土工試驗中應注意的問題及試驗成果綜合分析

廖秋鳳

(福建省建專巖土工程有限公司，福建 泉州 362000)

0 前 言

由于巖土自身的多樣性，取樣運輸過程中的擾動，以及試驗儀器和操作方法的差異及試驗人員的素質不同，使得土工試驗中測試的結果存在差異，導致測試結果準確不高，在一定程度上影響工程設計的準確性，因此，把土工試驗與野外勘察有機結合起來意義非常重要。

1 開樣描述

開樣過程中不僅要描述土樣的顏色、礦物成分、軟硬程度、塑性狀態、結構構造、土質的均勻性及有無雜質、裂縫，更重要的是判斷土樣的擾動程度，查看與送樣單是否相符；如懷疑土樣在取樣運輸過程中有不同程度的擾動，應及時與現場技術人員交流，確定土樣的擾動程度，同時對所切土樣的物理力學指標值憑經驗做一個估計值，并記錄。

如室內試驗人員一般只對來樣負責，很有可能出現殘積土得出的試驗成果是淤泥；而淤泥、淤泥質土得出的試驗成果是黏土或粉質黏土。殘積土泡水很容易軟化，軟化后的殘積土，含水量比天然含水量大很多，液塑限試驗的試驗成果塑性狀態為流塑，壓縮試驗的試驗成果壓縮性為高壓縮性土；淤泥、淤泥質土的干硬強度大，風干后的淤泥、淤泥質土，含水量比天然含水量小很多，液塑限的試驗成果塑性狀態很少為流塑。直剪、三軸試驗得出的力學指標比天然的淤泥、淤泥質土偏大。如土的擾動程度對試驗成果影響很大，開樣過程中要初步判斷土樣是否被擾動。被擾動的土做出來的試樣數據不可用。

2 土的物理性質試驗及試驗結果

2.1 土粒的相對密度ds、密度ρ、含水量w試驗

土的物理性質中三個最基本指標是：土粒的相對密度ds、密度ρ、含水量w，它們可通過土工試驗直接測定，也是最基本的三個試驗，并且可以換算出土的干密度ρd、空隙比e、空隙率n、飽和度sr等指標，它們的變化也影響著土的力學性質。因此，準確測定相對密度ds、密度ρ、含水量w有著非常重要的意義。

在這三個基本指標中，土粒的相對密度ds是一個比較穩定的值，它決定于土的礦物成分，一般無機礦物顆粒的相對密度為2.6～2.8；有機質為2.4～2.5；泥炭為1.5～1.8。土粒相對密度可用比重瓶法測定，通常可按經驗數值選用，一般土粒相對密度參考值見表1土的含水量w則是三個指標中最不穩定的。土的含水量一般用用“烘干法”測定，試驗人員應取土樣中具有代表性的試樣，放入稱量盒內，及時蓋上盒蓋和稱重。

表1 土粒相對密度參考值

土的密度ρ雖然也是一個變化的值，不同的土樣重度值不同，但對于某一個土樣來說，它的值較穩定和比較容易測準。

2.2 土的界限含水量

對于工程來說，土的液限、塑限有著比較重要的實用意義。土的塑性指數高，表示土中的膠體黏粒較多。因此，界限含水量，尤其是液限，能較好地反映出土的某些物理力學特性，如壓縮性、脹縮性等。而當前對土的液限、塑限的測定存在一些問題：①測定土的液、塑限時取標準樣的問題，規程上大多規定土要過0.5 mm的篩才能進行實驗，在實際操作中，有一些土用肉眼觀察含有較多砂粒，一旦過0.5 mm篩后做實驗，測出的土塑性指數可能很大，不能反映土的實際情況；②在實際操作中，有一些土樣用肉眼觀察不含大于0.5 mm的土粒和雜物，而實際土樣中存在極少的粗顆粒，圓錐有可能剛好落在極少的粗顆粒上，造成三點不在一直線上(以含水率為橫坐標，圓錐入土深度為縱坐標在雙對數坐標紙上繪制表系曲線)，并且實驗成果沒有代表性；在制比較干的土樣時，很容易出現軟硬不均勻，特別是黏性較大的土，一不小心也會造成三點不在一直線上，從而只能重做實驗。

3 土的力學性質試驗及實驗成果分析

直接剪切試驗是測定土的抗剪強度的一種最常用手法。通常采用四個試樣，分別在不同的堅向荷載下，施加水平剪切力進行剪切，求得破壞時的剪應力。然后根據庫侖定律確定土的抗剪強度參數：內摩擦角和粘聚力。

眾所周知，土樣是具有差異性的，盡管是同一個樣盒里面的土，其性質也是有區別的。在進行直剪試驗時，試驗人員應先按土的重量大小排列，依次把重量由小到大的土樣放入堅向荷載由小到大的直剪容器內。如果不按重量大小排列，做出來的試驗數據比較不規律，給試驗之后的數據整理帶來一定麻煩。

某直剪實驗的成果見表2，將表2中的試驗記錄繪制成如圖1所示的抗剪強度和垂直壓力之間關系。

表2 直剪試驗記錄表

圖1 抗剪強度與垂直壓力之間的關系

圖1所表示表2的直剪試驗記錄數據的線性相關性有誤。垂直壓力400 kPa對應的點離散比較大，可能是其土樣中含粗顆粒，在剪切過程中剛好剪到粗顆粒，或是土樣不均勻。垂直壓力400 kPa對應的點沒有代表性，應去除，再用其他三點求該土的內摩擦角和粘聚力如圖2。得出該土的內摩擦角為0.8°，粘聚力為8.3 kPa。

圖2 抗剪強度與垂直壓力之間的關系

在以往考慮實驗數椐的相關關系時，常常是求它們之間的線性相關系數，對于土工問題來說，這種相關性主要是由土體自身的性質引起的，指標的自相關函數通常是指數函數的形式，因此，土工實驗數據的相關性不再是線性關系，也就不能用以往的求相關系數的方法來判別其相關性。

4 土工試驗成果綜合分析的必要性

土的各個指標之間是相互關聯的，因此，各項目實驗成果出來之后，應將同一個樣各項實驗成果放一起，進行對比分析，同時也要將同一種土各個樣得出來的同項實驗成果，進行對比分析，從而對各項指標的準確性進行判別。比如，某項目中13個淤泥的相對密度、密度、含水量的實驗成果表如表3所示，第7個土樣的含水率跟其他含水率相差較大，試驗人員應檢查原始記錄及計算過程中有沒有誤，如都沒有出錯的情況下，應重做一次試驗，檢查試驗操作過程有沒有出錯。

表3 相對密度、密度、含水量的實驗成果表

5 土工試驗過程中注意事項

土的密度、含水量實驗應取有代表性的土樣，特別是含水量相對不穩定，試驗過程中應及時稱量，稱量盒從烘箱中取出后及時蓋上盒蓋，放入干燥容器內冷卻到室溫。

固結試驗中應注意固結容器內的濾紙和透水板的濕度接近試樣的濕度，如淤泥可以直接在固結容器內加水，殘積土可根據土樣的濕度在固結容器內包與土樣濕度相當的濕布。

直剪度驗中，常規的垂直加載等級是100、200、300、400 kPa。而土樣千差萬別，試驗人員應根據土樣的軟硬程度及原處于深淺的土層進行垂直加載等級的調整。比如，流塑狀的淤泥，在垂直壓力200 kPa的情況下就被擠出，常規的垂直加載等級就只能得出一個100 kPa的結果，也就無法計算出土樣的內摩擦角和粘聚力。再如，處于深層的堅硬黏性土，常規的垂直加載等級都使土樣處于剪脹狀態，這樣便得出四個垂直下的抗剪強度幾乎接近，計算出來的內摩擦角接近零及粘聚力非常大，根本就不是土樣所屬的力學性質。因此，在直剪試驗中，垂直加載等級可根據土的軟硬及原處于深淺地層進行調整。

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