粘性土因含水多少而表现出的稀稠软硬程度,称为稠度。因含水多少而呈现出的不同的物理状态称为粘性土的稠度状态。土的稠度状态因含水量的不同,可表现为固态,塑态与流态三种状态。
固态:含水量相对较少,粒间主要为强结合水连结(强结合水或固定层重叠),连结牢固,土质坚硬,力学强度高,不能揉塑变形,形状大小固定。
塑态:含水量较固态为大,粒间主要为弱结合水连结(即弱结合水或扩散层重叠),在外力作用下容易产生变形,可揉塑成任意形状不破裂、无裂纹,去掉外力后不能恢复原状,即可塑性。
流态:含水量继续增加、粒间主要为液态水占据,连结极微弱,几乎丧失抵抗外力的能力,强度极低,不能维持一定的形状,土体呈泥浆状,受重力作用即可流动。
图2-2 土中水与稠度状态图件
二、界限含水量——稠度界限
粘性土的稠度状态的变化是由于土中含水量的变化而引起的,粘性土由一种稠度状态转变为另一种稠度状态,相应于转变点(临界点)的含水量称为稠度界限(界限含水量)。
工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp
图2-3 稠度界限与稠度状态关系图
由固态转变到流态的界限含水量,称为塑性界限(塑限),由塑态转变到流态的界限含水量,称为液性界限(液限)。
粉土的液限在32~38%之间,粉质粘土为38~46%,粘土为40~50%。
塑限常见值为17~28%。
粘性土的液限与塑限一般在室内进行测定,液限常采用锥式液限仪,塑限常采用搓条法。
三、液性指数和塑性指数
土处于何种稠度状态取决于土中的含水量,但是由于不同土的稠度界限是不同的,因此天然含水量不能说明土的稠度状态。为判别自然界中粘性土的稠度状态,通常采用液性指数(IL)进行评价,即:
表2-4 按液性指数划分粘性土的稠度状态表
液性指数IL |
IL≤0 |
0<IL≤0.25 |
0.25<IL≤0.75 |
0.75<IL≤1 |
IL>1.00 |
稠度状态 |
坚硬 |
硬塑 |
可塑 |
软塑 |
流塑 |
粘性土中含水量在液限与塑限两个稠度界限之间时,土处于可塑状态,具有可塑性,这是粘性土的独特性能。由于粘性土的可塑性是含水量界于液限与塑限之间表现出来的,故可塑性的强弱可由这两个稠度界限的差值大小来反映,这差值称为塑性指数IP 。即
塑性指数越大,意味着粘性土处于可塑态的含水量变化范围越大,其可塑性就越强。所以在工程实际中直接按塑性指数大小对一般粘性土进行分类,1994年国家标准《岩土工程勘察规范》按塑性指数IP将粘性土分为两类,IP>17为粘土,17≥IP>10为粉质粘土,IP≤10为粉土或砂类土。