室内土工试验数据准确性探讨

室内土工试验数据准确性探讨

刘超，

广东省地质实验测试中心，广东省，广州市，510080

摘要：为解决室内土工试验环节存在的取样制备不规范、试验流程管理松懈问题，规避由此引发的数据准确性下降困境，保证岩土工程勘察报告可靠性的提升，文章进行了深入系统探究。先简要分析室内土工试验的主要内容，然后归纳可行的数据准确性优化方法，提出了严控取样制备操作、规范试验方法流程、重视数据处理问题等系列建议，希望能为室内土工试验数据处理工作提供借鉴。

关键词：土工试验；数据处理；准确性

引言：土工试验是岩土工程勘察环节较为常见的手段方法之一，可以在严谨科学的试验基础上，精确评估土体的物理性质、力学性质指标，进而完善岩土工程勘查报告，为后续的工程设计、施工建设提供依据。近年来我国经济增速放缓，产业格局升级迭代趋势明朗，许多先进的科技手段不断涌现出来，为室内土工试验注入了活力，如何发挥好、利用好技术优势，如何提高试验数据准确性，成为了诸多试验人员关注的焦点，有必要进行深入探究。

1室内土工试验的主要内容

室内土工试验主要包含以下两类：（1）土的基础试验。测试对象为土体的含水率、密度、比重，以及间接换算得到的干密度、饱和率等，不同土体、不同工程的实际测试需求不同，因此具体测试项目上也会存在一定差异。比如砂粒较多的土体中，还需要进行颗粒分析试验，主要方法为筛分法，检测结果可以较为直观地反映颗粒级配情况，以及勘查场地砂类土分布情况等。在地下水活动频繁区域或降水多发区域，还需要开展界限含水率试验，借助室内土工试验对液限指数、塑限指数进行分析，保证工程安全性。（2）土的力学试验。是在基础试验前提下开展的，主要检测土体内部的粘聚力、内摩擦角系数，以及渗透系数等，可以较为直观地反馈土体变形强度、稳定性能。可用的试验技术与方法较为多样，包含固结试验、剪切试验等。这些试验采用的技术方法、测试目的、测试方案等存在较大差异，控制不当很容易带来数据准确性下降风险，必须通过全过程质量控制方法进行约束规范。

2室内土工试验数据准确性优化方法

2.1严控取样制备操作

试样制备是室内土工试验流程的首要环节，操作合理性直接影响数据准确程度，因此实践过程中要加强重视，通过科学把控最大限度提升取样均匀性、典型性。要提前准备好各类装置如天平、环刀、击样器、保湿缸等，根据土体情况确定具体的切削制备方案，原状土制备时，要妥善放置土样筒，去掉蜡封、胶带，并按要求用环刀切削。扰动土制备时，则需要将土样切成碎块并拌合均匀，砂土还需要在105～110℃环境中烘干，有机质含量超过5%，以及含有硫酸盐等杂质的土体，则需要在65～70℃环境中烘干。考虑到扰动土体本身的样本制备难度较大，试验时可以留出1～2个备用试样，碾散后的土样要充分拌匀[1]，通过2mm或5mm筛，为后续的风干含水量测试提供支持。若砂砾石表面附着有黏土，则需要进行浸泡预处理，处理完的土浆风干后再按照前述法方法制备成试样。试样饱和处理时，要根据土样质地确定饱和方法，其中粗粒土推荐使用浸水饱和法，细粒土根据渗透系数不同，对应选取毛细管饱和法、抽气饱和法（见图1）。

图1  抽气饱和法处理装置

（其中：1为饱和器；2为真空缸；3为橡皮塞；4为二通阀；

5为排气管；6为管夹；7为引水管；8为盛水器；9为接抽气机）

2.2规范试验方法及流程

试验环节是提升数据准确性的核心环节，要严格遵照《土方试验方法标准（GB/T 50123-2019）》所述内容进行操作。

2.2.1基础试验

基础试验包含的内容较多，要依照标准要求进行差异化的流程规范。其中密度试验时，常用的方法有蜡封法、环刀法，当试样切割困难、易碎裂时，更推荐采用前种方式，当试验对象为细粒土时，则更推荐环刀法，要结合实际情况选择。以环刀法为例，通常在细粒土实验中适用，使用时需要在刀壁上涂抹凡士林，将刃口向下放在土样上，垂直下压削出土样，待到环刀削出的土样达到要求后，擦干净环刀外壁，称量环刀、土体总质量。为保证精确度通常要求设置两次平行试验，最大允许平行差值控制在±0.03g/cm3范围内，计算方法如下（其中、分别代表试样湿密度和干密度）：

土粒比重试验时，同样要科学选择试验方法并严格控制操作流程，以比重瓶法为例，试验对象应当为粒径5mm以下的土体，实验前需要将比重瓶清洗干净，烘干校准，精度必须控制在0.001g，用于校准的纯水需要经过煮沸、冷却器处理。

2.2.2力学试验

力学试验主要包含无侧限抗压强度试验、直接剪切试验、自由膨胀率试验等，不同项目对应的方案、使用的设备存在较大差异，要做好区分把控。其中无侧限抗压强度试验主要借助应变控制式无侧限压缩仪（见图2）试验检测，试验开始前应当做好设备的调试工作和试样的准备工作，通常需要在试样两端涂抹凡士林，以延缓水分蒸发速度，提升试验数据精度。处理完毕后将其放置在底座上，缓慢、匀速转动手轮，使底座缓慢上升到指定高度，调节轴向应变速率，跟踪读取测力计示数，当示数出现峰值或达到稳定状态时，继续进行3%～5%应变试验，若读数在8～10min内一直未能稳定，则需要在轴向应变达到20%时停止

[2]。

图2  应变控制式无侧限压缩仪

（图中：1为轴向加荷架；2为轴向测力计；3为试样；

4为上下传压板；5为手轮；6为升降板；7为轴向位移计）

2.3重视数据处理问题

数据处理环节要积极规范各项计算流程，对于可能出现的异常情况进行预设和分析，增强对各种问题的响应识别能力。其中基础物理性质、力学性质指标之间是存在关联的，前者主要描述土体含水状态、密实程度，后者主要描述土体粘聚力、内摩擦角系数等，二者可以综合分析、互为验证。比如试验结果中出现饱和度大于100%的情况时，可能意味着前期含水量试验、密度试验存在操作不当情况，可以结合开土记录进行错误溯源，结合密度、含水量等间接推断，找到出现问题的具体环节。还可以采用“重现性”指标衡量试验可靠程度，提前设置平行试验组别，通过正态分布、数理统计等方式，对数据离散性进行直观分析，进而找出异常数据点，针对性地开展重测纠正工作。

2.4加强试验环境及设备管理

试验环境、试验设备同样是数据误差的重要来源，实际操作时要多加注意。其中温湿度指数要适中，避免温度过高或过低影响仪器运行状态，损伤试验结果精度，实验室内必须保持整洁，防止粉尘过多干扰设备运行。使用的试验设备要加强维护保养和更新，百分表等仪器要重点做好核查标定，确保表杆始终处于灵活状态，砝码要定期校正，其余的刮土刀、环刀等同样要符合使用要求。定期清点设备仪器服役年限，对于超过使用期限，或不符合新标的旧型仪器，要及时进行淘汰更换，新购置仪器后，也要送检定部门检定，最大限度消除误差隐患，保证数据精度的提升。

结论：综上所述，室内土工试验数据准确性会受到多种因素的制约和影响，实践中务必要给予充分重视，立足全过程质量管理视角加强控制和监督。要严格规范取样制备操作，确保取样均匀性和典型性，严格控制试验方法，其中环刀法测定时上下表面的土务必要平整，进行固结试验时，要按照设计方案逐级加荷。同时给予数据处理过程、设备管理问题更多关注，为勘察报告可靠性的提升奠定基础。

参考文献：

[1]付小培,魏轩.室内土工试验质量及管理策略探究[J].河南水利与南水北调,2022,51(08):111-112.

[2]黄晖.上海地区岩土工程勘察室内土工试验问题及处理[J].工程建设与设计,2022(08):19-21.