土工試驗技術現狀與發展趨勢

徐國書

（安徽省交通規劃設計研究總院有限公司 安徽合肥 230009）

土工試驗是一門檢測項目工程土層特性的測試技術，在工程實踐中的地位和作用是不可忽視的?？煽康臋z測土樣性質參數是從根本上確保巖土工程設計的經濟合理性及精確性的關鍵，所以土工試驗技術和設備的發展都是工程實踐中的重要組成部分。從試驗內容的角度上可將土工試驗分為物理性質試驗、化學性質試驗和力學性質試驗，本文主要針對土工試驗技術和常用設備上目前存在的一些問題進行分析和探討。

1 土工試驗的儀器設備

1.1 物理性質的儀器設備

土工試驗的物理性質一般指測定土的含水量、比重、密度三項基本指標以及土壤顆粒分析，液、塑界限等，這類物理性質的試驗在項目工程勘察單位上量大面廣，需要大量的人力物力，合理的選擇設備、改進儀器設備將會極大的提高工作效率，提高工作效率同時也帶來顯著的效益。

1.1.1 電子天平

目前有將近90%的土工試驗室都使用電子天平，是土工試驗里利用率最高的儀器設備，從不同使用要求來看，有0.001g、0.01g、0.1g、1g，分別對應試驗項目為液塑限、重度、含水量、擊實試驗、顆粒分析等。有些試驗室將電子天平聯機通訊使稱量的結果直接導入數據系統中，減少中間環節，相比于手工、人工記錄，效率大大的提高了，根據不同的試驗需要選擇相應量程的儀器時測量誤差也盡可能的減少，提高數據的準確性減少人為誤差。

1.1.2 液塑限聯合測定儀

大部分土工試驗室目前仍在使用搓條法、圓錐儀法來確定液塑限，大力推廣普及液塑限聯合測定儀可以有效提高工作效率，液塑限聯合測定儀相較于以往的測定儀器和測定試驗方法，在根本上解決了人為因素對土工試驗液塑限測定結果的影響，但是目前由國內生產的液塑限聯合測定儀的自動化程度及質量還需要進一步的改良提高。

1.1.3 顆粒分析儀

在土工試驗里，對土顆粒的分析測定，在粒徑不小于0.075mm時采用的是系列標準來篩分，大部分土工試驗室都使用人工方式來進行篩分，而對于粒徑在0.075mm以下的顆粒則需要采用懸液沉降分析法，大部分土工試驗室均采用密度計量法，對樣品的級配進行分析判斷應是連續的而不是間斷的，應有效的結合干篩法和密度計法的數據結果，客觀真實的反應出粒經分配情況，并根據篩分結果結合液塑限數據對樣品進行有效的工程定名，可有效的對施工質量進行控制。

1.2 力學性質的試驗儀器

1.2.1 直剪試驗設備

在對土進行抗剪強度的試驗中，直剪試驗是生產單位里最為常見的，其中最為常見的主要為以下幾種：①應變速度為2mm/min和0.8mm/min的雙速電動應變直剪儀，可進行快剪試驗和固結快剪試驗；②在雙速電動應變直剪儀的基礎上增加了0.02mm/min的直剪儀，可以同時做慢剪試驗；③將四臺直剪儀合一連為一體的電動四聯應變直剪儀，經過變速箱處理后將剪切速率變成0.02mm/min/0.8mm/min/2.4mm/min，對應進行慢剪試驗、固結快剪試驗及快剪試驗三種模式。

1.2.2 固結試驗設備

（1）砝碼杠桿式-固結儀

該類固結儀可以說是使用年代久遠最原始的固結儀了，并且形成了系列化，從施加壓力的大小的角度來說有低壓、中壓及高壓固結儀，其中對30cm2的面積，中壓固結儀可加壓到1600kPa，高壓固結儀可以加壓到3200～4000kPa；對50cm2的面積，低壓固結儀可加壓到400kPa，中壓固結儀可加壓到800kPa，高壓固結儀則可加壓到1600～2000kPa，適用于高壓回彈試驗。該類固結儀的特點是精度較高，加荷直觀性穩定，國內基本所有的勘查部門都在使用這種固結儀。但是它的缺點也很明顯，勞動強度大，自動化程度低，在加砝碼的時候產生的振動對試驗結果也會造成一定的影響。

（2）氣壓式-固結儀

該類固結儀是近些年來為了解決和改良砝碼杠桿式固結儀在試驗中存在的問題而研制出來的較為新型的固結儀，規格可分為單聯、四聯可加壓至600kPa的低壓固結儀，以及單聯、雙聯可加壓至2000kPa的高壓固結儀。氣壓式固結儀采用高壓氣體做壓力源，特點為操作簡單、加荷方便，能夠極大程度的減輕勞動強度，并提高了試驗自動化程度。但是現在國內目前生產的氣壓儀器密封部件質量不過關，存在壓力不穩定、漏氣的現象，若能解決這個問題，其發展的前景還是很好的。

1.2.3 靜三軸試驗設備

隨著我國土工技術及工程地質勘查水平的不斷提高，各個土工試驗室對三軸試驗的重視程度也在不斷的提高，目前我國勘查單位在使用的儀器基本上都是應變可控的三軸式壓縮儀，依據不同土質的類別及工程要求，分別進行固結不排水、不固結不排水或者固結排水試驗。在20世紀80年代的時候，部分科研單位將三軸儀進行了較大的改進，用傳感器代替原本的測量系統，用反壓及圍壓做液壓穩壓裝置，為后來發展普及所用的微機通訊奠定了堅實基礎。

1.3 土工試驗數據的采集及處理系統自動化現狀

土工試驗數據的采集及處理系統日漸趨于自動化，隨著電子計算機技術及產業規模的不斷提高及擴大，一些土工試驗部門科研單位已經初步形成土工試驗的數據采集及處理系統自動化模式，并逐步得到了推廣和普及。自20世紀80年代以來，土工試驗的數據收集及處理的自動化應用已經得到了較大的發展，數據采集系統、數據處理系統的自動化技術得到了不斷提高，使數據采集、處理、繪制曲線及打印成果匯聚為一體，同時還增加了三軸試驗、直剪試驗的數據采集和處理功能，完成了各個系統和微機通訊系統的統一結合，實現了數據分散采集，數據集中處理的功能多樣化。

2 土工試驗發展現存問題

隨著我國現代化進程的不斷加進，土工試驗技術也同時得到了較大的發展，但是我們也應該清楚的認識到目前的土工試驗技術存在著發展不平衡、工作人員專業素質層次不齊，儀器設備陳舊落后，規程標準要求過低，方法和技術不夠先進等令人擔憂的問題。

2.1 土工試驗規范及方法標準

統一規范土工試驗方法標準時目前土工試驗亟待解決的問題，目前我國施行的有關土工試驗規程標準仍存在爭議，沒有一個統一的規范的施行標準，有相當一部分的土工試驗室仍在采用一些部門或地區已在長期使用的沒有經過驗證或驗證不充分使試驗結果存在較大誤差的方法，比如快速固結試驗用塑限來推算液限、塑限指數來推算土粒的比重等的方法，這些方法的使用范圍和適用性都還需要進一步的研究和落實。甚至還有部分試驗室在采用錯誤的試驗方法。比如快速固結試驗在最后一級荷重還沒有穩定下來時就隨意的進行修正，精度不夠規范等。

2.2 土工試驗方法的進一步研究

（1）圍繞現行土工試驗標準和規范，結合實際試驗工作中遇到的各種新問題、新情況，需要開展進一步探討和研究，隨著大量試驗證明，在長期的工作實踐中不斷總結和改正，其成果都是有目共睹的。但目前我國施行的技術和方法仍存在著大大小小的問題，所以仍需要試驗技術人員不斷的發現新問題和新情況，并不斷的提出新方法。如非飽和土的力學性質試驗研究，室內袖珍式貫入儀的研究和應用，軟土、黃土等特殊性的土類試驗方法等等問題的進一步研究，以不斷的提高土工試驗的質量及技術水平。

（2）以項目為單位建立土工試驗數據大數據庫，通過多個參數的應用延伸分析來提高對工程質量的控制。在日常工作中經常會遇見委托方在委托試驗時指標不全面不能有效反映出樣品工程特性的情況，或者檢測的參數相互孤立，例如在高速公路設計過程中設計規范中要求的CBR強度與最大干密度/最佳含水量之間的數據對應關系，與原狀土樣的數據對應關系是數據庫建立的主要方向，建立數據庫的最終目標是利用數據庫中的數據分析結果來服務于工程設計施工的全過程，提高生產效率，做到多指標控制施工質量的目的，找出之間相對于的關系可以有效的在施工過程中控制施工質量，減少人為誤差和一些人為的方法誤差。

3 結語

隨著我國現代化進程不斷加進，土工試驗技術水平也得到了較大的提升，不管是土工試驗方法和技術，還是土工試驗所用儀器設備都有了較大的提升改良，但一些試驗方法的落后和理念的缺乏創新已經不能夠滿足現下工程質量目標控制的需要，生產效率仍未獲得有效的提升所以作為工程技術人員仍需不斷努力，不斷的解決新問題，發現新方法。在前輩總結的方法上順應時代發展在發展在升華，以點帶面的完善方法創造新思維，總結新路徑更好的為工程發展來服務。

[1]胡 晨.土工試驗技術現狀與發展趨勢[J].山西建筑，2015（33）：145～152.

[2]王錦龍，李浩.土工試驗數據采集與數字化處理技術簡析[J].山東水利，2017（10）：332～339.