提高土工試驗成果準確性的研究與探討

摘要:分析土工試驗成果在工程地質勘察中的重要意義，尋找從野外取樣到室內試驗各環節中影響試驗最終成果準確性的原因，并提出預防措施，從而為建筑工程設計提供準確、可信的土工試驗成果報告。

關鍵詞:野外取樣 土工試驗 綜合分析

0 引言

室內土工試驗的過程，就是試驗人員按規范現程、試驗委托要求，使用儀器設備對土樣進行測試，以得到土體的物理、力學性質指標的一組有序的活動。其最終試驗成果以供工程設計和計算時使用，是巖土工程勘察的重要工作內容。而在實際情況下，土工試驗數據往往受土樣自身的不均勻性，取樣、運輸過程中的擾動，測試人員水平、測試環境、儀器設備精度、采用的方法手段等因素的影響，使土試樣的測試結果與土體實際性狀之間存在不同程度的差別，且這種差別很難完全通過數據分析來準確檢驗，其可能的問題有時在后續的施工中才能暴露。因此，分析影響土工試驗成果準確性的原因及尋找預防措施有著十分重要的意義。

1 野外取樣

1.1 野外鉆探取樣環節 影響取樣質量的因素很多，除取土器結構和取土方法等因素外，鉆孔的垂直度、取土時孔底的清潔程度、取樣器切入土層的速度等都會影響取樣質量。

鉆孔傾斜會使土樣受擠壓擾動。由于傾斜孔取出的土樣也是傾斜的，所測試的指標用于計算會產生誤差，所以取樣時要保持鉆孔垂直。如取樣時，孔內沒清除殘余土會造成土樣受擠壓擾動，并誤作原狀樣取土，這樣試驗得出的壓縮系數a增大，壓縮模量Es變小等，得出的結果無法應用。規范要求到達取樣深度前1m時，宜采用回轉鉆進，并清孔。如取土器切入土層的速度較慢，土樣的側向膨脹也會使土樣與取土器內摩擦而產生擾動，提高取土器進入土層的速度是獲得良好土樣，保證采取原狀土樣質量的關鍵。另外，規程要求取樣采用重錘少擊法，并且嚴格控制取土進尺深度與取樣器內取土段相一致，錘擊次數過多，取樣器里的土樣會受力變硬，試驗結果會出現a變小，Es變大，孔隙比e0變小等。

1.2 土樣的保管與運輸 野外取的土樣因為諸多因素不能立即送到試驗室做試驗，這樣就必須放在野外好好保管，保存處的溫度與濕度要適當，避免風吹、日曬、防凍，要將樣盒封嚴。野外存放天數不宜超過3周，運送途中盡量輕拿輕放，防震，以免土樣開裂。存放時間過長，土樣變硬，含水率w變小，所確定的承載力比原來要大。土樣開裂、振動，就成了擾動樣，無法反映土的真實性。

2 室內土工試驗

土工試驗的主要依據是國家標準GB/T 50123-1999《土工試驗方法標準》，還有國家水利部的SL237-1999《土工試驗規程》以及交通部的JTG E40-2007《公路土工試驗規程》。作為土工測試人員，國家的標準或規程就是從業的技術規范和守則，是從事各項試驗操作的根本依據。不按相關規定進行試驗操作，試驗成果的準確性將無從談起，因此堅決杜絕違反國標或規程的操作。

2.1 試樣的制備 室內土工試驗第一步要做的工作就是土樣的制備即開土，也是極為重要的一步。由于在國標及規程中對土樣的制備有詳細的規定，在此，筆者憑借自己多年工作中的經驗和觀察僅指出兩個在開土過程中重點應予以考慮的環節。首先，打開一筒土樣，應取整個土樣最有代表性的部分，注意其均勻性，環刀應垂直下壓。其次，在開土時除了描述土樣的顏色、礦物成分、軟硬程度、塑性狀態、結構構造等之外，同時還應憑經驗對土樣的物理、力學指標值做一個估算，并做好記錄，這有利于后期數據整理時進行對比和綜合分析處理，得出更真實的試驗數據，也有助于測試人員經驗的積累。

2.2 土的物理試驗

2.2.1 在土的物理試驗中，比重、密度、含水率是三個最基本物性指標。用它們可以換算土的干密度、孔隙比、孔隙度、飽和度等指標。這三項指標的正確與否，不僅影響其他指標的變化，而且還影響土的一系列力學指標。因此準確測定這三項指標有著重要的意義。其中，土的含水率是最不穩定的。所以對進行含水率試驗的土樣制備也應該選取具有代表性的土，采用四分法原則取高出各個環刀試塊的土體15~30g，取土速度要快，及時裝入兩個鋁盒內避免水分的流失，以準確測出這一指標。對于同一個土樣來說，土的密度指標比較穩定和易于準確測定。

2.2.2 土的液限與塑限。在實際操作中，有的使用自動液、塑限聯合測定儀，有的使用錐式液限儀，塑限用搓條法，這樣就難免因為手法不一致，同一指標試驗人不同，得出的結果就不盡相同。測定土的液、塑限時取標準樣的問題，國標上規定土要過0.5mm的篩，才能進行試驗。在實際操作中，有些土用肉眼可見較多砂粒、礫石，則最好能采用篩分法確定砂粒含量，如果砂粒含量已達到砂土的標準，就不必再做液、塑限試驗，反之則做液、塑限試驗來確定土的名稱。

2.2.3 土的物理指標間是相互關聯的。因此，在測得這些指標后，應對其進行綜合分析，進而對這些指標的準確性進行判別。比如在有些成果中會出現飽和度Sr>100%的現象，這就說明在某些試驗數據中，存在誤差或者錯誤，需要根據開土記錄進行調整，必要時要重做試驗。有時處在堅硬狀態的土，測試結果卻出現液性指數IL>1，流塑狀態，這時要對含水率、液、塑限的測試結果進行復核。通過物性指標間關系的統一分析，可使試驗結果的準確度進一步提高。

2.3 土的力學試驗 土的力學試驗主要有固結試驗和抗剪強度試驗。其測定的力學性指標如粘聚力、內摩擦角、壓縮模量和滲透系數等等，用于計算土體強度、變形、滲透及穩定性，是地基基礎設計、深基坑邊坡支護等設計中很重要的參數值，直接影響設計的可靠、合理及工程的安全和造價。

2.3.1 土的固結試驗是測定土體在壓力作用下產生變形的過程。首先要抓好土樣的取樣、驗收和管理工作，注意觀察試樣是否擾動。在試驗過程中，要嚴格按國標或規程進行操作，消除各種不利因素。一旦出現問題要及時解決。如果在開土記錄中寫到土質均勻，測出的含水率較低，液性指數IL<0.25的硬塑土，而測出的壓縮系數卻偏大，壓縮模量偏小。這說明試驗操作中有錯誤或誤差，要及時查找原因，包括讀數記錄及儀器設備方面等原因。如果查不出原因，應通知野外技術人員進行補樣。土工試驗裝置(固結儀、三軸剪力儀、天平、百分表、壓力表等)要按檢定周期進行檢定或校準，并經檢定或校準合格后予以使用;對土工試驗的計算軟件在初次使用前也應進行校驗，必要時(計算數據發生異常時)再校驗，以確認其滿足預期用途的能力。

2.3.2 土的抗剪強度試驗是測定土體在外力作用下抵抗剪切破壞的極限能力。土的抗剪強度是土的重要力學性質之一，粘聚力c 和內摩擦角φ是土的抗剪強度指標。抗剪強度的試驗方法主要有直接剪切試驗、三軸壓縮試驗和無側限抗壓試驗。室內抗剪試驗測出 c 值有時出現異常情況，如c為負值，主要原因在于取標準樣時，同一個土樣所取的四個試塊的性質相差太大所致，故開樣時盡量取同一種性質的土進行試驗。另外，應減少土樣在采取、運輸、保管及安裝儀器等各環節中的擾動。

2.3.3 土的固結試驗成果和抗剪強度之間也有著一定的關系。一般情況下，土的壓縮性越高，壓縮模量越低，而它的抗剪強度則越小。利用這種關系可以直接判斷壓縮結果和抗剪結果是否準確。

3 結語

土工試驗是為工程地質勘察提供有效地質參數的手段之一，其測試成果直接影響工程質量。成果報告是否可靠，除需對測試過程參數進行監控外，還需通過數據分析和整理的方法對測試結果加以檢驗，即根據誤差分析或概率的概念，按三倍標準差作為試驗數據的舍棄標準，然后重新計算整理。另外，檢測人員定期有針對性地進行培訓，并經專業知識考試和操作技能考核，持證上崗，也是控制土工試驗成果質量不可忽略的一環節。

所以，加強測試人員的職業道德教育，提高專業技術水平，對所測結果綜合分析，發現問題及時查找原因，及時采取補救措施，最終提交合理準確的土工試驗報告，是我們每個測試工作者必須做到的。

參考文獻:

[1]GB/T 50123-1999.土工試驗方法標準[S].

[2]GB/T 15406-94.土工儀器的基本參數及通用技術條件[S].

[3]GB/T 50021-2001.巖土工程勘察規范[S].

[4]JGJ 87—1992.建筑工程地質鉆探技術標準[S].