淺談土工試驗(yàn)成果在巖土工程勘察中的應(yīng)用及常見(jiàn)問(wèn)題

(湖南省湘南工程勘察公司 湖南 郴州 423000)

一、引言

土工試驗(yàn)是工程勘察的一個(gè)重要組成部分，為各種工程建(構(gòu))筑物、公路、鐵路、水利等的設(shè)計(jì)施工提供重要的參數(shù)，因此，其準(zhǔn)確性和真實(shí)性關(guān)系到整個(gè)建筑的安全和質(zhì)量問(wèn)題，除了要保證試驗(yàn)成果的可靠性外，對(duì)試驗(yàn)成果的應(yīng)用也應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行，尤其對(duì)于當(dāng)?shù)卮嬖诘哪承┹^為特殊的地質(zhì)，而不是完全套用規(guī)范。因此，對(duì)土工試驗(yàn)成果在巖土工程勘察中的應(yīng)用及常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)探究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、土工試驗(yàn)分析

對(duì)于巖土工程而言，其建設(shè)的目的在于更好的開(kāi)發(fā)資源，為社會(huì)的生產(chǎn)、生活條件改善，提供足夠的支持。可是以目前所掌握的情況來(lái)看，很多地方的巖土工程，都受到了自然環(huán)境的嚴(yán)重制約，如果不能通過(guò)合理的手段來(lái)改善，將很容易造成強(qiáng)烈的威脅，甚至是給地方發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重的不良影響。分析認(rèn)為，土工試驗(yàn)的特點(diǎn)，主要是集中在以下幾個(gè)方面：(1)巖土工程的勘察工作，不可能完全通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ絹?lái)開(kāi)展，必須具備足夠的科學(xué)依據(jù)，要求在各項(xiàng)數(shù)據(jù)上、信息上、材料上，都達(dá)到健全的目標(biāo)，我們利用土工試驗(yàn)，可以更好地了解到巖土工程的特色，在多個(gè)方面掌握好工作的重點(diǎn)，同時(shí)掌握好工作的具體方向，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的惡性循環(huán)。(2)土工試驗(yàn)在開(kāi)展的過(guò)程中，能夠利用一些比較積極的手段來(lái)完成，這樣就可以降低勘察工作的難度，在工作量方面也得到了良好的安排，對(duì)于之前的工作難題解決，基本上可以得到良好的效果。

三、土工試驗(yàn)及數(shù)據(jù)的重要作用

土是一種典型的多孔介質(zhì)，是自然地質(zhì)歷史產(chǎn)物，非人工制造產(chǎn)物，主要是由顆粒(固相)、水(液相)和氣體(氣相)三相物質(zhì)組成。由于土是地殼表層的巖石岡化后產(chǎn)生的松散堆積物，因此具有流動(dòng)性特征，同時(shí)，不同區(qū)域的土體性質(zhì)由一定的區(qū)別，因此巖土工程勘察以及勘察數(shù)據(jù)的應(yīng)用難度比較大。在巖土工程施工中，一般采用天然土層作為地基，要求以該土作為設(shè)計(jì)對(duì)象，因此，必須采用土工試驗(yàn)方式，準(zhǔn)確檢測(cè)土體的物理指標(biāo)、力學(xué)指標(biāo)等，然后合理應(yīng)用于巖土工程項(xiàng)目建設(shè)中。

四、土工試驗(yàn)成果在巖土工程勘察中的應(yīng)用

(一)土的含水率、密度、比重試驗(yàn)

土是由固體顆粒、空氣和水組成的三相體系，土中三相組成的比例關(guān)系，反應(yīng)著土的物理狀態(tài)，如干燥或潮濕，疏松或密實(shí)。這些指標(biāo)是最基本的物理性質(zhì)指標(biāo)，它們對(duì)于評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)具有重要的意義。土的以上參數(shù)除受自身特性影響外，同時(shí)也受取樣條件、樣本運(yùn)輸、存放時(shí)間以及制樣過(guò)程中人為因素的影響。由于三個(gè)指標(biāo)屬于原始指標(biāo)，一旦指標(biāo)存有誤差，那么整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程準(zhǔn)確率都會(huì)受到影響，嚴(yán)重會(huì)出現(xiàn)根本性錯(cuò)誤。尤其是對(duì)于比重試驗(yàn)而言，試驗(yàn)過(guò)程中稍有不慎，很容易導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的嚴(yán)重偏離。因此要求試驗(yàn)人員在試驗(yàn)的過(guò)程中要十分謹(jǐn)慎，嚴(yán)格按照試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行，盡量減小誤差，最大程度地保證試驗(yàn)成果的精準(zhǔn)度。

(二)土的界限含水率

細(xì)粒土由某一狀態(tài)轉(zhuǎn)入另一狀態(tài)時(shí)的界限含水率，稱(chēng)為土的界限含水率。土由流動(dòng)狀態(tài)變成可塑狀態(tài)的界限含水率叫塑性上限含水率，簡(jiǎn)稱(chēng)液限；由可塑狀態(tài)變成半固體狀態(tài)分界含水率叫塑性下限含水率，簡(jiǎn)稱(chēng)塑限；由半固態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)的分界含水率叫縮限。液限和塑限是細(xì)粒土的重要指標(biāo)，是工程中為了區(qū)分巖土的某些狀態(tài)而定義的，事實(shí)上黏性土從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的逐漸過(guò)度的，并無(wú)明確的界限。目前只是根據(jù)某些通用的試驗(yàn)方法所測(cè)定的含水率來(lái)代表這些界限含水率。在采用室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)判定時(shí)，不能完全照搬規(guī)范，而應(yīng)該根據(jù)本區(qū)域內(nèi)實(shí)際的地質(zhì)情況區(qū)別對(duì)待，地區(qū)的權(quán)威專(zhuān)家最好能根據(jù)本區(qū)域的實(shí)際情況，制定更加適合本地區(qū)使用的地方規(guī)范，使土工試驗(yàn)結(jié)果與野外測(cè)試結(jié)果得出的結(jié)論更加一致，試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到更加合理的利用。

(三)土的壓縮試驗(yàn)

土受到壓力作用后，其體積便縮小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為土的壓縮。從土的三相組成來(lái)看，土體的壓縮原因包括以下幾點(diǎn)：(1)土粒本身的壓縮變形；(2)孔隙水和空氣的壓縮變形；(3)孔隙中水與空氣一部分被擠出。土壓縮的主要原因是由于水分?jǐn)D出(非飽和土還有空氣擠出)，土的骨架受到有效壓力的作用，使顆粒重新排列以及孔隙體積減小的緣故，所以土的壓縮過(guò)程需要一定的時(shí)間完成。

(四)土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

土的抗剪強(qiáng)度由黏聚力和內(nèi)摩擦力組成，土顆粒間的表面摩擦力和土顆粒間的咬合力，一般統(tǒng)稱(chēng)為內(nèi)摩擦力，土體單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力F與作用在該面上的法向壓應(yīng)力σ成正比，其比例系數(shù)稱(chēng)為內(nèi)摩擦系數(shù)f，f值等于內(nèi)摩擦角的正切。土顆粒間的黏聚力，包括原始黏聚力、固化黏聚力及毛細(xì)黏聚力三部分。砂土的抗剪強(qiáng)度主要取決于內(nèi)摩擦力，在土的濕度不大時(shí)出現(xiàn)一些毛細(xì)黏聚力，但其值很小，一般可忽略不計(jì)。黏性土的抗剪強(qiáng)度來(lái)源于黏聚力和內(nèi)摩擦力二者兼有。土的顆粒越細(xì)，塑性越大，則黏聚力所起的作用也越大。

根據(jù)大量的試驗(yàn)表明，在同一組試樣中，固結(jié)快剪試驗(yàn)的黏聚力一般較快剪要小，內(nèi)摩擦角變大，出現(xiàn)該情況的原因應(yīng)該是由于土在受壓的過(guò)程中土骨架受到擠壓重組，導(dǎo)致原始黏聚力和毛細(xì)黏聚力降低的原因。固結(jié)不排水剪(CU)試驗(yàn)相較于不固結(jié)不排水剪(UU)，由于試驗(yàn)經(jīng)過(guò)固結(jié)排水，不論是在黏聚力還是角度，都會(huì)相應(yīng)的提高。剪切試驗(yàn)參數(shù)主要用于地基土強(qiáng)度、基坑或者邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算，因此試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和有效性關(guān)乎工程的質(zhì)量和安全，因此試驗(yàn)時(shí)必須嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，避免弄虛作假，給工程造成無(wú)法挽回的損失。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在巖土工程勘察中應(yīng)用土工試驗(yàn)成果效果顯著，尤其對(duì)于高程建筑、基坑工程以及地質(zhì)情況復(fù)雜的工程來(lái)說(shuō)，需要試驗(yàn)提供大量的驗(yàn)算參數(shù)。因此準(zhǔn)確、全面且完整的成果數(shù)據(jù)為建筑工程提供了有效的參考依據(jù)，有利于提高工程質(zhì)量。在具體的試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)該注意操作規(guī)范，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。