粘性土的物理状态及其地基基础

粘性土的主要物理状态特征是其软硬程度。由于土粒很细，土粒表面与水相互作用的能力较强，故水对粘性土工程性质影响很大。

1.界限含水量

图1-6　粘性土的物理状态与含水量的关系

当土中含水量较低时，土呈固体状态，强度较大，随着含水率的增高，土将从固体、半固体状态经可塑状态转为流动状态，土的强度相应地降低。土的这一软硬程度特性称为稠度，稠度是指粘性土在某一含水量时对外力引起的变形或破坏的抵抗能力，用坚硬、可塑和流动状态来描述。如图1-6所示。

粘性土由一种状态转变到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。工程上常用的分界含水量有缩限、塑限、液限，它对粘性土的分类和工程性质的评价有重要意义。

（1）缩限ωS（%）。粘性土呈半固态不断蒸发水分，则体积不断缩小，直到体积不再变化时土的界限含水率称为缩限。缩限用收缩皿法测定。

（2）塑限ωP（%）。粘性土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限。塑限的测定方法有搓条法：即用双手将接近塑限含水量的土样8～10g 搓成小圆球，然后放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成小土条，若土条搓到直径为3mm时恰好开始断裂，这时断裂土条的含水量就是塑限。

（3）液限ωL（%）。粘性土由可塑状态转到流动状态的界限含水量称为液限。液限的测定方法有锥式液限仪和碟式液限仪。

锥式液限仪：我国目前采用锥式液限仪来测定粘性土的液限。将调成均匀的浓糊状试样装满土杯内（盛土杯置于底座上），刮平杯口表面，将76g圆锥体轻放在试样表面中心，使其在自重作用下徐徐沉入试样，若圆锥体经5s 恰好沉入10mm 深度，这时杯内土样的含水量就是液限。

碟式液限仪：美国、日本等国目前采用碟式液限仪来测定粘性土的液限。将调成均匀的浓糊状试样装在碟内，刮平表面，用切槽器在土中切成槽，槽底宽为2mm，然后将碟子抬高10mm，使碟下落，连续下落25 次后，如土槽合拢长度为13mm，试样的含水量就是液限。

上述测定液限、塑限的方法，特别是测定塑限的方法，存在的主要缺点是采用手工操作，受人为因素的影响较大，结果不稳定。许多单位都在探索一些新的方法，以减少人为因素的影响，下面介绍液、塑限联合测定法。

液、塑限联合测定法可以减少反复测试液、塑限的时间。测试时，制备三份不同稠度的试样，用电磁落锥法分别测定锥体在自重下沉入试样5s时的下沉深度和相应的含水量，然后以含水量为横坐标，圆锥下落深度为纵坐标，绘于双对数坐标纸上，将测得的三点连成直线。由含水量与圆锥下沉深度关系曲线，查出下沉10mm 对应的含水量即为液限，查出下沉2mm对应的含水量即塑限。取值以百分数表示，准确至0.1%。

2.塑性指数IP

液限与塑限的差值称为塑性指数，习惯上不带%，即

塑性指数表示土的可塑性范围，它主要与土粒粘粒（直径小于0.005mm 的土粒）含量有关。粘粒含量增多，土的比表面积增大，土中结合水含量高，塑性指数就大。

塑性指数是描述粘性土物理状态的重要指标，工程上常用它对粘性土分类。

3.液性指数IL

粘性土的天然含水量与塑限的差值和液限与塑限的差值之比，称为液性指数，即

液性指数又称相对稠度，是将土的天然含水量与液限及塑限相比较，以表明土的天然含水量是靠近液限还是靠近塑限，从而反映土的软硬程度。工程上根据液性指数的大小不同，可将粘性土分为五种软硬不同的状态，如表1-9所示。

表1-9　粘性土的状态

4.天然稠度ωC(www.xing528.com)

粘性土的液限和天然含水率的差值与液限和塑限的差值之比，称为天然稠度，即

在公路工程中，常用天然稠度来区分粘性土的状态，它与液性指数的关系是IL＋WC＝1。

5.灵敏度St与触变性

粘性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值，称为灵敏度，即

式中 qu——原状土无侧限抗压强度，kPa；

q′u——重塑土（与原状土的含水量、重度等相同）的无侧限抗压强度，kPa。

根据灵敏度的大小可将粘性土分为：St＞4，高灵敏度；2 ＜St≤4，中灵敏度；1＜St≤2，低灵敏度。

土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低越多。因此对灵敏度高的土，在工程施工时应特别注意保护基槽，尽量减少对基底土层结构的扰动，避免降低地基承载力。

粘性土的结构受扰动时，土的强度降低，但当扰动停止静止一段时间后，土的强度又会逐渐增长，这种性质称为土的触变性。例如在粘性土打预制桩，桩侧土的结构受到破坏而强度降低，使桩容易入土，停止打桩后，土的强度逐渐恢复，桩的承载力逐渐增加，这是受土的触变性影响的结果。因此，在粘性土打桩或重锤夯实时，待施工结束一定时间后再进行测试地基强度，所获得结果才是接近实际的。

【例1-2】 某工程土工试验成果见表1-10，表中给出了同一土层三个土样的各物理性质指标，试分别求出三个土样的液性指数，并判别土的物理状态。

表1-10　土工试验成果

解（1）土样1-1：

由表1-9 可知，土处于可塑状态。

（2）土样2-1：

由表1-9 可知，土处于可塑状态。

（3）土样3-1：

由表1-9 可知，土处于可塑状态。

综上所述，该土层处于可塑状态。