巖土工程勘察土工試驗檢測要點研究

王新富

（中煤浙江勘測設計有限公司，浙江 杭州 313000）

土工試驗在巖土工程勘察工作當中占據著十分重要的地位，通過土工試驗，可以對土的物理、力學性質等信息數據準確獲取，進而更好的指導工程勘察與設計工作。但在土工試驗開展過程當中，時常遭受一些因素影響，如自然界中不均勻的土層以及獲取樣品、保存、運輸過程當中擾動原土，再加上不合理的操作，相關試驗儀器設備存在的差異性與工作人員整體素質等因素都會影響巖土工程勘察的精準性。為此，探討分析土工試驗存在的相關問題，并采取有效措施進行應對，保證試驗結果的科學性、合理性具有非常重要的現實意義[1]。

1 試樣制備

第一，應當對同樣級別合理劃分，在對土樣筒開啟之后，首先對土樣質量進行檢查，并對土樣質量等級合理劃分，劃分土樣質量等級過程當中可以根據下面四種方法進行確定，如檢查外觀，對回收率進行測定，開展X射線檢驗同時進行室內試驗。第二，在認真遵循試樣制備要求下，科學合理的進行制樣。室內制樣過程當中，主要運用環刀將規定數量試驗樣品切取，如果在這樣過程當中不合理的操作，會引發圖樣級別出現下降，所以這樣過程當中必須要將以下幾點充分把握好：①將凡士林均勻的涂在環刀內壁，控制和減少環刀對土樣造成摩擦，擾動土樣壓密。然而在實際工作中發現，這一操作步驟當中，很多沒有有效落實凡士林這一操作步驟；②垂直下壓環刀，這樣能夠有效控制和減少環刀偏向受壓引發一側土樣壓密改變以及縫隙大小，使土樣的容重以及壓縮模量出現失真問題；③下壓環刀過程當中，一邊進行下壓，一邊進行削切，可以有效控制和減少環刀外側壁和土樣之間產生大的摩擦，影響土樣壓密；④環刀壓入之后，削平土樣的上下端面，并利用鋼絲鋸合理整屏軟土，避免對軟土造成二次擾動，利用切土刀削平其他土。第三，要將開樣記錄工作充分做好，在制樣工作當中要充分了解和掌握土樣的顏色，礦物成分包含物及其名稱、屬性、狀態、軟硬情況等，這更利于后期對相關數據展開全面的整理對比和全面性的研究，獲知和工程實際相符的信息數據，更利于工作人員對相關經驗積累[2-4]。

2 土的物理性質試驗

2.1 含水率試驗

如果存在不均勻的土層或者擾動土樣取樣，遭受取樣器以及筒壁擠壓，在運輸土樣和存放土樣過程當中沒有采取有效措施進行保護，導致土樣失水，都會引發土樣含水率出現改變。在實驗室如果不合理的進行操作，也會對測試土樣含水率造成不利影響，主要體現在以下幾點：①不同的取樣位置，特別是一些粘性土具有較高的粉質含量，還有砂土、粉土等，采取土樣的上中下各個部位，有著很大差別的含水量，為了避免這種情況出現，應當將不同部位土樣混合之后再對含水量試驗樣品進行采?。虎诶娩X盒對樣品進行烘干過程當中應當開口，促進水的快速蒸發，并定期的標定鋁盒質量，長期的存放鋁合會出現氧化，磨損等相關質量問題，通過定期標定工作的開展，能夠控制和減少誤差出現；③烘干時間和溫度也會影響到含水率，有些土壤樣品具有較高的粘粒含量，如膨脹土和紅粘土粘粒含量都比較高，還有著非常高的比表面積，具有很強的吸附水作用，應當在105℃～110℃進行8 h烘干，而烘干沙土應當在6 h以上，有機質土烘干過程中，應當保持于65℃～70℃恒溫烘干至恒重，避免損失掉土壤當中的各種有機質，增加含水率。

2.2 土粒比重試驗

對于土粒比重而言，是土粒質量和相同體積純蒸餾水，在4℃條件下產生的質量比值，反映著土最基本的物理指標，通過理論層面進行分析，要將土粒比重準確的進行講解存在非常大的難度。由于在國標當中，運用的試驗方法能在以下影響因素：①結合水造成了影響，土粒通常帶有負電荷，常常和周圍的水發生相互影響，生成結合水，在土粒烘干溫度條件下，這些結合水仍然可以對粘粒表面進行吸附，這樣一來導致土粒體積測量過程當中與實際體積相比較大，導致測試結果相對偏小。②土粒間膠結物固化土粒間影響。樣品制備過程中，進行烘干時，粘土礦物、二氧化硅等次生膠態礦物具有不可溶性，容易對團粒形成固化，導致團粒無法在水的因素影響下分散，而且對團立進行加熱煮沸也難以得到全部分散，導致土粒具有相對較小的密度。

通過理論和實踐研究發現，不同大小顆粒粒徑會影響土的比重，通常情況下越是較細的顆粒粒徑，越有著較大的比重。在測試比重過程當中非常的繁瑣，然而各種類型的土樣均存在一個較為穩定的比重值，開展比重平行試驗過程當中，可以存在0.02 的誤差，這些為相關經驗方程建立提供了極大的便利性。在開展試驗過程當中，很難有效測量顆粒粒徑，但是其和土的塑性指數存在很大的相關性，較大的顆粒粒徑，塑性指數會不斷變小，同時顆粒比重和塑性指數都是沒有量的綱數據，可以通過數理統計學相關理論，對于土顆粒比重和塑性指數之間的關系進行構建。

2.3 界限含水量試驗

基于液塑限聯合測定法相關理論，主要是指在雙對數坐標紙上含水率和圓錐下沉深度表現為直線關系，運用這一方法可以制備界限含水量土樣，土質均勻的可以運用天然含水狀態土樣；土樣不均勻的利用風干的土樣，如果有雜物和0.5 mm的土粒存在于試樣當中，應當選擇應用0.5 mm篩進行過篩，在具體操作時，時常有很多壓碎的錳質、鐵質存在于土樣當中，這種情況引發液、塑限含水率較低，界限含水率試驗過程中運用風干土樣，樣品應當進行24 小時浸泡才可開展試驗，不然會導致偏低的試驗結果出現。適應工作開展過程當中，可以將不同水量加入其中均勻調和，調和好的試樣運用盛土杯進行盛取，樣品填入過程中必須要保證均勻性，試驗樣品含水量較低的，容易在盛土杯中引發含水量差異問題，試驗樣品含水量較高的，容易導致盛土杯中出現空洞的土體，平整杯口土面過程中，不可通過調土刀將其過分的抹平，特別是粉土極易發生失水的，會引發杯表面出現較低的含水量，引發試驗誤差出現。在實際試驗時，可以在杯土當中不同位置開展兩次測試，對試樣是否均勻開展檢驗，依照規范要求，對含水率不同的三個點開展測定工作，依照實際經驗，應當對含水率不同的四個點進行測定，同時這些點粘性土可以運用下沉深度13 左右，而粉土則應用6 左右的錐尖下沉深度，這樣不僅能夠開展平行對比，使試驗精度大幅提升，而且能夠在規定三點回歸性不佳時，運用相應的補救措施進行補救。液塑限試驗運用搓條法，雖然于規范要求相允許，但是卻存在非常大的人為影響，通過長期開展實驗對比，通過這種方法進行試驗土樣中含有的粉質量不斷增大，塑性指數值也會存在非常明顯的增加，主要處于0.1 ～ 0.3 誤差水平。

2.4 顆粒分析試驗

對于0.075 mm粒徑大小的土樣，可以運用密度計法進行顆粒分析試驗，但是這種分析方法相對較為復雜，很多單位常常忽視這種方法，這種試驗不但可以修正粉土承載力特征值，而且還能有效判別液化，在分析過程當中，對土體開展定名工作是非常重要的數據，規范要求粉土是大于0.075 mm粒徑但顆粒質量，但是和總質量相比，在其50%以下，同時為≤10 塑性指數的土，現在依然有定名粉土過程當中不對分析試驗結果進行考慮，只是根據≤10 塑性指數來開展定名。粉砂測定過程當中也有塑性指數存在，如果單單的根據塑性指數對粉土進行劃分就會出現誤判情況。雖然密度計法有著十分廣泛的應用，但是這一方法也不是非常的完美。另外，利用這一方法進行試驗過程中，懸液溫度應當在28℃以下。同時試驗土顆粒形狀不應當是球形，應當為顆粒不規則的形狀，越是不規則的顆粒，愿有著較大的下降阻力，沉降速度也會變慢，然而利用斯托克公式，由于沒有重視，顆粒形狀造成的影響，導致實際沉降速度測定L/t 偏大，這樣一來就會引發試驗測得偏高粘粒含量的結果，所以應當合理修正試驗結果數據。

3 土的力學性質試驗

3.1 固結試驗

通過固結試驗能夠對土體在壓力因素影響下，獲得壓縮系數α、壓縮模量與固結系數，對于地基沉降量計算有著非常重要的作用，還能對土體固結特性做出準確判斷。在具體開展試驗時，常常根據下面因素來確定其準確度：①定期校正儀器，對儀器頻繁拆卸，透水蝕磨損不斷變化的濾紙規格都會影響測試結果。②上下部位分布的透水石含量和天然含水量相接近，其含水量差異會一定程度上影響土體固結，此種變化影響土體較為隱蔽，很難被發現。膨脹性土樣影響更大。在透水時含水量與土樣相比較小時，會使土樣失水加速而出現收縮，引發壓縮量加大。③適應儀器安裝必須要嚴格歸零，環刀上下土面應當緊密，接觸上下透水石處濾紙引發誤差。④歸零百分表過程中，應當確保測量百分表活動軸桿，量程足夠，避免對壓縮變形量造成影響，如果儀器量程和土樣壓縮變形相比較小，就極易引發壓縮試驗失真。

對土的壓縮性指標α、Es 開展室內特定，主要運用我去買條褲子，標準固結試驗以及快速固結試驗。然而標準固結試驗具有很長的試驗周期，很多時候難以滿足生產要求。考慮快速固結法已經有了很長時間的應用，同時在應用實際也沒有出現其他問題，證明這一方法具有一定的實用意義。現在快速固結法在很多單位試驗室試驗過程中還有普遍應用，如果對其全部否定也不一定最好。通過綜合分析研究筆者認為，一般工程可以運用快速固結法進行試驗。工程較為重要的也可運用標準固結法。

在具體試驗過程當中發現室內試驗Cυ 值相較于現場測試相對偏小，對其原因進行分析，由于擾動土樣所導致，土樣無法將實際土層情況全部代表，特別是有砂夾層存在地層中的情況更是如此，對這種問題進行解決，需要對比多種方法，如現場測試固結系數試驗就是一種相對較好的方法，由于現場試驗和室內試驗相比，能夠將土層大范圍情況以及夾層現狀充分顯現出來，當前現場試驗通常將具有孔壓測量裝置探頭在土中壓入，之后分析單隨時間變化產生孔壓的消散值，對土的原位固結系數進行計算，通過這種方法，可以合并開展靜力觸探試驗，有效對比現場試驗與室內試驗，那軟粘土固結系數Cυ 進行確定[5]。

3.2 抗剪強度試驗

3.2.1 直接剪切試驗

這種試驗操作相對較為簡便，在強度試驗當中發揮著非常重要的作用，理論層面上依照庫倫定律S=C+tg Φ 各級載荷點其關系為直線線性關系，Φ 為直線傾角，在縱軸截距上直線為C，就是可以通過線性回歸方程來求解抗剪強度指標。在計算線性回歸時，倘若四級荷載剪切試驗點存在不同時，可以將三角形重心法在一條直線上作圖，開展相應的計算，倘若C、Φ 值在四級荷載剪切試驗點相關相關關系與一定值相滿足時，便認為該組樣品有著較好的線性相關性，有著很高的可信度。

如果復雜條件影響直剪試驗，在開展試驗過程中，時常發生軟土沒有峰值強度問題出現，剪切強度具有較差的回歸性指標，數據存在較低的可靠性，但是規范沒有將相關的線性系數r取值范圍給給出，為了使操作過程更加的規范，在統計多年試驗數據過程當中獲知，此區線性相關系數和慢性試驗r相比≥0.974、固結快剪r以及直接快剪試驗分別為r≥ 0.972、r ≥0.963 時，對結果判定為可靠，倘若r和經驗值相比較小時，提示樣品試驗數據有著較差的線性特征，必須要對原因進行查明，并對試驗點進行補充。針對區內五組樣品開展直接快剪試驗，線性相關系數均和要求相符合。

3.2.2 三軸壓縮試驗

運用這一實驗方法，由于可以有效控制受力狀態，剪切過程當中，隨著軟弱面破碎剪切面，還能對試樣排水條件有效控制，可以對土的空隙，壓力以及體積改變準確的開展測定，相比于直剪優點更加的突出，所以認為這一方法是現在最為準確的方法之一，特別是在勘察重點工程過程當中，必須要開展此項試驗。目前業界應用的三軸儀非常的普遍，但仍有一些不足存在，特別是設備有一些柔性誤差，同時還有一些基座誤差和端部約束誤差。對于柔性誤差而言，是在試樣測量過程當中，初始高度以及剪切過程當中，橡皮膜、透水板、以及濾紙承載筒等都有關設備都有一些變形存在，雖然設備剛度之后可以將這些誤差有效消除，然而在開展小應變測量過程當中，因橡皮膜在試樣表面顆粒空隙當中部分嵌入，嚴重影響到高度測量，致使土體剛度與現場試驗鋼路相比較小。端部約束誤差主要是指儀器接觸適應兩端部位形成的摩擦阻力，由于約束因素影響摩擦阻力，導致試樣發生不均勻的變形，雖然試樣端部也出現變形，但是和中部相比相對較小，約束影響因素試驗中部，理論層面進行分析。測量區域選擇試樣中部，獲得的應變結果精確度會更高?；`差主要是由于基座、試樣以及承載筒無法共同對中，引發加載偏心而導致誤差出現?，F在很多研究工作者為了促進三軸儀測量精度不斷提升，相應的研究工作也在日漸深入，通過定和誤差率或者對試驗手段進行改進，來控制和減少，順便橡皮膜產生的誤差，然而由于很多隨機因素影響，這些誤差有時很難進行修正，最為有效的應對方法，是在壓力是內部移動測量裝置，并將其在試樣上放置，便可將試樣的直徑與高度直接量出，可以對上述誤差影響有效控制，但是這些給測量裝置提出的要求也越來越高，現在在此方面的研究也在不斷深入，并得到了普及推廣。

4 體會

開展土工試驗獲得的數據是否準確和試樣質量等級密切相關，同時也和試樣制樣與試驗本身具有的特點和局限性密切相關，在工作實際必須要對這些問題給予充分重視，同時分析整理試驗結果過程當中，對試驗理論和地區經驗關系充分結合，才能將真實科學的工程試驗數據進行提交，更好地為工程建設服務。