一种液塑限联合测定法中的取样方法

摘要

本发明公开了一种液塑限联合测定法中的取样方法,将处理好的土样填入土样调制工具，用压实器自然压实，向土样调制工具内注入纯水，经自然渗透并覆膜静置，待土样上方滞水完全渗入即得试样，用试样杯取表层试样，即得高含水率试样，用刮土刀刮除试样调制工具内表层土，以试样杯取样即得中含水率试样，再次用刮土刀刮除试样，以试样杯取样即得低含水率试样。本发明的制备方法和取样方法能够确保多次取样时土膏干密度具有很好的同一性，能够覆盖大多数黏性土的液塑限指标，避免了国标推荐法实施过程中需要多次补充试验的缺点，极大提高了工作效率，具有试验效率高，三点成线率大幅度提升，试验结果可重复性强等显著优点。

权利要求

1.一种液塑限联合测定法中的取样方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将土样调制工具内壁均匀涂抹凡士林，将处理好的土样填入土样调制工具，并用压实器自然压实；其中，所述土样调制工具为外径为200mm，高度不小于250mm且一端封闭的PVC管；

2)向土样调制工具内缓慢注入纯水，经自然渗透并覆膜静置，待土样上方滞水完全渗入即得试样；

3)试样制备完毕后，用试样杯取表层试样，即得高含水率试样，进而用刮土刀刮除试样调制工具内的高含水率试样的土层，以试样杯取样即得中含水率试样，再次用刮土刀刮除中含水率试样的土层，以试样杯取样即得低含水率试样；其中，所述试样杯为直径为50mm、高度为40mm，底部预留直径为2mm透气孔的不锈钢材质试样杯。

2.根据权利要求1所述的一种液塑限联合测定法中的取样方法，其特征在于，步骤1)中所述土样压实器为外径为195mm，高度为30mm且上端焊有把手的铁饼。

3.根据权利要求1所述的一种液塑限联合测定法中的取样方法，其特征在于，步骤1)中所述处理好的土样为风干后过0.5mm筛的土样。

4.根据权利要求1所述的一种液塑限联合测定法中的取样方法，其特征在于，步骤1)中所述压实后的土样高度不低于200mm。

5.根据权利要求1所述的一种液塑限联合测定法中的取样方法，其特征在于，步骤2)中所述纯水的加入量为加入纯水至液面高度为50mm。

6.根据权利要求1所述的一种液塑限联合测定法中的取样方法，其特征在于，步骤2)中所述覆膜静置时间为24h。

7.根据权利要求1所述的一种液塑限联合测定法中的取样方法，其特征在于，步骤3)中所述取样的方法为将底部预留透气孔的试样杯压入试样土层获取各层近饱和状态的土膏，并以刮土刀刮平试样杯内土膏。

说明书

一种液塑限联合测定法中的取样方法

技术领域

[0001] 本发明属于土样检测领域，涉及一种取样方法，具体涉及一种液塑限联合测定法中的取样方法。

背景技术

[0002] 早在1911年瑞典农学家阿太堡(Atteberg)研究农业用土的物理状态时，认为细粒土按照含水量的不同将分别处于不同的物理状态，由此提出土从固态到液态的五个阶段，后来经过太沙基将其引入土力学，直至进一步发展后，现今在土木工程建设领域对此已经形成共识，即“细粒土由于含水率不同，分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。”上述稠度状态发生改变时的分界含水率被定义为界限含水率，分别为液限、塑限和缩限，我国现行《土的工程分类标准》(GB/T50145-2007)中进一步定义液限和塑限之间的差值为塑性指数，同时通过绘制以塑性指数IP为纵坐标、液限wL为横坐标的塑性图来进行细粒土的分类。因此，在工程实践中，准确测定土体的界限含水率对实施细粒土分类、计算地基承载力等意义重大。

[0003] 中国国家标准《界限含水率试验》(SL237-007-1999)液限塑限联合测定法中土样制备和取样的技术要点如下：当采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性土样约200g，分成三份，分别放入3个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使分别达到本规程3.3.2中所述的含水率，调成均匀土膏，然后放入密封的保湿缸内，静置24小时；将制备好的土膏用调土刀充分搅拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气溢出，高出试样杯的余土用刮土刀刮平，随即将试样杯放在仪器底座上。上述技术要点中，一次试验须分三次制备土膏，且土膏制备过程中需人工搅拌并填入试样杯，因此三种不同含水率的土膏干密度必然存在差异，最终导致圆锥下沉深度与含水率之间呈非线性关系。

[0004] 正因考虑到试验过程中出现上述非线性关系的概率较高，规范中给出了校正方案，即“当三点不在一条直线上，通过高含水率的一点与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水率，当两个含水率的差值小于2％时，应以该两点含水率的平均值与高含水率的点连成一线，当两个含水率的差值大于、等于2％时，应补做试验。”然而，实践经验证明，要想满足规范中的试验误差要求，一方面需要较高的试验操作技术水平，另一方面同一土样分批次测试时不能更换操作技术人员。否则，要么需要多次补做试验，要么试验结果离散型较大。

[0005] 正囿于现行液塑限联合测定试验技术仍存在部分缺陷，国内外学者盛海洋、张怀仁、SharmaBinu、彭毅、赵秀绍等分别从数据处理和试验技术优化的角度出发提高其测试精度，张洪涛、迟银波等提出了一种更为简单易行的多皿法用于改进试验技术。但上述方法均未从本质上解决制样过程中可能出现的干密度不一致的现象。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明提供了一种液塑限联合测定法中的取样方法，拟通过一次渗透、分层取样来调制含水率层次丰富、干密度相对统一的土样，进而实施锥式仪液塑限联合测定试验。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0008] 一种液塑限联合测定法中的取样方法，包括以下步骤：

[0009] 1)将土样调制工具内壁均匀涂抹凡士林，将风干后过0.5mm筛的土样填入土样调制工具，并用压实器自然压实至高度不低于200mm；

[0010] 2)向土样调制工具内加入纯水至液面高度为50mm，经自然渗透并覆膜静置24h，待土样上方滞水完全渗入即得试样；

[0011] 3)试样制备完毕后，用试样杯取表层试样，即得高含水率试样，进而用刮土刀刮除试样调制工具内的高含水率试样的土层，以试样杯取样即得中含水率试样，再次用刮土刀刮除中含水率试样的土层，以试样杯取样即得低含水率试样。

[0012] 以本发明方法的制备方法和取样方法能够确保多次取样时土膏干密度具有很好的同一性，由此消除了干密度对最终试验结果的不利影响，整体含水率分布在17％-45％之间，能够基本覆盖大多数黏性土的液塑限指标，为进一步试验测定创造了基本条件，避免了国标推荐法实施过程中需要多次补充试验的缺点，极大提高了工作效率，具有试验效率高，三点成线率大幅度提升，试验结果可重复性强等显著优点。

[0013] 进一步，土样调制工具为外径为200mm且一端封闭的PVC管。土样压实器为外径为195mm，高度为30mm且上端焊有把手的铁饼。试样杯为直径为50mm、高度为40mm，底部预留直径为2mm透气孔的不锈钢材质试样杯。取样的方法为将底部预留透气孔的试样杯压入试样土层获取各层近饱和状态的土膏，并以刮土刀刮平试样杯内土膏。

[0014] 本发明的土样调制工具和试样杯能有效确保界限含水率试验过程中试样杯内不同含水率土样能够具有相同的干密度，结合制样和取样方法，能有效提高检测准确度。

附图说明

[0015] 图1为本发明实施例1干密度随土层深度变化曲线图；

[0016] 图2为本发明实施例1含水率和土层深度关系曲线；

[0017] 图3为本发明实施例2以国标(GB/T50123-1999)推荐法绘制的试样的含水率和锥入深度实测关系曲线；

[0018] 图4为本发明实施例2以竖向渗透分层取样法绘制的试样的含水率和锥入深度的系曲线；

[0019] 图5为本发明实施例2两种试验方法的液限对比关系图；

[0020] 图6为本发明实施例2两种试验结果的塑限对比关系图；

[0021] 图7为本发明实施例2两种试验结果的塑性指数对比关系图。

具体实施方式

[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 以下实施例采用浙江中科仪器厂生产的GYS－III型液塑限联合测定仪开展测定试验。

[0024] 实施例1

[0025] 为验证改进后试验方法的适用性，对3种土样开展平行对照试验，试验用土分别取自南昌市及周边在建建筑工地，经筛分试验测试3种土样均为细粒土，有机质含量小于1％，符合界限含水率试验(SL237-007-1999)标准的相关要求。其中，土样1富含黏土矿物，风干后呈深红色；土样2黏粒含量次之，呈深黄色；土样3黏粒含量最少，呈浅黄色。

[0026] 具体试验方案为：将上述三种试验用土过0.5mm筛后，将土样调制工具内壁均匀涂抹凡士林，将风干后过0.5mm筛的土样填入土样调制工具，并用压实器自然压实至高度不低于200mm，向土样调制工具内加入纯水至液面高度为50mm，经自然渗透并覆膜静置24h，待土样上方滞水完全渗入即得试样。

[0027] 土样调制工具内分层填筑土样高度400mm，经竖向自然渗透后分别检验所制备试样的干密度均匀性和分层含水率差异性效果，最后重复制备试样开展液限塑限联合测定试验，并与国标推荐的试验方法做对比分析。

[0028] 土膏制备完毕后，刮除表层5cm范围内土样，按照每5cm一层自上而下取样，取样时将试样杯压入土膏，每层土膏平行取样3杯，然后分别测定所取土膏干密度。经测定不同深度处所制备土膏的干密度分布情况如图1所示，从图中可以看出随着土层深度的增加，试样1的平均干密度为1.71g/cm3，沿深度增减幅度在0％～2.3％之间；试样2的平均干密度为
1.76g/cm3，沿深度增减幅度在0％～2％之间，试样3的平均干密度为1.80g/cm3，沿深度增减幅度同为0％～2％。上述三种试样的干密度变化与土样深度并无直接关系，可判定为制样过程中的随机现象或操作误差；最大误差未超过2.3％，该误差对锥入深度的影响可以近似忽略。综上，可认为经优化后的土膏制备技术能够确保实验过程中进行土膏多次取样时干密度具有同一性。

[0029] 经测定不同深度处所制备土膏的含水率分布情况如图2所示，从图中可以各试样的的含水率均随着取土深度的增加而降低，试样1含水率的变化范围为25％～45％，试样2含水率的变化范围为22.5％～37.5％之间，试样3含水率的变化范围为17％～43％。国标中推荐的土膏调配需分三次进行，并且每次均需计算加水量，优化的土膏制备技术在无需计算加水量的情况下能够一次性制备基本覆盖土样液限和塑限的土膏，工作效率与准确性有了大幅度提升。

[0030] 实施例2

[0031] 按照国标推荐法实施液塑限联合测定试验后绘制的锥入深度与含水率典型关系曲线图，如图3所示，图中显示3种土样所测数据点均不在同一直线上。根据国标给出的试验数据调整方案，进一步分析直线AB和直线AC所对应2mm锥入深度的差值后发现，试样1为5％，试样2为7％，试样3为4％，上述差值均超出规范中允许的限值，必须重新实施试验方可测算液塑限值。

[0032] 由图3可知，试样1和试样2的测定结果显示三点不在一条直线上，经进一步分析可知直线A1B1与A1C1所对应的2mm锥入深度差值为5％，直线A2B2与A2C21所对应的2mm锥入深度差值为7％，均超过规范中允许的限值，须重新试验方可测算液塑限。上述测定试验完毕后，经多次补充试验后，重新绘制锥入深度与含水率关系如图4所示，试样1的液限为59.13％、塑限为34.53％；试样2的液限为41.56％，塑限为26.71；试样3的液限为42.37％，塑限为28.91％。

[0033] 按照本文给出的试验技术优化方法对三种土样实施液塑限测定后，一次试验即可绘制具有理想效果的锥入深度与含水率关系曲线，进一步通过数据拟合即可计算液塑限值。样1的液限为60.30％，塑限为35.10；试样2的液限为42.68％，塑限为26.20％；试样3的液限为41.85％，塑限为28.91％。具体详见表1。

[0034] 表1液塑限联合测定试验结果(竖向渗透分层取样法)

[0035]

[0036] 为进一步比较优化前后两种土样制备技术最终测定结果的差异性，特绘制出国标推荐法和竖向渗透分层取样法的液限、塑限和塑性指数的对比关系图，如图5―图7所示。图中显示，试样1的液限最大，试样2和试样3相差不大，两种试验方法得到的液限差值分别是0.81％、0.83％；试样1的塑限也最大，试样2和试样3的差距较液限有所扩大，两种试验方法得到的塑限差值分别是1.68％、2.71％；由于试样2和试样3塑限的明显的差异性导致试样2和试样3的塑性指数明显扩大，差值分别达到3.03、1.9。从偏差率的角度来看：试样1国标推荐法和竖向渗透分层取样法得到的液限、塑限和塑性指数的偏差分别是1.8％、1.6％、
3.1％，试样2分别为2.6％、1.9％、3.81％，试样3是1.2％、1.8％和4％，两种试验方法的得到的液限差异试样2最大，为2.6％，试样1次之；试样3最小、塑限差异也是试样2最大，达到
1.9％，试样3次之、试样1最小；塑性指数都很大，三者的偏差率都在3％以上，这表明国标推荐法和分层取样法在不同的黏性土中测得的结果的差异性是不大的。但从整体来看，除个别点外，液限和塑限的偏差率基本上都在2％以内，可满足黏性土的定性研究和对其工程性质的总体评价要求。