地基与基础工程施工：土的物理状态指标测定结果

一、无黏性土的密实度

无黏性土一般指碎石土和砂土。天然状态下的无黏性土的密实度与其工程性质有着密切的关系。当为松散状态时，其压缩性与透水性较高，强度较低; 当为密实状态时，其压缩性与透水性较低，强度较高，为良好的天然地基。密实度是评价碎石土和砂土地基承载力的主要指标。

(一)判定砂土密实度的方法

1. 孔隙比e

孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。根据孔隙比e，可按表1-5将砂土分为密实、中密、稍密和松散四种状态。

表1-5 砂土的密实度

2. 相对密实度Dr

由于用天然孔隙比来评定砂土密实度没有考虑到颗粒级配的因素，同样密实度的砂土在粒径均匀时，孔隙比值较大; 而当颗粒大小混杂、级配良好时，孔隙比值应较小，并且取原状土样测定天然孔隙比较困难。因此，用相对密实度Dr来评定砂土的密实度，考虑到砂土的级配因素，更加合理。

相对密实度Dr表达式为

式中: emax——砂土在最松散状态下的孔隙比，即最大孔隙比;

emin——砂土在最密实状态下的孔隙比，即最小孔隙比;

e——砂土在天然状态下的孔隙比。

砂的相对密实度是通过砂的最大干密度和最小干密度试验测定的。砂的最小干密度ρdmin采用漏斗法和量筒法测定; 砂的最大干密度ρdmax采用振动锤击法测定。获得ρdmin和ρdmax后，则emax和emin可用下列公式求得:

把求得的emax、emin代入式(1-26)即可求得Dr。

根据Dr值，可把砂土的密实度分为以下三种:

0.67＜Dr≤1 (密实)

0.33＜Dr≤0.67 (中密)

0＜Dr≤0.33 (松散)

由于砂土的原状土样很难取得，天然孔隙比难以准确测定，故相对密实度的精度也就无法保证。目前，Dr主要用于填方质量的控制。

3. 标准贯入试验划分密实度

《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002，以下均简称《规范》)采用未经修正的标准贯入试验锤击数N，将砂土的密实度划分为松散、稍密、中密、密实(表1-6)。N是用质量63.5kg的重锤自由下落76cm，使贯入器竖直击入土中30cm所需的锤击数，它综合反映了土的贯入阻力的大小，即密实度的大小。

表1-6 砂土的密实度

(二)碎石土的密实度

对于平均粒径大于50mm或最大粒径大于100mm的碎石土，通过观察，根据骨架颗粒含量和排列、可挖性、可钻性，将其密实度划分为密实、中密、稍密(表1-7)。

表1-7 碎石土密实度野外鉴别方法

二、黏性土的物理特性

黏性土的土粒很细，单位体积颗粒总表面积大，土粒表面与水相互作用的能力较强，土粒间存在黏聚力。当土中含水量较小时，土呈固体状态，强度较大，随着含水量的增大，土将从固体状态经可塑状态转为流塑状态，相应地，土的强度显著降低。稠度是指黏性土在某一含水量下，对外力引起的变形或破坏的抵抗能力，用坚硬、可塑和流动等状态来描述，它反映了土的软硬程度或对外力引起的变化或破坏的抵抗能力的性质。

(一)塑限和液限

1. 界限含水量

黏性土由一种状态转换为另一种状态其分界含水量，称为界限含水量。

缩限(ws): 固态与半固态的界限含水量。

塑限(wp): 半固态与可塑状态的界限含水量。

液限(wl): 可塑状态与流动的界限含水量。

当天然含水量w≤ws时，土体处于固态; 当ws＜w≤wp时，土体处于半固态; 当wp＜w≤wl时，土体处于可塑状态; 当w＞wl时，土体处于流动状态(图1-5)。

图1-5 土的物理状态与含水量关系

2. 塑限和液限的测定

(1)光电液塑限联合测定仪。适用于粒径小于0.5mm，以及有机质含量不大于试样总质量5%的土。

液、塑限联合测定仪: 锥质量为76g，锥角为30°，天平称量200g，分度值0.01g。取0.5mm筛下的代表性试样200g，分成三份，放入盛土皿中，加不同数量的纯水，制成不同稠度的试样。试样的含水量宜分别接近限、塑限和二者的中间状态。将试样调匀，盖上湿布，湿润过夜。

(2)蝶式液限仪。如图1-6所示，将黏性土调成均匀的浓糊状，装入碟内，刮平表面，用开槽器在中间划一条V形槽，将土碟调至10mm，以2r/s的速度转动摇柄，使土碟反复起落，坠击于底座上。当摇碟下击25次，槽子合拢为13mm时的含水量就是液限值。

图1-6 蝶式液限仪

(3)搓条法。用双手将天然湿度的土样搓成小圆球(球径小于10mm)，放在毛玻璃板上，再用手掌慢慢搓滚成小土条，用力均匀，搓到土条直径为3mm，出现裂纹、自然断开时土条的含水量就是塑限值。(www.xing528.com)

(二)塑性指数和液性指数

1. 塑性指数Ip

塑性指数是指液限和塑限的差值(省去%符号)，即土处在可塑状态的含水量变化范围。

Ip=wl－wp (1-27)

塑性指数越大，土处在可塑状态的含水量范围越大，土的可塑性越好。也就是说，塑性指数的大小与土可能吸附的结合水的多少有关，一般土中黏粒含量越高或矿物成分吸水能力越强，则塑性指数越大。

工程上常以塑性指数对土进行分类。塑性指数Ip＞17的土为黏土; 10＜Ip≤17的土为粉质黏土。

2. 液性指数Il

液性指数是指黏性土的天然含水量与塑限的差值和塑性指数之比，它是表示天然含水量与界限含水量相对关系的指标，反映黏性土天然状态的软硬程度，又称相对稠度。

按液性指数的大小，可将黏性土划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑五种软硬状态，见表1-8。

表1-8 黏性土的软硬状态

三、土的物理状态性质指标试验测定方法界限含水率试验

1. 试验目的

细粒土由于含水率不同，而分别处于流动状态、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量，用来计算土的塑性指标和液性指数，按塑性指数或塑性图对黏性土进行分类，并可结合土体的原始孔隙比来评价黏性土地基的承载能力。

2. 试验方法

本试验采用液限、塑限联合测定法测定液限含水量和塑限含水量。

3. 液限、塑限联合测定法试验

1)仪器设备

液限、塑限联合测定仪: 圆锥仪、读数显示; 试样杯: 直径40～50mm，高30～40mm; 天平: 称量200g，分度值0.01g; 其他: 烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、凡士林等。

2)操作步骤

液限、塑限联合试验原则上采用天然含水量的土样制备试样，但也允许采用风干土制备试样。

(1)当采用天然含水量的土样时，若土中含有较多大于0.5mm的土粒或夹有大量的杂物时，应将土样风干后用带橡皮头的研材研碎或用木棒在橡皮板上压碎，然后再过0.5mm的筛。分别按接近液限、塑限和二者之间状态制备不同稠度的土膏，静置湿润，静置时间可视原含水量的大小而定。当采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性土样约200g，分成3份，分别放入3个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使其分别接近液限、塑限和二者中间状态的含水量，调成均匀土膏，然后放入密封的保湿缸中，静置24h。

(2)将制备好的土膏用调土刀调拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气逸出。高出试样杯的余土用刮土刀刮平，随即将试样杯放在仪器底座上。

(3)取圆锥仪，在锥体上涂以薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。

(4)调节屏幕准线，使初读数为零。调节升降座，使圆锥仪锥角接触试样面，指示灯亮时，圆锥在自重下沉入试样内，经5s后立即测读圆锥下沉深度。

(5)取下试样杯，然后从杯中取10g以上的试样两个，测定含水率。

(6)按以上步骤测试其余两个试样的圆锥下沉深度和含水率。

3)计算与制图

(1)计算含水量。含水率w为:

(2)绘制圆锥下沉深度h与含水率w的关系曲线。以含水量为横坐标、圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数纸上绘制h-w的关系曲线(图1-7)。

①三点连一条直线。

②当三点不在一直线上时，通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2处查得相应的含水率，当两个含水率的差值小于2%时，应以该两点含水率的平均值与高含水率的点连成一线。

③当两个含水率的差值大于或等于2%时，应补做试验。

图1-7 圆锥下沉深度h与含水量w关系图

(3)确定液限、塑限。在圆锥下沉深度h与含水率w关系图上，查得下沉深度为17mm所对应的含水率为液限wl; 查得下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限wp，以百分数表示，取整数。

(4)计算塑性指数和液性指数。

(5)按规范规定确定土的名称。

4)试验记录格式

液限、塑限联合试验记录表见表1-9。

表1-9 液限、塑限联合试验记录表