美標歐標和國標關于土工試驗成果分析研究

何險高 李建常 汪 凌

(江蘇省地質工程勘察院，江蘇 南京 221018)

1 概述

隨著中國“一帶一路”逐步推進，中國企業越來越多走向了國際市場，特別是基礎建設行業，在欠發達國家尤為突出，很多國家自身建筑行業標準不完善，早年常為美、英殖民地，受其影響，建筑行業標準，經常應業主要求采用美標或者英標。為了匹配巖土工程設計采用的美標或英標，土工試驗也必須相應采用美標或英標。

2 試驗方法的差異

每種標準試驗方法都有所不同，這里重點介紹液塑限測定、固結試驗、剪切試驗這三種方法的差異。

2.1 液塑限測定

1)美標。依據ASTM D4318-10，液限采用卡薩格蘭德碟式液限儀完成，儀器為機械裝置，手工搖動，自動落碟和計數，試驗前經校準合格，調整好落高10 mm。采用多點法(一般4個點)，取下落擊次為25擊所對應的含水率作為液限；塑限采用滾搓法，把試樣滾搓到直徑達3.2 mm時剛好出現斷裂或裂紋時的含水率作為塑限含水率，做2份為平行試驗。稱量容器經稱量校準。試驗稱量至0.01 g。

2)英標。依據BSI BS EN ISO 17892-12 2004-10，液限采用圓錐儀法，液塑限聯合測定儀經校準合格，試驗前經過實測對比。使用80 g/30°圓錐儀，采用多點法(一般4個點)，取下沉深度為20 mm所對應的含水率作為液限；塑限采用滾搓法。稱量容器經稱量校準。試驗稱量至0.01 g。

3)國標。依據GB/T 50123—2019，液限采用圓錐儀法，液塑限聯合測定儀經校準合格實驗前經過實測對比，使用76 g/30°圓錐儀，取下沉深度10 mm所對應的含水率作為液限，塑限采用滾搓法，將試樣滾搓成3 mm時產生裂隙并開始斷裂則試樣的含水率達到塑限含水率。分別取2份作為平行試驗，稱量容器經稱量校準，精確至0.01 g。

2.2 固結試驗

各標準差異較小,試驗步驟相似。

都是用內徑61.8 mm，高度20 mm的環刀制備試樣，量程10 mm，最小分度值為0.01 mm的百分表或精確度為全量程0.2%的位移傳感器。

將制備好的試樣安裝至容器內，施加接觸壓力使試樣與儀器上下各部件之間接觸，將百分表或傳感器調整到零位或測讀初讀數。

荷重比LIR=1，一般荷重序列為12.5 kPa,25 kPa,50 kPa,100 kPa,200 kPa,400 kPa,800 kPa,1 600 kPa,3 200 kPa，施加每級壓力24 h后測定試樣高度變化作為穩定標準，按此步驟逐級加壓至試驗結束。

存在的差別主要有：

1)接觸壓力：美標是5 kPa，當5 kPa荷載會導致明顯固結時，應不大于3 kPa，國標是1 kPa，英標不大于2 kPa。

2)初始荷載：美標和國標為12.5 kPa，英標要求對堅硬土對于原位土層上覆有效壓力，硬土小于原位土層上覆有效壓力，軟土小于原位土層上覆有效壓力，一般為25 kPa，很軟的土為6 kPa或12 kPa，以免土擠出。

3)注意到美標固結方法分為方法A 和方法B。方法A至少讀取兩級荷載規定時間的軸向變形量，且至少有一級荷載是大于第一先期固結壓力的。臨近固結結束階段，要讀取足夠的數據以驗證主固結是否已完成。一般荷載持續時間為24 h，一些土可能需要超過24 h才能完成固結，此時荷載持續時間應為24 h的倍數，且在報告中注明。方法B是每級荷載均讀取規定時間的軸向變形量，荷載持續時間為常數并且對于按時間平方根法或時間對數法算得的固結時間。

4)英標荷載持續時間一般為24 h，但應該通過第一級荷載的變形量數據加以驗證。少部分土可能需要48 h，有些土可能不小于24 h或更短，此時可以提高加核頻率。

5)美標和英標對有膨脹的土做了相應的規定。

2.3 剪切試驗

各標準的試驗儀器均為應變控制式直剪儀，儀器的形式和組成大致相同。試樣的規格和形狀有所差異。國標試樣是圓形的，直徑61.8，高度20；英標試樣是方形的，邊長60～100，高度20～25；美標試樣為方形或圓形，邊長或直徑不小于50，高度不小于13。

試驗步驟大體相同，包括試樣制備、檢查設備、安裝試樣、施加軸向荷載、固結、剪切直至剪損、停機。

標準的差異主要是固結完成的判定標準和剪切速率不同。

國標的標準是0.005 mm/h。按實測的時間變形曲線，用時間對數法求得t50,總的剪切時間t=50t50,用預估的剪損位移計算剪切速率。

英標的標準按實測時間變形曲線,用時間平方根法得到t100,總剪切時間tf=12.7t100。

用預估的達到剪損的水平剪切位移值除以tf計算剪切速率。

美標ASTM D6528—2017固結完成的標準判定方法是用最大荷載增量的固結變形—時間平方根曲線判定主固結完成。荷載保持時間，在10倍t90或1d與t95之間取小值。在曲線上求得t90,以t90對應的固結變形量為準，再增加1/18的固結變形量，在曲線上求得t95。剪損時間要求超過2倍t90，速率要足夠小，以使剪切產生的超靜孔隙水壓力消散。經驗上速率可取5%/h。

3 工程實際試驗數據對比分析

3.1 項目概況

孟加拉國某污水處理廠位于孟加拉國達卡市郊，擬建場地為河流沖積平原，勘察時最深鉆孔為65 m，揭露地層主要為第四系全新統和更新統沖積的黏性土、砂土為主。黏性土為軟塑黏土，細砂層、硬塑黏土和密實的細砂層等。為了更好匹配美標、歐標、中國標準中巖土設計參數的需要，本次勘察針對同一層土取了多組樣品，分別采用上述3種標準進行土工試驗。

3.2 試驗成果對比

現場取樣，分別用上述3種方法測出來的結果，經數理統計，同一層土不同指標的平均值見表1，表2。

表1 物理指標結果統計表

表2 力學指標結果統計表

3.3 結果分析

1)對比分析以上測試成果，其中液限數值呈現明顯差距，測試結果歐標>美標>國標，其他的幾項指標含水量、壓縮模量、壓縮系數、黏聚力、內摩擦角則沒有呈現出明顯差距。

2)液限的差距，導致計算值液限指數(IL)、塑限指數(IP)均會有很大區別。在我國國內的巖土工程勘察報告中，塑限指數(IP)通常是用來作為土的定名依據，液限指數(IL)通常是用來評價土的軟硬狀態的。為了方便使用巖土工程勘察規范和建筑地基基礎設計規范等國內已有規范，試驗采用了圓錐下沉深度10 mm時的含水率作為液限標準，導致了以上差異。國標土工試驗方法標準中碟式儀法也作為標準列入，同76 g錐下沉深度為17 mm標準等效。 而在美標、歐標中，通常只拿液限(ωL)來定名。土的軟硬狀態則通用SPT擊數來區分。要說明的是，美標和歐標利用塑性土對細粒土進行分類與國內分類有所差異。這也是我國國標和美標、歐標最大的差別之處。

3)對比壓縮模量、壓縮系數，雖然試驗所用環刀尺寸不一致，加荷時間和順序不一致，但最終結果，美標、歐標的壓縮模量、壓縮系數和國標的標準固結試驗結果沒有明顯的差異。

4)對比黏聚力、內摩擦角結果，雖然剪切速率不一致，但最終結果，美標、歐標測出的黏聚力、內摩擦角和國標的慢剪試驗結果沒有明顯的差異。

4 結論

通過對比分析美標、歐標和國標對同一種土的試驗結果，可以獲得一些基本思路。

1)在一些項目中，有中國設計人員，使用當地勘察公司提供的美標或者歐標勘察報告中，對正確選取、使用勘察報告中的巖土參數，有個基本認知。

2)中國的勘察單位，在一些國外項目勘察過程中，要求執行美標或者歐標，在試驗操作過程中有一定參考和借鑒。同時在勘察報告編寫時，如何正確評價各土層性質，更好把握各評價巖土參數有一個基本認識。

3)熟練掌握勘察過程中的美標、歐標和國標，和國際接軌，能更好服務于“一帶一路”項目。

4)相比國內標準，美標和歐標比較重視試驗過程，如樣品信息、樣品描述、取樣方法、樣品制備描述、儀器檢查、方法選擇、試劑等影響因素，在報告里都要說明。