淺談土工試驗成果在巖土工程勘察中的應用及常見問題

(湖南省湘南工程勘察公司 湖南 郴州 423000)

一、引言

土工試驗是工程勘察的一個重要組成部分，為各種工程建(構)筑物、公路、鐵路、水利等的設計施工提供重要的參數(shù)，因此，其準確性和真實性關系到整個建筑的安全和質量問題，除了要保證試驗成果的可靠性外，對試驗成果的應用也應結合現(xiàn)場實際情況進行，尤其對于當?shù)卮嬖诘哪承┹^為特殊的地質，而不是完全套用規(guī)范。因此，對土工試驗成果在巖土工程勘察中的應用及常見問題進行詳細探究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

二、土工試驗分析

對于巖土工程而言，其建設的目的在于更好的開發(fā)資源，為社會的生產、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看，很多地方的巖土工程，都受到了自然環(huán)境的嚴重制約，如果不能通過合理的手段來改善，將很容易造成強烈的威脅，甚至是給地方發(fā)展構成嚴重的不良影響。分析認為，土工試驗的特點，主要是集中在以下幾個方面：(1)巖土工程的勘察工作，不可能完全通過經(jīng)驗模式來開展，必須具備足夠的科學依據(jù)，要求在各項數(shù)據(jù)上、信息上、材料上，都達到健全的目標，我們利用土工試驗，可以更好地了解到巖土工程的特色，在多個方面掌握好工作的重點，同時掌握好工作的具體方向，避免出現(xiàn)嚴重的惡性循環(huán)。(2)土工試驗在開展的過程中，能夠利用一些比較積極的手段來完成，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、土工試驗及數(shù)據(jù)的重要作用

土是一種典型的多孔介質，是自然地質歷史產物，非人工制造產物，主要是由顆粒(固相)、水(液相)和氣體(氣相)三相物質組成。由于土是地殼表層的巖石岡化后產生的松散堆積物，因此具有流動性特征，同時，不同區(qū)域的土體性質由一定的區(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，要求以該土作為設計對象，因此，必須采用土工試驗方式，準確檢測土體的物理指標、力學指標等，然后合理應用于巖土工程項目建設中。

四、土工試驗成果在巖土工程勘察中的應用

(一)土的含水率、密度、比重試驗

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系，反應著土的物理狀態(tài)，如干燥或潮濕，疏松或密實。這些指標是最基本的物理性質指標，它們對于評價土的工程性質具有重要的意義。土的以上參數(shù)除受自身特性影響外，同時也受取樣條件、樣本運輸、存放時間以及制樣過程中人為因素的影響。由于三個指標屬于原始指標，一旦指標存有誤差，那么整個試驗過程準確率都會受到影響，嚴重會出現(xiàn)根本性錯誤。尤其是對于比重試驗而言，試驗過程中稍有不慎，很容易導致試驗結果的嚴重偏離。因此要求試驗人員在試驗的過程中要十分謹慎，嚴格按照試驗規(guī)程進行，盡量減小誤差，最大程度地保證試驗成果的精準度。

(二)土的界限含水率

細粒土由某一狀態(tài)轉入另一狀態(tài)時的界限含水率，稱為土的界限含水率。土由流動狀態(tài)變成可塑狀態(tài)的界限含水率叫塑性上限含水率，簡稱液限；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，簡稱塑限；由半固態(tài)轉為固態(tài)的分界含水率叫縮限。液限和塑限是細粒土的重要指標，是工程中為了區(qū)分巖土的某些狀態(tài)而定義的，事實上黏性土從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的逐漸過度的，并無明確的界限。目前只是根據(jù)某些通用的試驗方法所測定的含水率來代表這些界限含水率。在采用室內試驗來判定時，不能完全照搬規(guī)范，而應該根據(jù)本區(qū)域內實際的地質情況區(qū)別對待，地區(qū)的權威專家最好能根據(jù)本區(qū)域的實際情況，制定更加適合本地區(qū)使用的地方規(guī)范，使土工試驗結果與野外測試結果得出的結論更加一致，試驗數(shù)據(jù)得到更加合理的利用。

(三)土的壓縮試驗

土受到壓力作用后，其體積便縮小，這種現(xiàn)象稱為土的壓縮。從土的三相組成來看，土體的壓縮原因包括以下幾點：(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擠出(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，所以土的壓縮過程需要一定的時間完成。

(四)土的抗剪強度試驗

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

根據(jù)大量的試驗表明，在同一組試樣中，固結快剪試驗的黏聚力一般較快剪要小，內摩擦角變大，出現(xiàn)該情況的原因應該是由于土在受壓的過程中土骨架受到擠壓重組，導致原始黏聚力和毛細黏聚力降低的原因。固結不排水剪(CU)試驗相較于不固結不排水剪(UU)，由于試驗經(jīng)過固結排水，不論是在黏聚力還是角度，都會相應的提高。剪切試驗參數(shù)主要用于地基土強度、基坑或者邊坡穩(wěn)定性驗算，因此試驗的準確性和有效性關乎工程的質量和安全，因此試驗時必須嚴格按照規(guī)范進行，避免弄虛作假，給工程造成無法挽回的損失。

五、結語

綜上所述，在巖土工程勘察中應用土工試驗成果效果顯著，尤其對于高程建筑、基坑工程以及地質情況復雜的工程來說，需要試驗提供大量的驗算參數(shù)。因此準確、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)，有利于提高工程質量。在具體的試驗過程中，應該注意操作規(guī)范，保證檢測結果的準確性和可靠性。