王洪緒，裴成玉，付佳

印尼某地區(qū)黏性土含水率及液塑限相關(guān)性研究

王洪緒1，裴成玉1，付佳2

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津300222；2.錦州港股份有限公司，遼寧錦州121007）

天然含水率、液塑限是黏性土的常規(guī)物理性指標(biāo)，是土類(lèi)定名、分層、提供承載力的重要依據(jù)。通過(guò)對(duì)印尼某地區(qū)979個(gè)黏性土土樣的含水率、液塑限數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析，表明該地區(qū)黏性土在105℃和68℃溫度下的含水率、液塑限存在良好的線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系，可為當(dāng)?shù)匾院蟮墓こ烫峁﹨⒖肌?/p>

含水率；液塑限；回歸分析；相關(guān)關(guān)系

0 引言

印尼地處東南亞，屬熱帶雨林氣候，土中含有少量的有機(jī)質(zhì)和親水性礦物。特殊的氣候和地理環(huán)境造成了土的物理性指標(biāo)的特殊性，使得天然含水率、孔隙比、液塑限等指標(biāo)與我國(guó)國(guó)內(nèi)相比，具有很大差異性。通過(guò)對(duì)979個(gè)土樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，天然含水率最大值為155.2%，平均值為58.6%，液限最大值為121.7%，平均值為66.1%，塑限最大值為69.2%，平均值為35.2%。比國(guó)內(nèi)黏性土指標(biāo)普遍偏高。造成差異的主要原因是土中含有機(jī)質(zhì)土所吸附的結(jié)合水以及其它親水性或易揮發(fā)的化學(xué)物質(zhì)。由于土中含有有機(jī)質(zhì)，依據(jù)GB/T 50123—1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，含水率需要進(jìn)行65~70℃（含有機(jī)質(zhì)超過(guò)干土質(zhì)量5%的土）和105~110℃的比對(duì)試驗(yàn)，以便確定含水率試驗(yàn)的烘烤溫度[1-3]。

1 地層特征簡(jiǎn)介

該地區(qū)的黏性土層，按成因大致可分為第Ⅰ海相沉積層、第Ⅱ海相沉積層和海陸交互相沉積層。其基本特征如下：

第Ⅰ海相沉積層：主要表現(xiàn)為淤泥和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰黑色、褐灰色、灰色，軟塑狀，中塑~高塑性，土質(zhì)不均勻，含有機(jī)質(zhì)與碎貝殼，混粉土團(tuán)與砂團(tuán)。該層分布廣泛，層厚穩(wěn)定連續(xù)。

第Ⅱ海相沉積層：主要表現(xiàn)為黏土，灰色、深灰色、青灰色，可塑~硬塑狀，高塑性，土質(zhì)不均勻，含有機(jī)質(zhì)，夾粉土團(tuán)與碎貝殼，局部混較多砂粒。該層分布廣泛，層厚穩(wěn)定連續(xù)。

海陸交互相沉積層：主要表現(xiàn)為黏土和粉質(zhì)黏土，深灰色、黑灰色、黃灰色、青灰色、藍(lán)灰色，硬塑狀，中塑~高塑性，土質(zhì)不均勻，含有機(jī)質(zhì)，夾砂斑與砂薄層。該層分布廣泛，層厚穩(wěn)定連續(xù)。

總體來(lái)說(shuō)，該地區(qū)覆蓋的黏性土層具有較強(qiáng)的規(guī)律性。

2 物理性試驗(yàn)比對(duì)分析

依據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，含水率采用烘烤法測(cè)定，采用的儀器設(shè)備主要為電熱烘箱和天平。主要技術(shù)參數(shù)為電熱烘箱：控制溫度65~70℃和105~110℃；天平：量程200 g，最小分度值0.01 g。液限采用TYS-3電腦土壤液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)定，主要技術(shù)參數(shù)：1）圓錐儀總重76 g±0.2 g。2）圓錐角度30°±0.2°。3）測(cè)讀入土深度0~22 mm。4）測(cè)讀精度0.01 mm。5）測(cè)量時(shí)間5 s。6）電磁吸力＞100 g。7）電源220 V±10%。試驗(yàn)方法為采用76 g錐，當(dāng)錐體下沉5 s，圓錐剛好達(dá)到10 mm時(shí)的含水率即為液限。塑限采用搓條法，即土條在毛玻璃板上滾搓到3 mm時(shí)，出現(xiàn)裂紋，并自動(dòng)斷裂作為標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2.1105 ℃物理性指標(biāo)液塑限的關(guān)系分析

本研究共采集979件土樣進(jìn)行了土的天然含水率和液塑限測(cè)定，試驗(yàn)溫度分別采用105℃和68℃，并分別進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)。其中液塑限剔除了153件混合土及有機(jī)質(zhì)土，105℃土的物理性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出：含水率、液塑限、塑性指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差較大，重度和孔隙比的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差較小。含水率的標(biāo)準(zhǔn)值為59.5%，濕重度的標(biāo)準(zhǔn)值為15.74 kN/m3，孔隙比的標(biāo)準(zhǔn)值為1.81，液限的標(biāo)準(zhǔn)值為69.9%，塑限的標(biāo)準(zhǔn)值為35.9%，塑性指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值為34.1。

表1105 ℃土的物理性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表Table 1The physical indexes of cohesive soil at 105℃

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析整理，發(fā)現(xiàn)其液限數(shù)據(jù)和塑限數(shù)據(jù)之間有著比較密切的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)兩個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)均是通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)直接獲得。液限采用76 g圓錐儀法測(cè)定，塑限采用滾搓法測(cè)定。液限數(shù)據(jù)和塑限數(shù)據(jù)間關(guān)系公式建立過(guò)程如下：首先，以液限為橫坐標(biāo)軸，塑限為縱坐標(biāo)軸，建立二維平面坐標(biāo)系；而后將每個(gè)土樣按其液限數(shù)據(jù)和塑限數(shù)據(jù)，分別投射到這個(gè)以液限為橫軸、塑限為縱軸的平面坐標(biāo)系中，如此就得到826個(gè)土樣的液限塑限關(guān)系散點(diǎn)圖模型，如圖1所示；最后，在此液塑限關(guān)系散點(diǎn)圖模型上，運(yùn)用最小二乘法，歸納推導(dǎo)出液限和塑限之間的關(guān)系公式：WP=0.321WL+13.393。從圖1可以看出：隨著液限的增大，塑限也逐漸增大。液限的數(shù)據(jù)集中在30%~100%之間，塑限的數(shù)據(jù)集中在20%~50%之間。相關(guān)系數(shù)R2為0.856 1，相關(guān)性較好。

圖1105 ℃時(shí)的液塑限關(guān)系曲線(xiàn)Fig.1The relation curve of liquid limit and plastic limit at105℃

2.2105 ℃和68℃界限含水率的關(guān)系分析

選取部分試樣在不同溫度下（105℃和68℃）進(jìn)行天然含水率和液塑限試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果整理后如表2所示?？煽闯觯?05℃和68℃含水率比較接近，105℃和68℃液塑限亦比較接近。運(yùn)用關(guān)系散點(diǎn)圖模型，對(duì)含水率、液限和塑限在105℃和68℃烘烤下的相關(guān)性進(jìn)行研究，結(jié)果如圖2~圖4所示。在此關(guān)系散點(diǎn)圖模型上，運(yùn)用最小二乘法，歸納推導(dǎo)出含水率、液限和塑限在105℃和68℃烘烤下的關(guān)系式分別為：W68℃=0.892 4W105℃+ 2.535 6、WL68℃=0.874 7 WL105℃+3.252 2和WP68℃= 0.915 4WP105℃+0.436 9，式中：W為含水率；WP為塑限值；WL為液限值。由圖2~圖4可以看出，105℃天然含水率、液限、塑限和68℃的同一指標(biāo)對(duì)應(yīng)值相關(guān)密切，線(xiàn)性關(guān)系明顯，相關(guān)系數(shù)均在0.98以上?？蔀椴煌婵緶囟认碌母魑锢硇灾笜?biāo)間的轉(zhuǎn)換提供經(jīng)驗(yàn)公式。

表2105 ℃與68℃天然土的物理性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表Table 2The physical indexes of natural soil at 105℃and 68℃%

圖2105 ℃和68℃天然含水率關(guān)系曲線(xiàn)Fig.2The relation curve of natural moisture content at 105℃and 68℃

圖3105 ℃和68℃液限關(guān)系曲線(xiàn)Fig.3The relation curve of liquid limit at 105℃and 68℃

圖4105 ℃和68℃塑限關(guān)系曲線(xiàn)Fig.4The relationcurveofplasticlimitat105℃and 68℃

2.3105 ℃天然土的液限與烘烤后浸泡24 h后液限的關(guān)系分析

選取代表性的土樣150組，先進(jìn)行105℃天然土液限試驗(yàn)，然后將試樣在105℃烘烤稱(chēng)量后，用水浸泡24 h，使其充分地排氣飽和。采用散點(diǎn)圖和最小二乘法，對(duì)浸泡后液限與天然土液限的相關(guān)性進(jìn)行研究，結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，隨著天然土液限的增大，烘烤浸泡24 h后的液限也逐漸增大，兩者具有一定的規(guī)律性，但是局部集中現(xiàn)象比較明顯，線(xiàn)性關(guān)系較差，相關(guān)系數(shù)R2為0.529 3，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)對(duì)液限影響較大。將105℃天然土液限與烘烤浸泡24 h液限的差值與烘烤后浸泡24 h液限和天然土液限的比值進(jìn)行相關(guān)性分析，如圖6所示，二者的線(xiàn)性關(guān)系明顯增強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.96以上。

圖5105 ℃天然土液限與烘烤后浸泡24 h液限關(guān)系曲線(xiàn)Fig.5The relation curve of natural liquid limit at 105℃and the liquid limit soaked for 24 h

圖6105 ℃液限和烘烤后浸泡24 h液限的差值與烘烤后液限和天然土液限比值關(guān)系曲線(xiàn)Fig.6The relation curve of difference and ratio about natural liquid limit at 105℃and the liquid limit soaked for 24 h

3 結(jié)語(yǔ)

1）試驗(yàn)地區(qū)土樣105℃的液塑限相關(guān)性明顯，經(jīng)驗(yàn)公式為WP=0.321WL+13.393，可為本地區(qū)的液塑限提供借鑒。

2）試驗(yàn)地區(qū)土樣105℃和68℃天然含水率具有很強(qiáng)的相關(guān)性，經(jīng)驗(yàn)公式為W68℃=0.8924W105℃+ 2.535 6，可為有機(jī)質(zhì)土的含水率提供經(jīng)驗(yàn)值。

3）試驗(yàn)地區(qū)土樣105℃和68℃液限相關(guān)性好，經(jīng)驗(yàn)公式為WL68℃=0.874 7WL105℃+3.252 2，可為有機(jī)質(zhì)土的液限提供經(jīng)驗(yàn)值。

4）試驗(yàn)地區(qū)土樣105℃和68℃塑限相關(guān)性好，經(jīng)驗(yàn)公式為WP68℃=0.915 4WP105℃+0.436 9，可為有機(jī)質(zhì)土的塑限提供經(jīng)驗(yàn)值。

5）試驗(yàn)地區(qū)土樣105℃天然土液限與烘烤浸泡24 h后液限相關(guān)性稍差；105℃液限和烘烤后浸泡24 h液限的差值與烘烤后液限和天然土液限比值的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)R2為0.934 5。

6）含水率、液塑限的上述結(jié)論是通過(guò)部分土的試驗(yàn)結(jié)果初步得到的，還需要收集更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究。

[1]GB/T 50123—1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]. GB/T 50123—1999,Standard for soil test method[S].

[2]SL 237—1999，土工試驗(yàn)規(guī)程[S]. SL 237—1999,Specification of soil test[S].

[3]工程地質(zhì)手冊(cè)編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007. Editorial Committee of Engineering Geology Manual.Engineering geology manual[M].Beijing:China Architecture&Building Press, 2007.

[4]李剛.有機(jī)質(zhì)對(duì)軟土流變性質(zhì)的影響及其在工程中的應(yīng)用[J].科學(xué)之友，2011（10）：142-143. LI Gang.The organic matter′s impact on rheological properties of soft soil and its application in engineering[J].Friend of Science Amateurs,2011(10):142-143.

[5]戚玉紅，趙居代，楊鴻鈞.珠海港高欄港區(qū)粘性土液限與塑限相關(guān)性的研究[J].港工技術(shù)，2014，51（3）：79-81. QI Yu-hong,ZHAO Ju-dai,YANG Hong-jun.Research on correlation between liquid limit and plastic limit of clayey soil at Zhuhai Port Gaolan Harbor[J].Port Engineering Technology,2014,51(3): 79-81.

[6]戚玉紅，趙居代，楊鴻鈞.黃驊港煤炭港區(qū)粘性土液限與塑限相關(guān)性研究[J].港工技術(shù)，2015，52（5）：112-116. QI Yu-hong,ZHAO Ju-dai,YANG Hong-jun.Correlation analysis of liquid limit and plastic limit of clayey soil samples collected from Huanghua Port Coal Harbor[J].Port Engineering Technology,2015, 52(5):112-116.

Correlation on moisture content and liquid-plastic limit of cohesive soil in a certain region of Indonesia

WANG Hong-xu1,PEI Cheng-yu1,FU Jia2
（1.CCCCFirst Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China;2.JinzhouPort Co.,Ltd.,Jinzhou,Liaoning 121007,China）

The natural moisture content,liquid-plastic limit are conventional physical indexes of cohesive soil,and they are the important basis for naming,layering and providing bearing capacity.Based on 979 soil samples of cohesive soil in a certain region of Indonesia,we carried linear regression analysis on their moisture content,liquid-plastic limit.The results show that there is a good linear correlation on the moisture content and the liquid-plastic limit of the cohesive soil at 105℃and 68℃, which can provide a reference for the future projects.

moisture content;liquid-plastic limit;regression analysis;correlation

U652.2

A

2095-7874（2017）08-0053-04

10.7640/zggwjs201708012

2017-03-23

2017-05-22

王洪緒（1971—），男，遼寧大連人，高級(jí)工程師，主要從事巖土試驗(yàn)檢測(cè)、資料審定工作。E-mail：674649850@qq.com