基本介紹
- 中文名：界限含水量
- 外文名：Atterberg limits
- 主要內容：液限、塑限、縮限
定義,國內外研究進程,研究意義,相關物理量,實驗原理、方法簡介,碟式儀液限法,滾搓法塑限法,液塑限聯合測定法,
定義
土從一個狀態變化到另一狀態的分界含水量。1911年由瑞典農學家阿太堡（Atterberg）首先提出，故又稱阿太堡界限。在土建工程領域，主要指液限、塑限和縮限。液限是塑性狀態的上限，塑限是塑性狀態的下限；含水量低於縮限，水分蒸發時土體積不再縮小。它與土的粒度成分、礦物成分、比表面積、表面電荷強度等一系列因素有關，是這些因素的綜合反映。目前，中國及其他國家對粘性土按塑性指數分類及對細粒土按塑性圖分類都是藉助於液限、塑限兩個指標。
國內外研究進程
早在1911，瑞典農學家阿太堡研究農用土的物理狀態，提出土從固態過渡到液態的五個階段，將液限定義為粘滯流與塑態的界限含水量，塑限定義為塑態與半固態的界限含水量，故通稱為阿太堡限度。此後，太沙基將它引用於土力學，1932年卡薩格蘭德設計了碟式儀，建立了較精確的液限測試方法，沿用至今。早在1914年瑞典國家鐵道土工委員會就提出了圓錐手落法，規定60克60度錐入土深度10mm時的含水量定義為圓錐儀液限，1942年瓦西里耶夫研究了瑞典圓錐試驗原理，提出了平衡圓錐儀法，以76克30度錐入土深度10mm時的含水量定義為液限，1949年被列入蘇聯國家標準（FOCT），以後東歐及我國亦採用該標準。1970年舍伍德和賴利提出以80克30度錐人土深度20mm測定液限，後列人英國國家標準（BS），作為與碟式儀法並列的標準。目前多數國家仍沿用卡氏碟式儀測液限。而蘇聯、東歐、中國、英國、法國、瑞典、印度等國已採用錐式儀。
塑限試驗一般仍沿用搓滾法，多年來各學者曾提出以最大分子吸水量、壓並法、擠壓法、吸力法、固結法、線縮法等來代替搓滾法，但由於認識不一致而未能推廣。1956年瓦西里耶夫提出以76克30度錐人土深度2mm時的含水量為液限。此後，國內外學者對用錐式儀聯合測定液塑限作了大量研究，我國水電、冶金、交通等部門的試驗室進行了大量比較試驗，日本北郷繁等人也作了比較系統的研究，都認為圓錐人土深度與含水量在雙對數座標上呈現較好的直線關係，據以測定液塑限具有一定的可靠性。水電部土工規程SDS01一79修訂時通過比較試驗，把聯合測定法列為試行規程。以後交通部在制訂公路土工規程時，通過大量試驗也提出了改進的聯合測定法。
研究意義
土作為一種物體，其軟硬狀態直接決定著它的力學性質，測定土的界限含水量是研究其物理力學性質及其工程分類的重要途徑。大多數情況下，土處於粘滯流動狀態與固體狀態之間，所以在工程上經常用到的界限含水量指標有液限含水量（用WL表示）、塑限含水量（用WS表示）和塑性指數（用Ip表示）。要正確地評定土的物理和力學性質，合理地選用地基基礎設計方案，首先必須對地基土進行分類。該三項指標是判斷地基土的最基本的指標，為地基土分類提供依據。
相關物理量
液限（liquid limit）又稱塑性上限。土由流動狀態轉變為可塑狀態的界限含水量ωL（%）。它的數值大小，可反映土中粒度成分及粘土礦物的類型和含量，也反映某些物理力學性質，如脹縮性、壓縮性等。測定液限常用圓錐儀法或碟式儀法。
塑限（plastic limit）土由塑性狀態轉變到半固體狀態的界限含水量wp（%）。它的數值大小，可反映土中粒度成分及粘土礦物的類型和含量。阿太堡塑限測定方法是滾搓法，現發展為圓錐儀液限一塑限聯合測定法。
縮限（shrinkage limit）土在進一步乾燥時其體積不再收縮的界限含水量。用百分數表示。是土由固態過渡到半固態的分界含水量，可用縮限試驗（收縮皿法）測定。
實驗原理、方法簡介
碟式儀液限法
碟式液限儀是卡薩格蘭德為使阿太堡液限標準化加以改進的設備，是將土碟中的土膏用劃尺分成兩半，以2次/s的速率將土碟由10mm高度下落，記錄至槽底兩邊試樣合龍長度為13mm時的擊數N。測此時含水量ω，做4次-5次試驗，N控制在15擊-35擊之間，以N為橫坐標，ω為縱坐標，在單對數坐標紙上繪製N-ω曲線，在曲線上取N=25所對應的ω，即為液限ωL。操作方法見GB/T50123.8.2-1999土工試驗方法標準。
滾搓法塑限法
細粒土在脆性範圍內，含水量比塑限低，搓揉時易破損，在用滾搓法進行塑限試驗時，利用的就是將土條搓到3mm時土條產生的脆性斷裂。滾搓法純粹是手工操作，其方法是用手掌在毛玻璃板上搓滾土條，當土條直徑達3mm時，產生裂縫並斷裂，此時含水量為塑限ωP，具體操作方法見GB/T50123.8.3-1999土工試驗方法標準。
液塑限聯合測定法
該方法適用於粒徑小於0.5mm以及有機質含量不大於試樣總質量5%的土。聯合測定法的理論基礎是圓錐下沉深度h與相應含水量ω在雙對數坐標紙上具有直線關係。用質量76g，錐角30°的圓錐儀，以瞬時放錐方法，用光電式液、塑限聯合測定測得土在不同含水量時其圓錐儀入土的深度，繪製關係直線圖，據入土深度在圖中找出該試樣的液限和塑限。即在關係直線圖上，查得圓錐入土深度（下沉深度）為17mm時所對應的含水量則為17mm的液限；圓錐入土深度為10mm時所對應的含水量則為10mm的液限（國標中的兩個液限標準）；入土深度為2mm時所對應的含水量則為該試樣的塑限，數值取整數，根據公式，塑性指數=液限-塑限，計算出試樣的塑性指數。具體操作方法見GB/T50123.8.1-1999土工試驗方法標準。
