黏性土的稠度和可塑性-土力学与地基基础

黏性土的稠度（即软硬程度）是指黏性土在特定含水量下所呈现出的物理状态，受土的含水量的强烈控制，直接影响和决定着黏性土的物理力学性质。如随着含水量的增加，黏性土可由固态、半固态变成可塑状态，最后变成流动状态。对不同的土来说，从一种状态过渡到另一种状态的含水量是不同的，可以用它定性地区别黏性土的不同类型或对黏性土进行分类。

图1.12表示黏性土体积和含水量之间的一般关系，还表示了将黏性土划分为四种稠度状态即物理状态的界限。使土刚好能够转变形态的含水量叫作界限含水量，这些界限称为阿太堡界限（Atterberg，1911）。

图1.12　土的稠度状态

1.液限、塑限、缩限

在含水量很高时，土呈黏滞液体状态，在这种情况下，它能流动而不能保持特定的形状。土呈流动状态的最低含水量称为液限，液限即为流动状态与可塑状态的界限含水量，也是可塑状态的上限含水量，用符号wL表示。

液限可采用碟式液限仪或锥式液限仪测定。国外多用碟式液限仪。采用碟式液限仪测定时，是将调制的均匀湿土样平铺在铜碟内，用专门的开槽器把碟内试样分成两半，如图1.13所示。然后以10 mm落高摇动手柄25次，则土槽合拢长度为1.3 cm时的含水量就是液限。国内一般常作锥式液限仪测定。如图1.14所示。在试验时，杯中装满调匀的土样，刮平土面后，将重76 g力的平衡锥尖对准土面中心，在其自重作用下经约15 s锥尖沉入土内深度恰好为10 mm，这时土的含水量就是液限。

图1.13　碟式液限仪

图1.14　锥式液限仪

两种方法测定的同一种土样的液限应该比较接近。因为锥式仪最初就是碟式仪采用对比试验确定仪器参数的。不过，在不同的操作者和土样情况下也可能不一样。

当土能被塑造成或搓成一种新的形状而不被破坏时，土就处于可塑状态，此时土具有可塑性。所谓可塑性，是指在一定条件下（指含水量等），因受外力作用其形状发生变化，但不产生裂缝，且当外力移去后，仍能保持既得形状的一种性能。可塑性是黏性土区别于无黏性土的重要特征。土呈可塑状态的最低含水量为土的塑限，它既是可塑状态与半固态的界限含水量，也是半固态的上限含水量，用符号wp表示。

在国内常用搓条法测定塑限。把调制好的土样在毛玻璃上搓滚成直径约为3 mm的土条，若此时土条恰好出现裂缝并开始断裂，就把土条的含水量定为土的塑限。

考虑到搓条受人为因素影响较大，经大量的试验资料统计分析，建立了液限与塑限之间的相关关系，提出了如下的回归方程：

采用回归方程，只要测定出液限，就可由式（1.26）得到塑限。式中a、b为系数，它们随地区、土类及其成因条件不同而异。目前各地已积累了不少资料，并在工程中得到了应用。

另外，还可采用光电式液、塑限仪，进行液、塑限的联合测定。测定时，将调制成不同含水量的三个试样分别装满盛土杯，刮平杯口表面，将76 g重圆锥放在试样表面，使其在自重作用下徐徐下沉入试样中，测定圆锥仪在5 s内的下沉深度。将圆锥下沉深度与相应的含水量点绘在双对数坐标纸上，它们成直线关系。在直线上查得圆锥下沉深度为10 mm所对应的含水量为土的液限，查得下沉深度为2 mm所对应的含水量为土的塑限。

土的缩限是指黏性土随含水量的减少，体积开始不变时的含水量，即半固态与固态的界限含水量，用符号ws表示。

在测定缩限时，把含水量调制到大于液限的土样填实一定容积的容器，烘干并测出干试样的体积后，按下式求得：

式中　w1——试样的制备含水量；

V1——湿试样的体积，即容器的体积；

V2——干试样的体积。(www.xing528.com)

必须指出，黏性土的状态随含水量的变化从一种状态转变为另一种状态是逐渐过渡的，没有一个明确的界限。目前只是根据某些通用的试验方法所测定的含水量来代表这些界限含水量。

2.塑性指数和液性指数

液限和塑限之差称为塑性指数，用不带百分号的小数表示，符号为Ip。

塑性指数表示黏性土呈可塑状态时含水量的变化范围。

图1.15　圆锥入土深度与含水量关系

试验指出，塑性指数与黏性土中土粒的组成、黏粒的含量及矿物成分有关。土粒越细，含量越高，则其比表面积就越大，此时黏性土中结合水含量就越高，塑性指数就会随之增大。

从矿物成分看，黏土中蒙脱石含量越多，塑性指数会急剧增大。因而，塑性指数综合地反映了影响黏性土的含水量、黏粒含量、矿物成分等各种因素。地基规范规定用塑性指数作为黏性土划分的标准。

但是，塑性指数不能说明实际黏性土的稠度状态。对于不同的土，即使有相同的含水量，也未必处于同样的状态。为了确定黏性土的稠度状态，需要有一个能表示实际含水量与界限含水量之间相对关系的指标，这个指标就是液性指数，用符号IL表示。

在地基规范中，根据液性指数将黏性土的状态划分为五种状态（表1.6）。

表1.6　黏性土状态的划分（GB50007）

注：当用静力触探探头阻力或标准贯入试验锤击数判定黏性土的状态时，可根据当地经验确定。

用液性指数作为判别黏性土软硬程度的标准，其缺点是没有考虑土的结构性的影响。因为液限、塑限的测定目前都是用扰动土（即土的结构、构造受到外来因素扰动的土）进行测定的，土受扰动后，结构已被破坏。而原状土（指能保持天然状态下其结构不变、含水量不变的土体）在自重作用下已有很长历史，它具有一定的结构强度，即使原状土的天然含水量大于它的液限，也未必会产生流动状态。而对扰动土而言，由于其结构遭到破坏，如果其天然含水量大于液限，它就会成黏滞泥浆状态。这说明，含水量相同时，原状土比扰动土坚硬。因此，用上述标准判别扰动土的软硬程度是合适的，但对原状土则偏于保守。

【例题1.7】拟对土粒比重为2.70、天然重度为16.5 kN/m3、饱和度为85%、液限为52%、塑限为37%的粉质黏土分层夯实，夯前土处于何种状态？

【解】。

代入已知数据

（1）、（2）两式联立求解得

w=0.41=41%

则

该土处于可塑状态。