試述土工試驗中土的物理力學指標影響因素

方蔚成

(廈門華巖勘測設計有限公司，福建 廈門 361004)

巖土工程勘察工作中，土工試驗是重要的組成部分，所獲得的試驗數據可以為巖土工程勘察設計提供有價值的參考依據。由于施工場地有限，工作人員所具備的技術能力有所不同，所采用的試驗儀器存在不同，必然會對試驗成果產生一定的影響，使得準確性無法保證，試驗結果缺乏科學，精確度不夠高，數據信息缺乏真實性，導致工程設計質量受到影響。所以，對于室內土工試驗中所存在的問題進行研究是非常必要的，以準確判斷試驗數據是否準確。

1 土工試驗中物理力度指標的分類

土工試驗是在室內展開的，主要包括兩種方式，即物理性試驗方式和力學性試驗方式。采用物理性試驗方式，在測定土的時候不會受到人為因素的影響，包括密度、含水率、比重、顆粒級配以及液塑限等各項指標都不會受到影響，所獲得的結果可以為巖土工程師以及工程勘察人員提供有價值的依據，為更好地劃分地基土層[1]。在進行力學性試驗的時候，在外力作用下測定土體，明確土體對外力能力的抵抗指標，諸如土體的抗剪強度、土體的壓縮性以及土體的滲透性等等，為巖土工程師以及設計人員提供依據，在設計建筑物基礎的時候，為基坑支護提供有價值的依據，為邊坡穩定性提供參考依據。

2 土的物理性指標及影響因素

要充分了解土的物理性質指標，就可以對土樣物理指標予以掌握，諸如土樣的密實度以及土樣的含水率等等，同時還可以獲得土樣的其他物理指標，諸如土樣的孔隙比、土樣的液性指數、土樣的土粒比重、土樣的飽和度、土樣的液限、土樣的塑性指數、土樣的塑限以及土樣的含水率，其中比較重要的物理指標是土的含水率、密度以及土粒的比重等等，這些在土工試驗中就可以獲得結果，通過換算這三種物理指標，就可以獲得其他的物理指標。

在土的各項物理指標中，含水率是非常容易變化的，而且土質不同，其中所含有的水分也會有所不同，如果存在其他因素，也會對土的含水率造成一定的影響，比如，土層存在不均勻性、沒有按照規范進行取樣，當土樣運輸的時候，以及向試驗室運輸以及對土樣的儲存期間，都會受到各種因素的影響，特別是環境溫度的變化，土樣的含水量也會發生變化[2]。

土的總質量與總體積之間的比例就是質的密度，這就是單位體積土的質量。從土的狀態對一般土質的密度進行劃分，主要包括三種，即土樣的天然密度、土樣的干密度以及土樣的飽和密度等等。

3 力學性指標及影響因素

土的力學指標有很多，主要包括回彈模量、壓縮系數、承載比、壓縮指數、固結系數、壓縮模量、內聚力、內摩擦角等等。隨著土的體積產生變形，通常是隨著土體積的縮小來呈現，所以，外力作用下會產生體積縮小的問題，這就是土體的壓縮性。對于土的壓縮性可以采用固結試驗加以確定，其主要包括兩個特點，其一是土的壓縮性會隨著土內孔隙的縮小而減小體積，其二是當排除孔隙水之后，土樣就會出現壓縮的現象，飽和黏土經過一定時間之后就會逐漸恢復，隨著時間的變化，壓縮性也會產生變化，隨著時間的延長，土也會逐漸固結。進行固結試驗的時候，需要對土質的壓力進行測定。土的其他指標，包括土的力學性指標以及土的的抗剪強度等等，都會受到外界因素的影響，導致剪應力發生變化，抵抗力也會隨之產生。

影響土的物理性的主要因素包括如下幾個方面。

3.1 土內礦物成分以及顆粒形狀所帶來的影響

對于黏性土而言，礦物質是重要的影響成分，通過測試黏性土，就會發現黏性土的抗剪強度會產生變化，這是由于土內所含有的礦物多種多樣，其中礦物質含量也會發生變化，這必然會對黏性土造成不良影響，土中所含有的礦物含量產生變化，黏性土的性質也會發生變化。

對于砂性土而言，對其性質產生很大影響的是顆粒形狀產生的影響以及級配產生的影響。在砂性土當中，土的顆粒級配必然會影響顆粒的大小，諸如顆粒的粗細不同、大小不同，產生不同的形狀等等，隨著顆粒數量的增多，表面就會更加粗糙，由此增加土的內摩擦角，提高了土的抗剪強度。

3.2 天然含水率的影響

土體的天然含水率增加，液限指數也會增加，必然會減弱細粒土的連結，降低其強度。粗粒土會影響到土體的含水率，當干砂土處于純凈狀態下的摩擦角必然會很大，與干砂土在飽和狀態下相比，會增加內摩擦角，由于土體中含有少量的毛細水，導致干砂土中所含有毛細水產生連結，形成一定的黏聚力，但是如果黏聚力比較小，這種毛細水的連結就不必存在了。

3.3 密實度的影響

隨著土內存在很大的密實度，這是由于土內的孔隙比會減小，土的接觸點會相應地增大，使得細粒土中的連結就會降低，土的強度也會相應地降低。在土中，土的密實度是非常重要的，對土進行深入研究，土中的孔隙非常小，土的抗剪強度就會增加，兩者存在反比的關系。

3.4 受力條件的影響

土的含水量會對其連結度產生影響，土的結構也會對其連結度產生影響，其對擾動有較高的敏感度，這是由于土結構在擾動的作用下遭到破壞，隨著連結逐漸消弱，抗剪強度也會相應地降低，兩者是存在正相關性的[3]。

4 土的物理力學指標的相關性

通過上面的研究，分析土的物理指標和力學指標，認識兩者不是各自獨立存在的，而是相互作用的。土的物理性質對土的力學性質起到了決定性的作用，土的強度也不是固定不變的，而是隨著外界環境發生變化，土的強度也發生變化，擾動對天然土體的結構會產生一定的影響，因此需要高度重視。土的礦物成分關于到土的力學性質，通過試驗獲得的結果進行分析，能夠知道土體壓縮成為曲線形狀與其含水率有密切關系，與土質結構之間也存在關聯性。從土內的砂粒以及其中所含有的礦物成分角度而言，土粒比重發揮著重要的作用，如果土中所含有的礦物含量比較多，土粒所占有的比重就會比較大，如果土的黏土粒含量比較多，土粒所占有的比重也會比較大，土的塑性指數也會相應地變大。土的塑性直接關乎到土的抗剪強度，隨著土的塑性減小，土的內摩擦角值就會有所增加。此外，土內的含水率也會直接影響到土的力學指標，處于同一環境中，在同一類的土中，隨著含水率的增加，土的內摩擦角就會減小，黏聚力也會相應地減小。

5 結 語

通過上面的研究可以明確，隨著工程量的增加，工程任務的不斷加重，加之工期非常緊張，土工試驗室工作就越發重要，而且工作量也明顯增加。要保證工程質量，試驗人員就要從工程實際出發展開試驗，做到實事求是，將土的物理性質結合到力學性質當中，將兩者緊密結合起來，采用數理統計的方法進行分析，將科學合理的土工試驗報告提供出來，保證報告內容的準確性。