界限含水率(液限、塑限)检测
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发布时间:2025-07-14 14:49:51 更新时间:2025-07-13 14:49:51
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作者:中科光析科学技术研究所检测中心
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界限含水率是表征细粒土物理状态和工程性质的关键指标,主要包括液限(Liquid Limit, LL)和塑限(Plastic Limit, PL)。液限是指土体从可塑状态转变为流动状态时的临界含水率,反映了土体在自重作用下开始流动的界限;塑限则是土体从半固态转变为可塑状态时的临界含水率,标志着土体开始具有可塑性。两者之差称为塑性指数(Plasticity Index, PI),是评价土体可塑性高低和进行分类的重要依据。准确测定液限和塑限对于岩土工程勘察、地基基础设计、路堤填筑质量控制、边坡稳定性分析以及预测土体在荷载或环境变化(如浸水、干燥)下的行为至关重要。它们是土工试验中最基本、应用最广泛的试验项目之一。
界限含水率检测主要包含两个核心项目:
1. 液限(LL)检测:测定土样在特定条件下(如受特定冲击或圆锥贯入)开始呈现流动特性时的含水率。
2. 塑限(PL)检测:测定土样在滚搓条件下,直径3mm土条开始断裂并失去连续性时的含水率。
此外,通过计算液限与塑限的差值,直接得到塑性指数(PI): PI = LL - PL。PI是细粒土分类(如《土的工程分类标准》GB/T 50145)的核心参数。
界限含水率检测常用的仪器包括:
1. 液限检测仪器:
• 圆锥式液限仪:包括平衡锥(常为76g或100g质量,30°锥角)及其配套的电磁释放装置、升降台、盛土杯(通常为平底金属杯)和深度测量装置(手动或光电测量)。这是目前国内和国际(如ASTM, BS)广泛采用的标准设备。
• 碟式液限仪:主要由一个硬橡胶底座、一个黄铜碟(通过曲柄可使其从10mm高度自由落击底座)和一个开槽刮刀组成。是美国ASTM D4318等标准中的传统方法。
2. 塑限检测仪器:
• 主要设备为毛玻璃板(或塑料板)和手掌(或搓条工具)。通过手工在玻璃板上滚搓土条至规定直径(3mm)断裂。
3. 联合测定仪:
• 现代自动化或半自动化设备,可将锥式液限仪与土样制备/含水率测定功能集成。通过一次制备土样,用不同含水率的土样进行多深度圆锥贯入试验,利用双对数坐标图(贯入深度h vs 含水率w)同时确定液限(对应h=10mm或17mm的w值)和塑限(通过计算或图解法得出对应h=2mm或特定关系下的w值)。大大提高了效率和一致性。
4. 辅助设备: 烘箱、电子天平(精度0.01g)、铝盒、干燥器、调土刀、调土皿、保湿器、孔径0.5mm筛等。
主要检测方法依据不同仪器和标准略有差异:
1. 液限检测方法(圆锥法 - 主流方法):
• 制备至少3个不同含水率的土膏(通常一个接近液限,一个大于液限,一个小于液限)。
• 将土膏填入液限杯,刮平表面。
• 将圆锥擦净,轻提至锥尖刚好接触土面中心,释放锥体使其自由沉入土中5秒。
• 测量锥尖沉入深度。
• 测定各试样的含水率。
• 在双对数坐标纸上,以含水率w为横坐标,圆锥下沉深度h为纵坐标,绘制w-h关系直线(应为直线)。
• 液限WL即为圆锥下沉深度h=10mm(或根据标准,如17mm)时对应的含水率。我国标准GB/T 50123普遍采用76g锥沉入10mm的含水率为液限。
2. 液限检测方法(碟式法 - 传统方法):
• 在碟式仪的铜碟中部制备均匀土膏。
• 用开槽刮刀在土膏中刮出标准V型槽(底宽2mm,顶宽11mm,深8mm)。
• 以每秒约2次的速度转动摇柄,使铜碟抬升10mm后自由落击底座。
• 记录当槽底两端的土样合拢长度达到13mm时所需的落击次数(一般需测3-5个不同含水率试样对应的击数N)。
• 在半对数坐标纸上,以落击次数N的对数为横坐标,含水率w为纵坐标,绘制w-lgN关系直线。
• 液限WL即为N=25次时对应的含水率。
3. 塑限检测方法(滚搓法):
• 取接近塑限的土样(一般由液限试验预估或联合测定获得线索),在手中或毛玻璃板上搓成土条。
• 当土条直径搓至3mm时,若土条开始出现均匀裂纹并断裂成数段(长度约3-10mm),则认为此时的含水率即为塑限含水率。
• 将断裂的土条收集起来测定其含水率。
• 该法需平行测定两次,含水率差值需满足规范要求(通常≤2%)。
4. 联合测定法: 利用联合测定仪,按圆锥法对一系列不同含水率的试样进行贯入试验(通常测3-4点,包括h≈20mm, h≈10mm, h<5mm的点),绘制w-lg h关系直线。液限取h=10mm(或17mm)对应的w值。塑限则通过该直线与液限时确定的塑性指数PI反推(PL = LL - PI)或利用经验关系(如PL = w_{h=2mm},或根据直线斜率计算等)获得。此法效率高,人为误差小。
界限含水率检测需严格遵循相关国家或行业标准,确保结果的可比性和可靠性。主要标准包括:
1. 中国国家标准:
• GB/T 50123-2019 《土工试验方法标准》: 这是国内岩土工程试验最核心的标准。其中第8章“界限含水率试验”详细规定了液限(圆锥法,76g锥,沉入深度10mm)、塑限(滚搓法)和联合测定法的试验步骤、仪器要求和结果计算。明确规定液限以76g锥入土深度10mm的含水率为标准。
2. 国际标准:
• ASTM D4318-17e1 Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils: 美国材料与试验协会标准。同时包含了碟式液限法、圆锥液限法(可选100g或80g锥,沉入深度20mm或10mm)和滚搓塑限法。
• ISO/TS 17892-12:2004 Geotechnical investigation and testing - Laboratory testing of soil - Part 12: Determination of Atterberg limits: 国际标准化组织标准。主要推荐圆锥法(80g锥,沉入深度20mm定义液限)和滚搓法(塑限)。
• BS 1377-2:1990 Methods of test for soils for civil engineering purposes. Classification tests: 英国标准。包含碟式液限法和滚搓塑限法。
3. 其他行业/地方标准: 如JTG 3430-2020 《公路土工试验规程》(交通行业)、TB 10102-2010 《铁路工程土工试验规程》等,其核心方法均基于GB/T 50123或引用了ASTM/
证书编号:241520345370
证书编号:CNAS L22006
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