

m1——干土、称量盒质量（g）；

m2——湿土、称量盒质量（g）；

m0——称量盒质量（g）。

塑限试验需进行再次平均测定，并取其算术平均值，其平行差值不得大于2%。

4.试验记录

滚搓法塑限试验记录见表4-3

表4-3滚搓法塑限试验记录表

工程名称：

试验者：

工程编号：

计算者：

试验日期：

校核者：

试

样

编

号

盒

号

盒加湿

土质量

（g）

盒加干

土质量

（g）

盒质量

（g）

水质量

（g）

干土质量

（g）

液限

（%）

液限

平均值

（%）

备注

（1）　

（2）　

（3）　

（4）　

（5）　

（6）　

（7）　

（1）-

（2）　

（2）-（3）　

三、液、塑限联合测定法

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量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量时的圆锥入土深度，并绘制其关系直线图，在图上查得圆锥下沉深度为10mm（或17mm）所对应的含水良即为液限，查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水量即为塑限。

图4-6液塑限联合测定仪

1.仪器设备

（1）液塑限联合测定仪，包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、控制开关和试样杯。

图4-6所示的为光电式液塑限联合测定，圆锥质量为76g，锥角为30°；读数显示为光电式；试样杯内径为40～50mm。

高度为30~40mm。

（2）称量200g，最小分度值0.01g天平。

（3）烘箱、干燥箱。

（4）铝制称量盒、调土刀、孔径为0.5mm的筛、研体、凡士林。

2．操作步骤

原则上采用天然含水量土样，但也可以采用风干土样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒与杂物时应过0.5mm的筛。

当采用天然含水量土样，取代表性试样250g；采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性试样200g，将试样放在橡皮板上用纯水调制成均匀膏状，放入调土皿，盖上湿布，浸润过夜。

将制备好的试样用调土刀充分调拌均匀后，分层装入试样杯中，并注意土中不能留有空隙，装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样杯放在联合测定仪的升降座上。

将圆锥仪擦拭干净，并在锥尖上抹一薄层凡士林，然后接通电源，使电磁铁吸住圆锥。

（5）调节零点，使屏幕上的标尺调在零位，然后转动升降旋钮，试样杯徐徐上升，当锥尖刚好试样表面时，指示灯亮，立即停止转动旋钮。

（6）按动控制开关，圆锥则在自重下沉入试样，经5s后，测读显示在屏幕上的圆锥下沉深度，然后取出试样，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥体附近的试样不少于10g，放入称量盒内，测定含水量。

（7）将试样从试样杯中全部挖出，再加水或吹干并调匀，重复以上试验步骤分别测定试样在不同含水量下的圆锥下沉深度。

液塑限联合测定至少在三点以上，其圆锥入土深度宜分别控制在3～4mm，7～9mm和15～17mm。

3.成果整理

（1）含水量计算

（4-4）

式中ω——含水量（%），精确至0.1%；

m1——干土、称量盒质量（g）；

m2——湿土、称量盒质量（g）；

m0——称量盒质量（g）。

（2）

液限和塑限确定

以含水量为横坐标，以圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制含水量与圆锥入土深度关系曲线，如图4-7所示。

三点应在一直线上，如图中A线。

当三点不在一直线上时，通过高含水量的点与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的两个含水量，当所查得的两个含水量差值小于2%时，应以该两个含水量平均值的点（仍在圆锥下沉深度为2mm处）与高含水量的点再连一直线，如图中B线，若两个含水量的差值大于、等于2%时，则应重做试验。

在含水量与圆锥下沉深度的关系图（图4-7）上查得圆锥下沉深度为17cm所对应的含水量为17mm液限；查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限，取值以百分数表示，准确至0.1%。

（3）塑性指数计算

Ip=ωL-ωp（4-5）

式中Ip——塑性指数，精确至0.1；图4-7含水量与圆锥下沉深度的关系图

ωL——液限（%）；

ωp———塑限（%）。

（4）液性指数计算

IL=（ωL-ωp）/Ip（4-6）

式中IL——液性指数，精确至0.01；

ωp——天然含水量（%）；

其余符号意义同式（4-5）。

4.试验记录

液塑限联合测定试验记录见表4-4。

表4-4液塑限联合测定试验记录表

工程名称：

试验者：

工程编号：

计算者：

试验日期：

校核者：

圆锥

下沉深度

（mm）

盒号

盒加湿土质量

盒加干土质量

盒

质量

水

质量

干土

质量

含水量

液限

塑限

塑性

指数

液性

指数

试

样

（g）

（g）

（g）

（g）

（g）

（%）

（%）

（%）

编

（1）　

（2）　

（3）　

（4）　

（5）　

（6）　

（7）

（8）　

（9）

（10）　

号

（1）-

（2）

（2-（3）

（7）-（8）