界限含水率的测定及数据处理方法

界限含水率的测定及数据处理方法

张芹 1 赵延平 2通讯作者

1. 广西建筑新能源与节能重点实验室，桂林理工大学（广西 桂林 541004)

2.桂林航天工业学院 (广西 桂林 541004）

摘要：本文介绍了土体界限含水率常规的测试方法，分别为碟式液限法、搓滚塑限法和收缩皿缩限试验和液塑限联合测定法。其中，液塑限联合测定法应用最为广泛。利用EXCEL表格中函数与数据处理功能，基于液塑限联合测定法，建立了界限含水率的数据处理方法。

关键词：界限含水率，测定方法，数据处理

1 前言

土的界限含水率又称稠度界限，主要包括缩限W_S、塑限W_P和液限W_L，代表土体从一种状态进入到另一种状态的分界含水量。界限含水率的测定是最基本的土工试验项目，它与土的大多数工程性质息息相关，如：渗透性、压缩性意见抗剪强度等。如何准确的测定土的界限含水率对于判断土体的性质显得尤为重要。

2 界限含水率的测定方法

根据《土工实验方法标准》（GB/T50123-2019），界限含水率常用的测试方式分为四类，分为碟式液限法、搓滚塑限法和收缩皿缩限试验和液塑限联合测定法。由于土颗粒的大小对测试结果会产生一定效果的影响，进行试验前均需对土体进行筛分，只取0.5mm筛孔以下的土体使用。

碟式液限法以碟式仪槽底土样合拢所需的击数和含水率之间的关系绘制液限曲线图，取25击次所对应的含水率为液限。搓滚塑限法又称搓条法，是将土体搓成3mm粗细的土条且表面刚开始出现螺旋状裂纹，则认为其对应的含水率正好为塑限。该方法受人为因素较大，只适用于工程上粗略且快速的评估土的塑限。收缩皿缩限试验是通过收缩试验得到线缩率-含水率关系曲线，分别作其线性收缩段和收缩稳定水平段的切线，两条直线交点所对应的含水率即为所求缩限。

由于碟式液限法和搓滚塑限法测试时只能测得单个指标，且误差较大，故其应用范围较小。此外，土体处于缩限时其工程力学性质较好，收缩皿缩限试验一般也不进行深入的探究。液塑限联合测定法成为国内目前应用最广泛的界限含水率测定方法。

取0.5mm筛孔以下200g左右土体，将所取土体用纯水调配成土膏状后静置过夜，即可放入液塑限联合测定仪中测定，需要注意的是：测定仪的圆锥如土深度需要控制在3~4、7~9、15~17mm为宜，如果与这个范围偏差较大，需要重新调配土样再次测量。如此，获得圆锥入土深度与土体含水率的关系，查得圆锥下沉深度为17mm（或10mm）所对应的含水率即为液限W_L，下沉深度为2mm所对应的含水率即为塑限W_P，而且差值即为塑性指数I_P。

3 界限含水率的数据处理方法

根据《土工实验方法标准》（GB/T50123-2019）中“液塑限联合测定法”的规定，传统意义上求取液塑限需要通过绘图法获得，即通过三个不同圆锥入土深度对数值与对应的含水率对数值两两连线后取平均值。如果通过双对数坐标纸画图求得数值难免不准确，但是通过软件画图又略显繁琐。为了高效准确地处理数据，可以利用EXCEL表格中强大的函数与数据处理功能，下面以一组数据为例讲解如何通过EXCEL表格准确处理数据，获得界限含水率指标。如表1所示，为联合液塑限仪测定的试验记录。

表1 液塑限联合测定仪试验记录

将表1中第3组数据的圆锥入土深度（对数值）和平均含水率（对数值）分别与第2组、第1组的数据通过EXCEL中的TREND函数求解，将表1中的对应数据在表2中用字母代替表示，则直线31对应的塑限求取用TREND函数表示为10^TREND(B3:B1,A3:A1,LOG(2))，其中，B3:B1表示为B3到B1的单元格，而非B3对应的数据到B1对应的真实数据，A3:A1表示的含义同理可得，即可求得直线31对应的塑限值为14.6。按照上述方法，直线32对应的塑限求取用函数可以表达为10^TREND(B3:B2,A3:A2,LOG(2))，其中 B3:B2与A3:A2均表示为相应单元格选取范围，而非其对应的真实数据，即可求得直线32对应的塑限值为13.4。可以看出两条直线求得的塑限值之差为1.2%，小于2%在误差范围之内，在EXCEL中用平均值函数AVERAGE直接可以得出该土体的塑限为14%，如表2中的数据所示。同时对塑限14求取对数得1.15，对圆锥下沉深度2求取对数为0.3，并将改组数据与第3组数据输入为新直线，用TREND函数可求得液限。具体求解公式为10^TREND(B3:1.15,A3:0.3,LOG(17))，同理，B3:1.15与A3:0.3均表示为EXCEL中相应单元格选取范围，而非其对应的真实数据，即可求得所测土体对应的液限值为26.6%。

表2 土体液塑限计算表

运用EXCEL表格中的函数来计算土体液塑限值非常简单准确，省去了绘图的麻烦，并用数学的方式保证了准确率，建立好一个函数后，可以处理多组数据，大大提高了数据处理的效率。

4结论

测定土的界限含水率方法较多，目前最准确且常用的方法为液塑限联合测定法。且利用该方法进行数据处理时，可以利用EXCEL中的函数进行计算求取。

参考文献:

[1] 汪贤恩,谭晓慧,辛志宇,徐全,谢妍.膨胀土收缩性质的试验研究[J].岩土工程报,2015,37(S2):107-114.

[2] GB/T 50123—2019，土工试验方法标准［S］.

[3] 孟慧娟.一种整理界限含水率试验数据的方法[J].水科学与工程技术，2021，5：94-96

作者简介：张芹（1990—），女，汉族，湖北省宜昌市人，桂林理工大学，硕士研究生，助理研究员，研究方向：岩土工程

通讯作者简介：赵延平（1987—），男，汉族，湖北省十堰人，桂林航天工业学院，本科，工程师，研究方向：建筑工程

挂靠项目：广西高校中青年教师科研基础能力提升项目：人工景观水体“原位净化、循环利用和面源污染削减”相协同的技术应用研究