浅谈土工试验工作中应注意的问题

浅谈土工试验工作中应注意的问题

李健

安徽省水利水电勘测设计院安徽蚌埠233000

摘要：土工试验是岩土工程勘察的重要工作内容，其目的主要是土工试验人员使用试验仪器按照标准的试验操作方法，根据建设工程的需要对地基土的试样，进行各种试验项目的测试，提供准确可靠的物理和力学性参数。然而，由于岩土自身的不均匀性，取样、运输过程中的扰动，以及试验仪器和操作方法的差异及试验人员的素质不同，使得土工试验中测试的结果存在诸多问题，导致测试结果失真，在一定程度上影响了工程设计的准确性。因此，研究土工试验中应注意的问题有着十分重要的意义。

关键词：土工试验；物理性试验；力学性试验

1岩土工程室内土工试验中的要点

1.1对粉土进行正确划分

在国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021-2001规范中明确指出，粉土指的是粒径大于0.075毫米的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数等于或小于10的土。可是在实际操作中，因为粉土颗粒分析试验非常复杂和繁琐，所以还存在使用塑性指标来划分粉土的做法，这样会导致粉土的最终结果出现不全面以及不准确。除此之外，在研究粉土承载值的过程中，要根据粘粒含量值进行计算。

1.2土粒的比重试验

目前还有很多勘察单位的土工试验并不重视土粒的比重试验，在对土粒进行评估过程中，基本上都是根据过去经验来判定的，很少有实地测试，这种以经验判定的测试方法在岩土工程中出现误差是可以允许的。可是在关于渗流稳定分析中，就会造成严重影响，使最终的结论出现严重错误。

土粒在105℃～110℃温度下烘至恒量时质量和同体积4℃时纯水质量的比值，被称之为土粒比重。它是一个无量纲名词，同时也是物理指标中最稳定的值。对于土粒比重试验而言，关键取决于矿物成分，其中有机质越多，则比重成分也就越小。因为在同一区域内，同一种类型土的比重非常接近，所以在做土粒比重试验时会显得非常麻烦，因而大部分土工试验单位都是根据日常实际经验提供试验依据的。对于那些特殊条件情况下进行的土工试验，可以把比重降到2.60以下，并对土样进行实地测试，这样才可以更加直观准确的反映出土的真实工程特性。

2土的物理、力学性质指标的相关性

2.1土的物理性试验

2.1.1在土的物理试验中，比重、密度、含水率是三个最基本物理性指标。用它们可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙率、饱和度等指标。这三项指标的正确与否，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。

2.2.2土的液限与塑限。影响土液限、塑限的因素很多，包括土的颗粒大小、形状、级配、矿物成分以及土中可溶盐成分等，但在工程实际中，认为液、塑限指标主要受粘粒含量和粘粒的矿物成分两个因素影响。在实际操作中，有的使用液、塑限联合测定仪，有的使用锥式液限仪，塑限用搓条法，这样就难免因为手法不一致，同一指标试验人不同，得出的结果就不尽相同。测定土的液、塑限时取标准样的问题，国标上规定土要过0.5mm的筛，才能进行试验。在实际操作中，有些土用肉眼可见较多砂粒、砾石，则最好能采用筛分法确定砂粒含量，如果砂粒含量已达到砂土的标准，就不必再做液、塑限试验反之则做液、塑限试验来确定土的名称。

2.2土的力学性试验

2.2.1固结试验

土的力学试验主要有固结试验、直接剪切试验和渗透试验等。其测定的力学性指标如压缩系数、压缩模量、粘聚力、内摩擦角、渗透系数等。用于计算土体强度、变形、渗透及稳定性，是地基基础设计，深基坑边坡支护等设计中很重要的参数值，直接影响设计的可靠、合理及工程的安全和造价。土的固结试验是测定土体在压力作用下产生变形的过程。首先要抓好土样的取样、验收和管理工作，注意观察试样是否扰动。在试验过程中.要严格按国标或规程进行操作，消除各种不利因素。

在固结试验中，应注意影响固结试验成果的几个问题：

试样尺寸的大小和试样的径高比。天然沉积土层通常是非均质而成层的，因此在水平方向有较大的渗透性，其固结速率和孔隙水压力的消散较均质土要快。如试样较薄时，成层性起的作用较显著，这样用时间平方根法推求的固结系数CV可能变小。

试样的扰动。原状试样被扰动，会模糊涂的应力历史，因此取土和运送过程中要尽可能减少振动，制备试样时要特别仔细。不容许直接将环刀压入土样，应用钢丝锯按略大于环刀的尺寸沿土样外缘切削，待土样直径接近环刀内径时，再轻轻的压下环刀。在削两端余土时，不要用刀来回反复涂抹，最好用钢丝锯慢慢地一次削去。

加荷等级。试验中用荷载比为1不符合现场实际加荷情况，固结试验计算的沉降量通常与实测沉降量相差较大。对塑性较大的粘土或结构强度小、密度低的软土，表现明显。

加荷时间。加荷时间取决于试样的透水性，加荷时间不同，试验所得的压缩指数是相近的，但对先期固结压力影响较大。

环刀侧壁摩擦。试样侧面与环刀间的摩擦是这种试验的主要机械误差，该摩擦抵消了部分上覆荷载使试样上的有效应力减小而导致一定的试验误差。因此，可在环刀内壁涂凡士林减小摩擦。

2.2.2土的直接剪切试验

现在很多勘察单位并没有配置三轴剪切仪，大部分使用的都是应变控制式直剪仪进行剪切试验。这种直剪试验的受力条件极为复杂，而且排水条件也很难控制，所以直剪试验非常困难，最终得出的试验参数可信度也不高，只能用作参考。根据国家相关规定，这种快剪试验通常适用于那些渗透系数小于10-6cm/s的细粒土和粒径小于2mm的砂土的剪切试验。对于软粘土或者渗透系数k大于10-6cm/s的土，不宜在直接剪切仪中试验，建议用三轴仪做不排水剪试验。

在对测定土的抗剪强度进行室内试验时，通常会使用三种试验模式，分别为三轴压缩、直剪试验以及无侧限抗压强度试验。对于其中的直剪试验而言，虽然受到仪器设备的各种限制，但是因为直剪试验在实践过程中早已积累大量经验，所以在普通工程中还是被大量运用。

直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。在计算承载力，评价地基、基坑稳定性以及计算挡土墙上土压力时，都要用到土的抗剪强度指标，因此正确地测定土的抗剪强度在工程上具有重要意义。抗剪强度的试验方法有多种，在实验室内常用的有直接剪切试验、三轴压缩试验和无测限抗压强度试验。在直接剪切试验中，应注意影响直接剪切试验成果的几个问题：

垂直压力的大小。粘性土的抗剪强度与垂直压力的关系并不完全符合库仑定律的直线关系。对于正常固结土，在一般压力下，可以认为是直线关系；而对于超固结土，在选择垂直压力时，应考虑先期固结压力的影响，当设计压力小于先期固结压力时，施加的垂直压力应不大于先期固结压力；当设计压力大于先期固结压力时，施加的垂直压力应大于先期固结压力。

垂直压力的施加方式：一次施加或者分级施加对土的压缩是有影响的，其塑性指数越大，影响也越大。所以，对于低含水率、高密度的粘性土，应一次施加；对于松软的粘土，为防止试样挤出，垂直压力宜分级施加。

固结稳定标准：对于固结快剪和慢剪试验，在每级垂直压力下应压缩到主固结完成，标准中规定的稳定标准为每小时垂直变形不大于0.005mm，实际操作时也可以用时间平方根法和时间对数法来确定。

如果固结是在另外的仪器上进行的，必然会产生试样的回弹、吸水和扰动。操作时应注意，试样推入剪切盒后，一定要先施加垂直压力，待垂直变形达到稳定标准后才能进行剪切。

剪切速率。剪切速率是影响土的抗剪强度的一个重要因素，主要表现在以下两个方面：一是影响孔隙水压力的产生、传递与消散，影响试样的排水固结强度。二是对粘滞阻力的影响，剪切速率高，粘滞阻力增大，表现出较高的剪切强度；反之，粘滞阻力减小，所得的强度降低。快剪试验应在3～５min内减损，目的就是在剪切过程中尽量避免试样的排水固结。

结语：

土工试验是为岩土工程勘察提供测试结果的有效手段之一。因此，土工试验工作中存在的各种问题在土工试验中过程中加以预防，是土工试验工作的重中之重。室内土工试验的系统性较强，测试精度要求较高，工作人员只有熟悉岩土的相关规律和特征的基础上，才能更好地发现土工试验工作中存在的问题，并作出相应的调整与处理，从而为项目的开展提供更加坚实的数据支持。

参考文献：

[1]GB50021，岩土工程勘察规范[S].2001.

[2]SL237，土工试验试验规程[S].1999.

[3]工程地质手册（第四版）[S].2007.