中文浅析土工试验的相关问题

中文浅析土工试验的相关问题

杨云云1侯潇2

1.芜湖市勘察测绘设计研究院有限责任公司安徽省芜湖市241000；

2.南京科技职业学院江苏省南京市210000

摘要：笔者从事土工试验工作多年，根据笔者的经验，对土工试验的相关内容分类并进行简单的介绍，并对试验中存在的异常现象和偏差进行分析探讨，提出相关建议，希望可以对同行起到一定的参考作用，使土工试验工作质量有所提高，为工程设计和施工提供前期保障。

关键词：土工试验；试验指标；问题分析

1土的物理试验以及存在的主要问题

测定土的指标的试验方法以及仪器很多，本文采用的是南京智龙科技所研发的土工试验微机控制数据采集处理系统，根据测定的土的含水量、密度以及液塑限，通过处理成果总表，计算机系统可自行计算出土的其他物理指标。

1.1土的比重、含水量、密度试验

在土的物理试验中，土的含水量、密度、比重是三个最基本物性指标，根据这三个指标可以换算出土的干密度、孔隙比、饱和度等指标。正因为如此，这三项指标不仅影响其他指标的变化，而且还影响土的一系列力学指标，因此准确测定这三项指标有着重要的意义。在这三个基本指标中土的比重是一个相对稳定的值，它决定于土的矿物成分，粘性土一般在2.7至2.75左右，砂土在2.65左右，当土中有机质增加时，其比重相对减小。相关的研究表明，同一地区同一类型土的比重比较接近，而且比重试验的操作比较麻烦，现在许多单位都是根据本地经验，直接采用了比重的经验值，笔者试验室则是采用土的比重与液限拟合统计公式所得，不论哪种方法均缺少实际依据。对于重大工程和特殊条件下的土工试验，应对土样进行实测，才能真实反映土的工程特性。

含水量是最不稳定的，影响土的含水量的因素包括土层的不均匀、野外取土不规范、土样在运输及存放期间保护不当、试验操作不当等，都会影响试验结果的的准确性。所以要求野外人员在取样、运输、保管样品规范化，试验人员应注意取样的代表性及均匀性，待外业人员将土样送至试验室之后，及时开样，及时称重，准确到0.01g，若不能及时开样，则应将土样置于样品室，样品室的条件应符合相关程序文件的规定。依据土工试验方法标准，应取两个试样进行平行测定取平均值，测定的差值：当含水量小于40%时为1%；当含水量等于大于40%时为2%。

土的密度取决于土粒的重量、孔隙体积的大小和孔隙中水的重量，其综合反映了土的物质组成和结构特征。笔者试验室采用的是环刀法测定土的密度。应当注意的是开土切样时要用切土刀，环刀内壁要涂抹一薄层凡士林，待土样取入环刀后，根据试样的软硬程度采用钢丝锯或者专门的刮土刀整平环刀两端土样。现在大多数试验室人员直接用切土刀刮平，这是一种极其错误的操作方法。因为经常开样，切土刀刃口经长期使用会磨损呈凹形，就会造成测得的密度偏大、孔隙比偏小、饱和度偏大等情况。因此对试验人员从一开始就应当规范要求，如按规范操作与其本身物理性能指标不符，这时应及时查找原因，更换新的刮土刀或环刀以确保试样质量，正确求得土的密度

1.2土的液限与塑限试验

笔者试验室做液限试验时，采用液塑限联合测定仪。因调土不均匀、不透，或使用磨损严重的圆锥仪，就会得出偏大的液限值，这样本来可以判定为可塑状的土，结果却出现硬塑或坚硬，无形中增加了建筑的风险。做塑限试验时，采用搓条法。搓条法虽被普遍认同，但标准不易掌握，人为因素影响较大，对低塑性土更为明显。有的试验室，不直接测定，而利用液、塑限之间的相关公式计算出塑限值。如果这种间接计算塑限值是限定在有大量对比资料基础上的话，其误差还能事先估计，问题在于将这种计算盲目扩大，套用失控，使测试成果严重失真。因此要想测出最真实的数据，必须提高试验人员的素质。

2土的力学性试验及存在的主要问题

2.1固结试验

固结试验的目的在于通过各级垂直荷载下土的变形来测定土的压缩性指标。影响试验结果的因素包括取土质量、仪器设备、操作过程与方式以及人为因素等。笔者试验室主要测定土的压缩模量和压缩系数，采用的是全自动的气压固结仪GZQ-1型，试验方法选取快速固结。该型号的仪器是目前国内比较先进的仪器，只要在计算机上设定土样编号、荷重序列、试验方法等，启动采集器、控制器进入全自动试验过程，无需人员看守，试验结束之后自动停机，通过数据系统处理可直接报告汇总，绘制压缩曲线，得到测试结果，它克服了杠杆式固结仪加荷易产生冲击、超载等现象，使试验结果更加准确。

然而土工试验方法标准GB/T50123-1999（2008）中并没有将快速固结法列入试验标准。另外土样在压缩的过程中，大多试验室设定的最大荷重一般不超过400kPa，为缩短试验历时，采用综合固结度校正快速固结法。然而，有些试验室在最大荷重大于400kPa时，仍采用一小时加荷一级的快速法，未按慢速法或用次固结增量法校正快速法。

2.2直接剪切试验

笔者试验室采用的是DJY-4L型四联等应变直剪仪，试验方法为快剪试验。软弱的土样承载力比较低，在三级、四级荷载的情况下经常会出现土样被挤入透水石与剪切盒之间的缝隙的情况，从而导致试验失败，因此软土在加荷时要小心轻放，分多次施加垂直压力，易可采用不固结不排水三轴试验得出抗剪强度。根据土工试验方法标准GB/T50123-1999（2008），快剪试验一般适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土，而粉质粘土的渗透系数一般大于10-5cm/s，粉土渗透系数值更大，用直接剪切试验非常勉强；试验中可以发现四级垂直压力下很少存在峰值，绝大多数情况下需要剪切至位移6mm处，剪切强度指标只能做为参考，因此对粉土、粉质黏土用直接剪切试验时，应注意要明确加荷条件，控制剪切速率。

2.3不固结不排水三轴试验

三轴试验设备费用高，操作比较复杂，耗时长，但其能够严格控制排水条件，试验结果也比快剪试验要精确。对试验人员的操作水平要求高，如在安装压力室外罩时，未提高活塞而碰撞到了试样，活塞接触压力帽时对试样施加了一定的压力，橡皮膜两端与底座及试样帽扣扎过程中留有气体，试样倾斜等，都会对试验结果产生很大的影响，因此要经常加强对操作人员的训练，组织现场演示考核等。另外三轴试验对剪切速率比较敏感，剪切速率越慢，结果越精确，但历时长，一般选择0.8mm/min。

3提高土工试验成果的措施

试验人员上岗前要进行相应的操作培训，经常学习相关的规范。收样时确保土样完好无损，并及时开样，减少暴漏时间，否则会导致含水量有所变化，开样时尽量减小对土体的扰动。土样本身的复杂性，导致在试验过程中难免会出现异常现象，尽可能的结合现场的原位测试、地区经验以及其他指标进行综合分析确定土的各项指标。

4结语

土工试验报告是勘察报告的重要组成部分，根据试验结果可进行土的定名和土层的划分，同时也为工程设计和施工提供有效的数据。该数据的准确与否直接影响着工程质量、使用安全和投资成本，因此对试验本身应当高度重视，消除各种隐患，使试验结果能最大程度的反应施工现场的实际情况，为工程设计提供最准确的数据。