一、实验目的
- 掌握土的液限、塑限测定方法
- 计算土的塑性指数和液性指数
- 确定土的分类和状态
- 为地基基础设计和施工提供必要的参数
二、实验原理
细粒土（黏性土）随着含水率的变化，会呈现出不同的物理状态：固态、半固态、可塑状态和流动状态。这些状态之间的分界含水率称为界限含水率。
2.1 界限含水率的定义
1. 液限（w_L）：土由可塑状态转变为流动状态时的界限含水率
2. 塑限（w_P）：土由半固态转变为可塑状态时的界限含水率
3. 缩限（w_S）：土由固态转变为半固态时的界限含水率
2.2 塑性指标
1. 塑性指数（I_P）：液限与塑限的差值，表示土的可塑性大小
I_P = w_L - w_P
2. 液性指数（I_L）：土的天然含水率与塑限的差值除以塑性指数，表示土的软硬状态
I_L = (w - w_P) / I_P
2.3 试验方法原理
液限试验（圆锥仪法）：将土样调成均匀的浓糊状，装入试杯中，刮平表面。然后将质量为76g的圆锥仪（锥角30°）在土样表面5秒内自由下落，记录圆锥入土深度。当圆锥入土深度为10mm时的土样含水率即为液限。
塑限试验（搓条法）：将土样调成土团，在毛玻璃板上用手掌搓成直径为3mm的土条，若土条在直径达到3mm时刚好断裂，则此时土样的含水率即为塑限。
图1：土的物理状态与界限含水率关系图
三、实验设备
3.1 液限试验设备（圆锥仪法）
- 光电式液限仪：包括圆锥仪（质量76g，锥角30°）、电磁装置、显示器等
- 试杯：直径不小于40mm，高度不小于50mm
- 调土刀、刮土刀
- 天平：感量0.01g
- 烘箱、铝盒、干燥器
- 蒸馏水瓶、凡士林
3.2 塑限试验设备（搓条法）
- 毛玻璃板：尺寸约200mm×200mm
- 天平：感量0.01g
- 烘箱、铝盒、干燥器
- 调土刀、凡士林
- 蒸馏水瓶
四、实验步骤
4.1 液限试验（圆锥仪法）
- 取代表性土样200g，过0.5mm筛，放入蒸发皿中
- 加入适量蒸馏水，用调土刀充分拌和，调成均匀的浓糊状
- 将制备好的土样分层装入试杯中，用力压实，使空气逸出
- 用刮土刀将土样表面刮平，使土样略高于试杯边缘
- 将试杯放在液限仪的升降座上，调整水平
- 提起圆锥仪，使圆锥尖接触土样表面（避免冲击）
- 按动电磁装置，使圆锥仪在5秒内自由下落
- 记录圆锥入土深度（h）
- 用调土刀在圆锥周围取出约10g土样，放入铝盒中，测定含水率
- 重复步骤3-9，制备不同含水率的土样，使圆锥入土深度分别接近10mm（液限）、7mm和13mm左右
- 绘制圆锥入土深度与含水率的关系曲线（h-w曲线），查得圆锥入土深度为10mm时的含水率即为液限
4.2 塑限试验（搓条法）
- 取代表性土样100g，过0.5mm筛，放入蒸发皿中
- 加入适量蒸馏水，用调土刀充分拌和，使土样达到可塑状态
- 取一小块土样（约8-10g），用手捏成土团
- 将土团放在毛玻璃板上，用手掌轻轻搓揉，使土团逐渐成为土条
- 继续搓揉土条，直到土条直径达到3mm时刚好断裂
- 收集断裂的土条（约3-5g），放入铝盒中，测定含水率
- 重复步骤3-6，至少进行两次平行试验
- 取两次平行试验的平均值作为塑限
五、数据记录与处理
5.1 液限试验数据记录
| 试验编号 | 圆锥入土深度h(mm) | 铝盒质量m₀(g) | 铝盒+湿土质量m₁(g) | 铝盒+干土质量m₂(g) | 含水率w(%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | -- | -- | -- | -- | -- |
| 2 | -- | -- | -- | -- | -- |
| 3 | -- | -- | -- | -- | -- |
h-w曲线绘制与液限确定：
以含水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标，绘制h-w关系曲线。从曲线上查得圆锥入土深度为10mm时的含水率即为液限w_L。
5.2 塑限试验数据记录
| 试验编号 | 铝盒质量m₀(g) | 铝盒+湿土质量m₁(g) | 铝盒+干土质量m₂(g) | 含水率w(%) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | -- | -- | -- | -- |
| 2 | -- | -- | -- | -- |
| 平均 | -- | -- | -- | -- |
5.3 塑性指标计算
已知数据：
液限w_L = _____ %
塑限w_P = _____ %
天然含水率w = _____ %（可通过其他试验获得）
计算过程：
塑性指数I_P = w_L - w_P = _____
液性指数I_L = (w - w_P) / I_P = _____
5.4 土的状态判定
| 液性指数I_L | 土的状态 |
|---|---|
| I_L ≤ 0 | 坚硬 |
| 0 ＜ I_L ≤ 0.25 | 硬塑 |
| 0.25 ＜ I_L ≤ 0.75 | 可塑 |
| 0.75 ＜ I_L ≤ 1.0 | 软塑 |
| I_L ＞ 1.0 | 流塑 |
六、注意事项
- 液限试验时，土样应充分拌和，避免含有空气泡
- 圆锥仪应在5秒内自由下落，避免人为干扰
- 塑限试验时，搓条速度应均匀，用力适中
- 当土条直径接近3mm时，应注意观察断裂情况，避免过度搓揉
- 所有称量操作应迅速，避免水分蒸发影响试验精度
- 试验结束后，应及时清理试验设备，保持实验室整洁
七、思考题
- 为什么细粒土才有液限和塑限？粗粒土是否有界限含水率？
- 塑性指数的大小说明了什么？它对土的工程性质有什么影响？
- 液性指数如何反映土的软硬状态？在工程中有什么应用？
- 界限含水率试验的精度受哪些因素影响？如何提高试验精度？
- 不同成因、不同矿物成分的黏性土，其界限含水率有什么特点？