陳菊騰，劉建文

（1.天津華北工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，天津300181；2.華北有色工程勘察院有限公司河北省礦山地下水安全技術(shù)創(chuàng)新中心，石家莊050021）

1 引言

土是地殼在自然界的長期風(fēng)化作用下，大塊巖土不斷崩解形成的松散碎屑物。包括塊石、卵石、礫石、砂、粉土和黏性土，其中粉土和黏性土是本文重點(diǎn)探討的細(xì)粒土。細(xì)粒土主要是由次生礦物顆粒組成的，次生礦物主要由黏土礦物組成，黏土礦物顆粒很細(xì)，具有很大的比表面積，所以黏土礦物遇水具有很強(qiáng)的結(jié)合能力，黏土礦物顆粒越細(xì)，比表面積就越大，土的黏性及黏粒含量也就越大。

細(xì)粒土的分類主要是根據(jù)土工試驗(yàn)顆粒分析結(jié)果或液、塑限試驗(yàn)結(jié)果測定的塑性指數(shù)（IP）來分類的。選取代表性式樣分別進(jìn)行液、塑限聯(lián)合測定法試驗(yàn)及甲種比重計(jì)法顆粒分析試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)同一土樣用2 種試驗(yàn)方法所得結(jié)果用同一規(guī)范來命名可能會有不同的結(jié)果。

2 細(xì)粒土的液限、塑限試驗(yàn)

液塑限聯(lián)合測定法是我國獨(dú)創(chuàng)的液塑限試驗(yàn)方法，它需要把土制備成不同的含水率，在試驗(yàn)室中用錐角30°、圓錐質(zhì)量為76g 的光電式液塑限聯(lián)合測定儀分別去測試樣在各含水率時(shí)的入土深度，在土工試驗(yàn)處理軟件中的雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制入土深度和含水率的關(guān)系圖，并在關(guān)系圖上查得入錐10mm 時(shí)的含水率為液限含水率，在關(guān)系圖中查得入錐2mm所對應(yīng)的含水率為塑限含水率。液限含水率和塑限含水率的差值即為塑性指數(shù)。根據(jù)細(xì)粒土的定名規(guī)范根據(jù)塑性指數(shù)的大小可以對細(xì)粒土進(jìn)行分類定名。

3 顆粒分析試驗(yàn)

土體顆粒在懸液中靠自重下沉?xí)r，大的顆粒下沉速度較快，小的顆粒下沉速度較慢。一般認(rèn)為，土體顆粒粒徑范圍在粉粒和黏粒范圍內(nèi)的顆粒，在溶液體中靠自重下沉?xí)r作等速運(yùn)動(dòng)，所以密度計(jì)法只適用于土體顆粒粒徑范圍在粉粒和黏粒范圍內(nèi)的土顆粒。

密度計(jì)法是取代表試樣（粒徑小于0.075mm）放在量筒中，加入純水和分散劑后進(jìn)行時(shí)長為1min 的充分?jǐn)嚢瑁憧梢灾瞥蓾舛染鶆虻耐翍乙海w積為1 000mL）。在土顆粒緩慢下沉的過程中，在規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)用甲種比重計(jì)測出懸液當(dāng)時(shí)的密度，并記錄讀數(shù)時(shí)的溫度，然后根據(jù)密度計(jì)讀數(shù)、讀數(shù)時(shí)間和讀數(shù)溫度，便可以繪制出土體顆粒的大小分布關(guān)系曲線圖。

4 塑性指數(shù)I P 與顆粒分析黏粒含量在細(xì)粒土分類定名上的應(yīng)用

目前，在用工程規(guī)范中對細(xì)粒土的分類定名都采用塑性指數(shù)IP和顆粒分析結(jié)果。本文只探討對同一細(xì)粒土（包括黏性土與粉性土）分別按IP和黏粒含量（比重計(jì)法）按照規(guī)范土進(jìn)行分類定名時(shí)的差異性分析。

按照DB/T29-247—2017《天津市巖土工程勘察規(guī)范》的IP 或黏粒含量定名時(shí)的比較如表1 所示。

表1 按I P 或黏粒含量分類

現(xiàn)在試驗(yàn)室對代表性式樣分別進(jìn)行液、塑限聯(lián)合測定法試驗(yàn)及甲種比重計(jì)法顆粒分析試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果結(jié)果如表2 所示。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

對試驗(yàn)結(jié)果分別進(jìn)行IP結(jié)果和黏粒含量結(jié)果分析，很顯然塑性指數(shù)越高，黏粒含量越大，但是在土樣的定名上，尤其是在IP值為10 的附近的界限土，同一土樣按照這2 種試驗(yàn)結(jié)果來命名結(jié)果卻是不同的，7#的IP為10.9，按照IP來定名為粉質(zhì)黏土，但是按照黏粒含量結(jié)果14.8 來命名的則是黏質(zhì)粉土。試12#的IP為9 來定名為粉土，但是按照黏粒含量結(jié)果18.9來命名的則是黏性土。我們把15#、16#試樣按照IP試驗(yàn)結(jié)果來定名為砂質(zhì)粉土，但是按照黏粒含量來定名的話則為黏質(zhì)粉土。上述不一致的定名結(jié)果在土的工程應(yīng)用上造成不安全的因素。

5 現(xiàn)分析各試驗(yàn)方法適合于何種細(xì)粒土

按照規(guī)范的要求，顆粒分析中的甲種密度計(jì)法適用于粒徑小于0.075mm 的土，在此種假定情況下：假定為土體顆粒是球形的，并且土體顆粒周圍的水流是穩(wěn)定的線流，但細(xì)粒土（尤其是黏性土）的礦物的主要成分是黏土礦物，這種扁平的纖維狀土里顆粒不符合比重計(jì)假定情況，試驗(yàn)過程中因外界環(huán)境因素引起的懸液溫度的變化會引起懸液體積的不均勻膨脹，這種不均勻膨脹產(chǎn)生對流現(xiàn)象會對扁平狀（或纖維狀）黏土礦物的穩(wěn)定下沉造成影響，所以可以得出結(jié)論：顆粒分析中的密度計(jì)法試驗(yàn)只是對于顆粒相對較粗的土的試驗(yàn)結(jié)果比較準(zhǔn)確；而對于含有高含量的呈扁平的纖維狀的黏土礦物的黏性土，比重計(jì)法測得黏粒含量試驗(yàn)結(jié)果誤差比較大。

液塑限聯(lián)合測定法試驗(yàn)測得液限含水率和塑限含水率結(jié)果較為可靠，在工程應(yīng)用上比較廣，單對于砂粒含量和粉粒含量較高的粉性土來說。因?yàn)槠湫顾^強(qiáng)，因?yàn)橥饨绛h(huán)境因素誤差和人為誤差造成結(jié)果誤差比較大。因此，液塑限聯(lián)合測定法試驗(yàn)不適用于粉性土。

6 結(jié)語

現(xiàn)階段，一般用IP和黏粒含量來對土樣進(jìn)行定名，根據(jù)IP值的不用可以對細(xì)粒土進(jìn)行分類，可以知道土的可塑性的大小。對于不同的土應(yīng)該選用不同的試驗(yàn)方法。液塑限聯(lián)合測定法適用于黏粒含量高的細(xì)粒土，比重計(jì)法比較適用于黏粒含量較低的細(xì)粒土。對于粉性土，因?yàn)橐核芟蘼?lián)合測定試驗(yàn)人為誤差比較大，建議用比重計(jì)法測得黏粒含量來進(jìn)行定名。