室內土工試驗與試驗數據的探討

王太春

（重慶川東南地質礦產檢測中心，重慶 400038）

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。

1 制樣中應注意的問題

對土樣，先用削土刀將其圓柱土樣的兩端面削平，用眼觀察用手按捏，描述土樣的顏色、礦物成分、軟硬程度、塑性狀態、結構構造，查看與送樣單是否相符，同時對所切土樣的物理力學指標值憑經驗作一個估計值，并記錄。對巖樣，在切樣過程中也要對其顏色、礦物成分、結構構造、風化程度、巖石名稱進行詳細的描述，并憑經驗對巖石強度進行估計。對巖土樣物理力學性質的描述和估計，有利于后期數據整理時進行對比，得出符合工程實際的試驗數據，同時也有助于試驗人員積累經驗。

2 土的物理性試驗應注意的問題及對試驗數據準確性的影響

土的物理性質表明土的密實程度和含水狀態，反映土的物質組成和結構特征。在含水量、密度、比重三個物理指標中，含水量是最容易變化的，不同的土有不同的含水量；由于各種因素，如土層的不均勻，取樣不標準，土樣在運輸和存放期間保護不當而失水等等，都會影響結果的準確度。土的密度雖然也是一個變化的值，不同的土樣密度值不同，但對于某一個土樣來說，它的值較穩定，一般要作平行測定，如果平行測定值相差較大，主要原因是土質不均勻造成的，或是環刀變形，刮刀磨損呈凹形。因此，在試驗過程中經常檢查環刀，刮土刀是否符合質量要求。土的物理性試驗各項指標之間是互相關聯的，當試驗指標出來以后，應對這些指標進行分析，從而對指標的準確性進行判斷。如有些結果中出現飽和度超過100%的現象，就說明在天然含水量，天然密度，土粒比重的測試中存在問題，應根據開土記錄綜合考慮，可從含水量、密度中選擇反映土實際情況的指標。比重的大小決定于土的礦物成分，當粘土礦物成分較多時，比重值較大；一般砂土為 2.65～2.69，粉土為 2.70～2.7l，粉質粘土為 2.72～2.73，粘土為2.74～2.76；土粒的比重變化較小，同一地區同一類型的土基本相同。但是，當土中含有有機質時，土的比重可降到2.40以下，此時應改用中性液體測定，如煤油、汽油等，并采用抽氣法排氣。土的液限、塑限分別是細粒土處于可塑狀態的上限和下限含水量，目前對土的液限、塑限的測定。規程上規定土要過0.5 mm篩，才能進行試驗，但在實際操作中，有一些土用眼睛觀察含有較多砂粒，一旦過0.5 mm篩后做試驗，測出的塑性指數可能很大，不能反映土的實際情況。因此，對于這種土應先采用篩分法確定砂粒含量，如果砂粒含量已達到確定該土為砂土的標準，就應該按砂土的要求來進行定名和測試其有關指標。

3 土的力學性試驗應注意的問題及對試驗數據準確性的影響

土的固結試驗是測定土體在壓力作用下產生變形的過程。通過計算求得的各項壓縮指標，可用來分析判別土的壓縮特性和天然土層的固結狀態，借以計算建筑物或構筑物的沉降量，作為設計的計算數據。為了準確提供壓縮指標，首先要控制好土樣的驗收和管理工作。注意觀察試樣是否擾動。在試驗過程中，要嚴格按國家標準進行操作，出現問題要及時解決。如在開土的過程中，感到土是較軟的或測出的液性指數較大，而測出的壓縮模量較大，說明實驗操作有誤，或記錄有誤，或是儀器有較長時間沒有校正，致使儀器變形量過大等，要檢查各個環節。如在開土時感到土較硬而測出的壓縮模量較小，則可能是所取土樣中已存在擾動結構面或已進水。

土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的重要力學性質指標之一。在計算承載力，評價地基穩定性以及計算擋土墻的土的壓力時，都要用到土的抗剪強度指標，因此正確地測定土的抗剪強度在工程上具有重要意義。抗剪強度的試驗方法有多種，在試驗室內常用的有直接剪切試驗，三軸壓縮試驗和無測限抗壓試驗。室內測出的結果有時和理論上的數據相差很大。如抗剪強度試驗測出粘聚力C值有時會出現負值的現象，主要原因是所取的一組試樣的性質相差太大，自然不符合規律，故土樣制作時需取有代表性的土樣。

土的壓縮特性和抗剪強度有著一定的關系，利用這種關系，可直觀判斷壓縮結果和抗剪結果是否正確。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，即壓縮模量與抗剪強度指標正相關。當然，在有些情況下，要求做固結快剪，這種關系就不一定成立，需要按實際測出的強度情況判斷。

4 土的物理、力學性質指標的相關性

土的物理性質和力學性質是緊密相關的。土的物理性質在很大程度上決定了它的力學性質，土的強度隨外界環境的變化而變化，天然土體具有結構性，對擾動較為敏感，土在外力作用下的變形實質上是土粒集合體及水和氣體相互作用與移動的結果。在受力條件相同的情況下，其力學性質主要取決于土的物質成分、結構和構造特點及密度與含水量等，其壓縮曲線的形狀與土樣的成分、結構和構造以及密度與含水量等有關。

當所有的試驗指標出來后，根據指標之間的相關性對實測指標進行分析，對不符合規律和不符合實際情況的各項指標作適當調整或必要時應重新補充試驗。如土粒比重Gs決定于土的礦物成分，當粘土礦物含量較多時，其值越大；而塑性指數Ip的大小與土中結合水的含量有關，粘土礦物越多，可能形成的結合水含量越高，Ip值就越大，即土中粘土礦物含量較多時，Gs和Ip值均較大，Ip與Gs三正相關。土的塑性指數Ip與抗剪強度也有～定的相關性，對同一類土，Ip越小，內摩擦角中值越大，即Ip與負相關。含水率ω對土的力學指標的影響最為明顯，一般情況下，同一類土，含水率越大，壓縮模量Es、內摩擦角、粘聚力C越小，反之亦然。

5 結語

土工試驗是為巖土工程勘察工作提供測試結果的有效手段之一，而測試結果的準確程度與否，直接影響著工程質量和使用安全。影響室內土工試驗結果的準確性，除了以上需注意的問題之外，還有儀器設備、環境、制度等方面因素的影響，明確土工試驗對基本建設所起的重要作用，使用符合標準的儀器設備，建立必要的技術管理規章制度，注意提高土工試驗專業人員的技術素質及加強職業道德的教育，才能確保并提高室內土工試驗成果的準確性。

[1]段保春.巖土工程勘察土工試驗數據自動化處理實現方法[J].河北地質礦產信息.

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