[科普中国]-界限含水量

界限含水量通常是指土的液限、塑限和缩限。众所周知，液限和塑限是粘性土极为重要的指标，是粘性土工程分类的主要依据，和天然含水量一起，是估价土的工程特性的主要参数。1

定义土从一个状态变化到另一状态的分界含水量。1911年由瑞典农学家阿太堡（Atterberg）首先提出，故又称阿太堡界限。在土建工程领域，主要指液限、塑限和缩限。液限是塑性状态的上限，塑限是塑性状态的下限；含水量低于缩限，水分蒸发时土体积不再缩小。它与土的粒度成分、矿物成分、比表面积、表面电荷强度等一系列因素有关，是这些因素的综合反映。目前，中国及其他国家对粘性土按塑性指数分类及对细粒土按塑性图分类都是借助于液限、塑限两个指标。2

国内外研究进程早在1911，瑞典农学家阿太堡研究农用土的物理状态，提出土从固态过渡到液态的五个阶段，将液限定义为粘滞流与塑态的界限含水量，塑限定义为塑态与半固态的界限含水量，故通称为阿太堡限度。此后，太沙基将它引用于土力学，1932年卡萨格兰德设计了碟式仪，建立了较精确的液限测试方法，沿用至今。早在1914年瑞典国家铁道土工委员会就提出了圆锥手落法，规定60克60度锥入土深度10mm时的含水量定义为圆锥仪液限，1942年瓦西里耶夫研究了瑞典圆锥试验原理，提出了平衡圆锥仪法，以76克30度锥入土深度10mm时的含水量定义为液限，1949年被列入苏联国家标准（FOCT），以后东欧及我国亦采用该标准。1970年舍伍德和赖利提出以80克30度锥人土深度20mm测定液限，后列人英国国家标准（BS），作为与碟式仪法并列的标准。目前多数国家仍沿用卡氏碟式仪测液限。而苏联、东欧、中国、英国、法国、瑞典、印度等国已采用锥式仪。

塑限试验一般仍沿用搓滚法，多年来各学者曾提出以最大分子吸水量、压并法、挤压法、吸力法、固结法、线缩法等来代替搓滚法，但由于认识不一致而未能推广。1956年瓦西里耶夫提出以76克30度锥人土深度2mm时的含水量为液限。此后，国内外学者对用锥式仪联合测定液塑限作了大量研究，我国水电、冶金、交通等部门的试验室进行了大量比较试验，日本北郷繁等人也作了比较系统的研究，都认为圆锥人土深度与含水量在双对数座标上呈现较好的直线关系，据以测定液塑限具有一定的可靠性。水电部土工规程SDS01一79修订时通过比较试验，把联合测定法列为试行规程。以后交通部在制订公路土工规程时，通过大量试验也提出了改进的联合测定法。1

研究意义土作为一种物体，其软硬状态直接决定着它的力学性质，测定土的界限含水量是研究其物理力学性质及其工程分类的重要途径。大多数情况下，土处于粘滞流动状态与固体状态之间，所以在工程上经常用到的界限含水量指标有液限含水量（用WL表示）、塑限含水量（用WS表示）和塑性指数（用Ip表示）。要正确地评定土的物理和力学性质，合理地选用地基基础设计方案，首先必须对地基土进行分类。该三项指标是判断地基土的最基本的指标，为地基土分类提供依据。3

相关物理量液限（liquid limit）又称塑性上限。土由流动状态转变为可塑状态的界限含水量ωL（%）。它的数值大小，可反映土中粒度成分及粘土矿物的类型和含量，也反映某些物理力学性质，如胀缩性、压缩性等。测定液限常用圆锥仪法或碟式仪法。4

塑限（plastic limit）土由塑性状态转变到半固体状态的界限含水量wp（%）。它的数值大小，可反映土中粒度成分及粘土矿物的类型和含量。阿太堡塑限测定方法是滚搓法，现发展为圆锥仪液限一塑限联合测定法。5

缩限（shrinkage limit）土在进一步干燥时其体积不再收缩的界限含水量。用百分数表示。是土由固态过渡到半固态的分界含水量，可用缩限试验（收缩皿法）测定。6

实验原理、方法简介碟式仪液限法碟式液限仪是卡萨格兰德为使阿太堡液限标准化加以改进的设备，是将土碟中的土膏用划尺分成两半，以2次/s的速率将土碟由10mm高度下落，记录至槽底两边试样合龙长度为13mm时的击数N。测此时含水量ω，做4次-5次试验，N控制在15击-35击之间，以N为横坐标，ω为纵坐标，在单对数坐标纸上绘制N-ω曲线，在曲线上取N=25所对应的ω，即为液限ωL。操作方法见GB/T50123.8.2-1999土工试验方法标准。7

滚搓法塑限法细粒土在脆性范围内，含水量比塑限低，搓揉时易破损，在用滚搓法进行塑限试验时，利用的就是将土条搓到3mm时土条产生的脆性断裂。滚搓法纯粹是手工操作，其方法是用手掌在毛玻璃板上搓滚土条，当土条直径达3mm时，产生裂缝并断裂，此时含水量为塑限ωP，具体操作方法见GB/T50123.8.3-1999土工试验方法标准。7

液塑限联合测定法该方法适用于粒径小于0.5mm以及有机质含量不大于试样总质量5%的土。联合测定法的理论基础是圆锥下沉深度h与相应含水量ω在双对数坐标纸上具有直线关系。用质量76g，锥角30°的圆锥仪，以瞬时放锥方法，用光电式液、塑限联合测定测得土在不同含水量时其圆锥仪入土的深度，绘制关系直线图，据入土深度在图中找出该试样的液限和塑限。即在关系直线图上，查得圆锥入土深度（下沉深度）为17mm时所对应的含水量则为17mm的液限；圆锥入土深度为10mm时所对应的含水量则为10mm的液限（国标中的两个液限标准）；入土深度为2mm时所对应的含水量则为该试样的塑限，数值取整数，根据公式，塑性指数=液限-塑限，计算出试样的塑性指数。具体操作方法见GB/T50123.8.1-1999土工试验方法标准。78

本词条内容贡献者为:

林国庆 - 副教授 - 中国海洋大学