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液限检测

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发布时间：2025-05-31 15:50:51 更新时间：2025-05-30 15:50:52

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

液限检测：土壤工程性质的关键指标

液限（Liquid Limit, LL）是细粒土（如黏土、粉土）从可塑状态转变为流动状态的界限含水率，是阿太堡界限（Atterberg Limits）的重要组成部分，与塑限、缩限共同描述土壤的稠度状态。在岩土工程、路基工程、地基处理等领域，液限检测是评估土壤工程性质（如压缩性、膨胀性、抗剪强度、承载力）的基础性试验。通过测定液限，可对土壤进行工程分类（如统一土壤分类系统USCS或AASHTO分类系统），预测其力学行为（如遇水软化、冻胀敏感性），为工程设计、施工质量控制及灾害防治提供关键依据。

检测项目

液限检测的核心项目是测定土壤的液限含水率（w_L），即土壤在特定标准试验条件下，从可塑状态过渡到流动状态时的含水率（以百分数表示）。该值直接反映了土壤颗粒的比表面积、矿物成分（尤其是黏土矿物类型）以及吸附水的能力。

检测仪器

液限检测主要使用以下两种标准仪器：

锥式液限仪（锥式仪）：
这是目前国际上（如ISO/TS 17892-12, ASTM D4318, BS 1377）和中国国家标准（GB/T 50123）推荐的主要仪器。主要由以下部分组成：
- 锥体： 总质量为76克或80克（不同标准略有差异，中国GB/T 50123采用76克），锥角为30°±0.2°的不锈钢圆锥体。
- 电磁释放装置： 使锥体能在测试时自由垂直下落。
- 盛土杯： 内径不小于40mm，高度不小于15mm的金属杯，用于盛放制备好的土膏试样。
- 底座与水平调节装置： 保证仪器处于水平状态。
- 深度测量装置： 精确测量锥尖下沉深度（通常要求精度0.1mm）。
碟式液限仪（碟式仪）：
传统方法（如中国旧规范JTJ 051-93曾采用，AASHTO T89仍在使用），利用铜碟的撞击次数来确定液限。主要由带硬橡胶基座的铜碟、击锤（质量为35g±0.2g）、开槽工具（槽宽2mm）及计数器组成。操作相对繁琐，人为因素影响较大，逐渐被锥式仪取代。

检测方法（以锥式液限仪法为例）

根据GB/T 50123-2019《土工试验方法标准》或其他等效标准（如ASTM D4318），锥式液限仪法的主要步骤如下：

试样制备： 取具有代表性的风干或烘干土样，过0.5mm筛。加入蒸馏水（或纯净水），充分搅拌、浸润（通常静置24小时以上），制备成均匀、有光泽的浓糊状土膏，其稠度应使锥尖下沉深度大致在5mm左右。
装样与调平： 将土膏分层装入洁净的盛土杯中，避免产生气泡，刮平土膏表面使其与杯口齐平。将盛土杯置于仪器底座上。
仪器调零与释放： 调节锥尖恰好接触土膏表面中心（即读数为零）。启动电磁释放装置，使锥体在自重作用下自由沉入土膏，历时5秒±0.1秒。
下沉深度测量： 立即精确读取锥尖下沉深度h（单位mm）。
含水率测定：
- 若下沉深度h恰好为10mm ± 0.2mm，则取杯内土膏中心附近的土样（约10-15g）测定含水率，此含水率即为液限w_L。
- 若h与10mm相差较大，则需重塑土样（改变含水率）。通过加水或风干调整土膏稠度，重复步骤2-4，直至得到两个连续的下沉深度值h₁和h₂，其中一个大于10mm，一个小于10mm（允许一个非常接近10mm）。测出这两个土膏的含水率w₁和w₂。
结果计算：
- 当h恰好为10mm时，直接取该含水率为w_L。
- 当h≠10mm时，在半对数坐标纸上（或通过线性内插公式），以含水率w为横坐标（算术坐标），下沉深度h为纵坐标（对数坐标），绘制w-h关系直线（或曲线）。由该直线（或曲线）上查得h=10mm时对应的含水率即为液限w_L。

检测标准

液限检测必须严格遵循相关标准规范，以确保结果的可靠性和可比性：

中国国家标准：
- GB/T 50123-2019 《土工试验方法标准》 - 第8章“界限含水率试验”明确规定了锥式液限仪法（76g锥）的操作规程。
国际/国外常用标准：
- ISO/TS 17892-12:2004 《Geotechnical investigation and testing - Laboratory testing of soil - Part 12: Determination of Atterberg limits》 - 主要采用锥式仪（80g锥，下沉深度20mm）。
- ASTM D4318-17e1 《Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils》 - 同时规定了锥式仪法（100g锥，下沉深度20mm）和碟式仪法。
- BS 1377-2:1990 《Methods of test for soils for civil engineering purposes - Part 2: Classification tests》 - 主要采用锥式仪（80g锥，下沉深度20mm）。
- AASHTO T 89-13 《Standard Method of Test for Determining the Liquid Limit of Soils》 - 主要规定碟式仪法。
- AASHTO T 90-15 《Standard Method of Test for Determining the Plastic Limit and Plasticity Index of Soils》 - 包含与塑限相关的内容。

重要注意事项： 不同标准采用的锥重（76g, 80g, 100g）和下沉深度标准（10mm, 20mm）不同，测得的液限值存在差异，不可直接比较或换算。报告结果时务必注明所依据的标准及方法类型（锥式仪/碟式仪、锥重、下沉深度）。液限试验常与塑限试验联合进行，以计算塑性指数（PI = LL - PL），这是土壤分类和工程评价的关键指标。