淺談土的性質和巖土測試儀器的發展

李忠方 萬明生

(江蘇省巖土工程勘察設計研究院,江蘇鎮江 212021)

淺談土的性質和巖土測試儀器的發展

李忠方 萬明生

(江蘇省巖土工程勘察設計研究院,江蘇鎮江 212021)

通過巖土測試可以了解土的性質,測試的成果是巖土工程勘察設計的重要參數和依據,巖土測試對工程總體的質量和安全性有著直接的重大影響。在巖土測試實際工作中,由于受多種因素影響,使其結果與土體實際性狀之間存在不同程度的差別,嚴重影響了試驗數據的真實性和可信性。文章從土的性質、巖土測試的方法及巖土測試儀器的發展等方面對室內巖土測試進行了淺析。

土的性質 巖土測試 測試儀器

土是巖石風化的產物或再經各種地質作用搬運、沉積而成的。土粒之間的孔隙為水和氣所填充,所以,土是一種由固態、液態和氣態物質組成的三相體系,是松散礦物顆粒的集合體。其特點如下：(1)土的固體顆粒之間沒有聯結,或者聯結強度甚弱(其聯結強度比顆粒內部的強度小得多)。(2)固體顆粒表面與土中孔隙水之間存在復雜的化學作用,并影響土的性質。(3)砂土等粗粒土和粘土等細粒土的透水性差別甚大。(4)在飽和土(土中孔隙全被水充滿)中,外荷載所產生的應力分別由土粒骨架和孔隙水承擔。(5)土體受到荷載的作用而產生變形,其變形主要表現為顆粒之間的相對移動和重新排列。土的變形量一般遠比其他常見建筑材料大。(6)飽和粘性土的強度和變形與排水條件、邊界約束條件及時間因素等有關。(7)地下水的存在與流動會對土的性質產生很大的影響。(8)土的種類很多,某些土類(如濕陷性黃土、軟土、膨脹土、紅粘土和多年凍土等)還具有不同于一般土類的特殊性質。由于存在這些特點,土的工程問題常較復雜,現有的土力學理論還難以準確反映土的各種工程性質。因此還應通過巖土測試并緊密結合實踐經驗進行合理分析,才能更全面了解土的性質。

近年來,工程建設的數量與規模發展迅速,巖土測試技術水平有了很大提高,巖土測試設備有了較大更新,不僅新型儀器和測試項目有所增加;而且測試精度也大有提高。常規的土力學性質試驗及其局限性決定了土的性質試驗中的必要測試項目。要研制一種儀器能滿足要求,即使是可能的,也是非常復雜的,不經濟的。為了簡便起見在常規試驗中,往往采用比較簡單的,且符合某種特殊情況的儀器和試驗方法。(1)界限含水率測定,是一種人為因素比較大的試驗項目。①圓錐儀液限試驗就是將76g的圓錐儀輕放在試樣的表面,使其在自重作用下沉入土中,若圓錐體經過5s恰好沉入土中10mm深度,此時試樣的含水率就是液限。②搓條法測定塑限的方法純粹是手工操作,它的準確性完全取決于操作者的經驗和技巧。③液塑限聯合測定法,先后生產了FG-1型液塑限聯合測定儀、GYS-1型光電式液塑限測定儀,都是采用信號自動顯示,光學放大投影和電磁放錐。液塑限土壤粉碎機減輕了制備土壤的勞動強度,所以光電式液塑限聯合測定儀已被廣泛采用,此法還需要進一步積累資料,使之更準確的確定圓錐入土深度的塑限標準。(2)含水率的測定,是指土在溫度105~1100C下烘到恒量時所失去的水質量與達到恒量后干土質量的比值。遠紅外線烘箱和QL-2型微波土壤水分測定儀,根據微波通過含水土壤時幅度變化的大小,定量地確定土壤含水量。這些儀器大大地縮短了土壤含水量的測定時間。(3)擊實試驗,是為了確定攏動土在一定的擊實功能下干密度隨含水率變化的關系曲線,以求得土的最大干密度和最優含水率了解土的壓實特性,為工程設計和現場施工碾壓提供土的壓實性資料。試驗勞動強度較大,故擊實儀已向電動化方向發展,DJ-1型電動擊實儀,以每分鐘數次的速度夯擊;DJ9-2型電動擊實儀,擊數范圍從1到100次,可任意調節并自動控制擊數、落高和停機。(4)滲透試驗,土孔隙中的自由水在重力作用下發生運動的現象,稱為土的滲透性。常用的試驗裝置為南55型滲透儀,他的改進型可保證土壤與透水石的貼合,防止了土壤在試驗過程中的膨脹軟化。土壤高度可隨具體情況而變更,并可兼作變水頭和常水頭兩種試驗。(5)抗剪強度試驗,采用單向固結試驗和直剪試驗,目前仍在直剪儀上進行大量的常規剪切試驗,生產單位更是如此。現今的直剪儀大多進行了改造。如等應變直剪儀聯動裝置,并聯式電動剪切儀,均將原應變控制式直剪儀改為電動。還有五聯式自動剪切儀,不僅增加了電動裝置;而且實現了自動記錄和自動控制。三軸試驗雖然相對地比較復雜一些,但由于它具有能控制試樣排水條件,試樣中的應力相對地比較明確,能量測孔隙水壓力等優點,所以近幾十年來已得到廣泛應。(6)土的物理和力學性質即可在試驗室測定,也可在現場測定。現場試驗雖然不如試驗室試驗控制得嚴密,但是,它可省去取樣工作,并減少對土的擾動,所以也是測試工作中的一個重要方向。所有這些問題,都是值得我們深入研究的。

綜合以上所述,國內巖土測試儀器的研究工作進展很快,目前雖然與國外相比在試驗條件和數據自動化測試采集與處理方面存在著一定差距,但相信在不久的將來,一定會取得更加豐碩的成果。

[1]《土工試驗規程》(SL237-1999).

[2]《土工試驗方法標準》(GB_T50123-1999).

[3]《土力學及地基基礎》主編：楊小平.武漢大學出版社.

李忠方(1979,4-),男,職稱：助理工程師 。

萬明生(1973,9-),男,職稱：助理工程師。

楊玉梅(1981,4-),女,職稱：助理工程師。