巖土工程勘察土工試驗中常見問題研究

張 淼（中鐵第五勘察設計院集團有限公司東北分院，黑龍江 哈爾濱 150006）

巖土工程勘察工作中，土工試驗是一項必不可少的關鍵工作，其實施的核心要點在于將室內試驗與野外勘探進行有效結合，提高勘察環節的科學性與有效性，提高工程分析與評定的整體水平，進而為工程建設施工企業提供更為可靠的工程勘察條件與結果。精心勘察、精心分析是巖土工程勘察工作的基本要求，但巖土工程勘察工作自身存在諸多不穩定因素，如場地條件、勘察人員水平以及設備的專業程度等，這些因素的存在也很容易破壞后續工程建設。很多工程建設單位為加快工程進度，大幅壓縮巖土工程勘察時間，且勘察過程所采用的技術手段過于簡單，最終導致勘察結果質量長期處于較低水平，這也為后續工程施工埋下諸多隱患。

1 巖土工程勘察土工試驗的試樣制備

1.1 精準劃分土樣級別

工程人員在獲取土樣后，需要對所有樣品的質量進行具體檢查，并根據行業規范標準，對樣品的質量等級進行劃分，依據主要包括施工現場的觀測、X射線檢測、回收率測定以及室內試驗等，而這些環節的實施，對于工程樣品劃分而言十分關鍵。在實際應用中，如果是甲級工程，那么所使用的樣品不可存在較大的擾動。甲級工程以外的工程人員可根據具體需求酌情選用樣品。如果樣品自身存在較大問題，那么工程人員只能對其實施土類定義以及含水量進行檢測，對于那些完全震動形式的樣品，則僅可進行土類定義，而無法進行其他檢測工作。此外對于檢測工作而言，以上任何樣品等級都不能應用在強度測試工作中。

1.2 依照工程的具體要求進行制樣

樣品制作過程中，工程人員需使用環刀。在使用前，需要在環刀內部涂抹一層較為均勻的凡士林，提高環刀內部的潤滑度，進而避免環刀表面與樣品之間發生摩擦。此外，樣品制作過程也要避免出現震動現象。但很多從業人員沒有真正關注這一環節，環刀的使用保養以及過程中避免震動都沒有很好落實。

環刀在下壓過程中，應保持刀尖與水平方向垂直，且力量施加過程不能過快，這樣可以避免出現一端壓密而另一端出現空隙的異常現象，并可同步避免出現壓縮模具或容重等失真問題。環刀下壓時，應保持邊壓邊削的控制方式，這樣可有效避免環刀與樣品之間出現較大摩擦，并同步引發局部區域過度壓密的狀況。

環刀壓入土層以后，工作人員需要對樣品的上下兩端進行削平，這樣可有效提高樣品質量。如果樣品是軟土，為避免削平過程對土樣的擾動，工作人員可使用鋼絲鋸，如果是其他刀具，且土質過軟，那么二次擾動現象將無法避免，最終的試驗結果也會失真。

1.3 對樣品記錄進行完善

樣品制作環節中，工作人員需要對樣品的顏色、外觀、成分、溫濕度、塑性程度、軟硬程度以及樣品的基本構造等特點要素，進行具體描述與記錄，進而為后續試驗以及數據分析提供更為科學有效的參考，并可幫助技術工作者對樣品的實際情況有更多的了解。

2 物理性質試驗

2.1 土樣含水率測試

工作人員在對土樣進行物理試驗時，應重點關注影響土樣含水率的各類因素，例如測試過程中的擾動問題、土層是否均勻、樣品保存是否良好以及測試過程是否存在設備擠壓現象等。樣品獲取成功后，工作人員需要在指定試驗室內部對土樣含水率進行檢測，檢測過程也要嚴格遵照相關規范與原則，如果出現操作不規范的情況，那么最終測試結果與實際含水率之間將會存在較大差距。對于含水率試驗工作而言，其數據變化主要受以下幾個方面因素的影響：

首先，取樣點不同所帶來的樣品含水率的變化，以粉質黏土為例，粉質黏土的上層、中層與下層的實際含水量會隨著采樣點的變化而變化，而這種試驗過程也將很難保證最終結果的準確性，對此，工程人員可將不同樣點的樣品進行混合。

樣品烘干過程中，為確保水分蒸發效率與實際的烘干保持一致，應使用鋁盒，并在指定位置開口。鋁盒質量也要在試驗前進行檢測，鋁盒結構不能存在氧化或破損現象。此外，樣品的烘干溫度與烘干時間也會影響樣品含水率變化，尤其是黏性較高的土質樣品，這種土壤含水量較高，且水分很難蒸發，樣品表面積很大，對水體的吸附能力很強。因此烘干過程應持續8h以上，且溫度需控制在110℃左右，只有這樣長時間的高溫烘烤才能讓水分徹底蒸發。

2.2 土粒密度檢測

土粒的密度主要是指土粒的質量與同體積的蒸餾水在溫度為4℃環境下的實際質量的比值，土粒密度是衡量土質的重要指標，從理論角度分析，想要精準完成樣品中土粒密度值的測定非常困難，其不僅受環境因素影響，也同樣受到不同標準的影響。工作經驗表明，土粒密度測試工作中，顆粒的直徑也會對土粒的密度造成一定的影響。通常情況下，顆粒直徑越小，則土粒密度越大。此外，顆粒密度試驗的流程與其他試驗流程存在很大的差異，其過程極為煩瑣，但不同類別的土粒密度值也通常會處于一個相對穩定的數值區域，并且在試驗過程中，土粒密度也同樣允許存在0.02左右的誤差，而這種條件的存在，也讓土粒密度試驗工作難度得到控制。此外，顆粒直徑這一指標很難通過常規的測試方式測得，但相關研究表明，顆粒直徑與塑性指標之間存在必然的相互聯系，顆粒直徑越大，塑性指數將會隨之降低，而顆粒直徑與塑性指標這兩種數據類別都是無量綱的數據。因此，需要利用數學統計法建立兩者之間的相互關系，而這種方式同樣可控制實際測量試驗工作的難度，提高工作效率并保證實際試驗工作的準確性。

2.3 界限含水量試驗工作

土質界限含水量試驗也是土工試驗作業流程中的關鍵環節，而在對界限含水量進行測定時，工作人員也要嚴格遵守具體的規范與操作要求。

首先，工作人員需要將土樣放置在特定的容器當中，并在容器內部放入適量的水進行攪拌，確保攪拌均勻，而這種樣品是實施界限含水量測試的前提條件。

其次，工作人員需要將制作好的樣品放入到盛土杯中，盛土杯中的樣品應保持均勻性，通常情況下，如果樣品含水量較低，其在盛土杯中的具體表現也會存在很大差異，如果含水量較高，盛土杯中的樣品將會出現孔洞現象。此外，盛土杯杯口的樣品應保持足夠平整，不能使用調土刀進行抹平，否則將會嚴重干擾最終測量結果的準確性。

同時，在實際操作過程中，工作人員需要對同一種樣品的兩側分別進行測試，隨后判斷樣品的整體結構是否均勻。根據行業規范，樣品含水率測試，應在同一種樣品中選取3個以上的測量點，測量點具體位置應保持在錐尖下方13mm左右。在此條件下，平行試驗工作將得到良好保障，并可對三點回歸性現象進行補救。

3 力學性質試驗工作

3.1 土體固結試驗過程

土體固結試驗對于巖土工程而言十分關鍵，其將直接決定后續建設工作所要采用的工藝手段。土體固結試驗中，工作人員需要獲取到土體在受到外界壓力的情況下，其實際的固結系數、壓縮模具以及壓縮系數等，而這些數據也是判斷巖土工程沉降量的核心參數。試驗工作者在進行固結試驗操作時，應從以下幾點入手，保證最終試驗結果的穩定性與準確性。

a.工作人員需定期對試驗儀器進行校正，避免儀器設備誤差對最終試驗結果的不良影響；

b.工作人員應重點控制透水石含水量，避免這一因素影響到土體固結試驗的穩定性，并將其納入后續技術工藝的影響條件；

c.相關試驗儀器歸零后，也要對試驗設備進行調整，避免設備自身問題影響測量結果，也同樣保證設備的使用壽命；

d.百分表歸零后，工作人員需確保活動軸具備足夠的量程，確保最終試驗數據的完整性。

3.2 土質抗剪強度試驗

3.2.1 土質直接抗剪強度試驗

直接抗剪強度試驗工作相對簡便，同時，這種測量手段也是當前巖土工程勘察環節中的常用策略。結合行業內部的庫侖定律，工作人員在實施土質直接抗剪強度試驗過程中，土質的載荷點應保持在一定的線性關系條件下。此時，抗剪強度的試驗結果可利用線性回歸方程來獲取。此外，工作人員在對線性回歸方程進行計算時，也要考慮到四級載荷對抗剪試驗精度的影響，如果四級載荷對應的抗剪試驗點位于相同的直線內部，那么計算過程必須采用三角中心法。

3.2.2 土質三軸壓縮試驗

三軸壓縮試驗與直接抗剪試驗相比，其過程可控性更強，試驗結果的影響要素相對較少，最終試驗結果精準度也能得到保障，而這些優勢的存在，讓三軸壓縮試驗成為當前巖土工程勘察活動中的常見試驗方法，尤其是一些大型重點工程。三軸壓縮試驗需利用三軸儀進行，而三軸儀在土工試驗領域的應用十分廣泛，同時，這一儀器在應用過程中同樣存在自身的問題與缺陷。例如，試驗過程很容易出現柔性誤差。對于三軸壓縮試驗而言，柔性誤差主要是指工作人員在對樣品進行高速測量時，透水板等結構會隨著試驗的推進而出現形變，橡皮膜結構的嵌入也將對高速測量結果帶來很大的影響，最終導致土體在剛度試驗時獲取到的數據與真實數值之間存在很大差距。為解決這一技術手段存在的缺陷，工作人員可將測量裝置轉移到壓力室內部，并同時將三軸儀設置在樣品上，這樣可保證樣品高度與直徑的測量結果有足夠的準確性。

4 巖土工程土工試驗發展策略

4.1 強化實驗室硬件條件

土工試驗實施機構應重視各類硬件設備在試驗環節中的影響，加強對儀器設備的科學管控，針對當前實驗室儀器設備使用環節存在的問題，加強設備質量管理以及設備更新工作。相關儀器設備的采購環節應對比不同的生產廠家，以滿足巖土工程土工試驗環節需求為目標，注重儀器設備的使用壽命與維護保養的難易程度。設備維護與保養應嚴格遵守具體規范與標準實施，每次試驗完成后，保養工作應及時跟進，避免試驗環節使用的各類材料對儀器設備造成腐蝕與破壞，從而避免因設備誤差而影響到土工試驗數據精度。

4.2 完善土工試驗規章制度

土工試驗工作實施環節應嚴格遵守相關制度與章程，每一項試驗都有著對應的規范與標準。因此，監管部門可結合當前土工試驗行業的具體現狀，制定相應的技術法規與規范體系。此外，我國復雜的地質結構與地貌特征，讓不同地區所執行的標準存在一定的差異。對此，監管部門可在原有法律法規的基礎上，對這些具體操作過程進行優化與完善，實現試驗操作制度層面的統一性與合理性，為各項土工試驗工作的開展打下良好基礎，避免人為因素對土工試驗結果的負面影響。

4.3 注重含水率試驗環節處理手段的優化

土工試驗工作人員應注重具體手段的針對性與有效性，結合土工試驗的最終目的，對試驗方法進行優化，合理分析相關數值，確保含水率試驗數據的真實性。含水率試驗通常會配合剪切試驗與密度試驗，因此，取樣環節應沿著上面或下面進行橫切，取樣后獲得的樣本需要滿足其他試驗環節的使用需求，確保試驗數據結果與真實數據之間的差異最小化。此外，含水率試驗環節也要注重溫度控制，避免試驗樣本有機質因高溫而分解，影響到最終結果的準確性。

4.4 加強土工試驗重要性的宣傳工作

針對巖土工程土工試驗環節經常出現的人員操作問題，為提高最終試驗結果的真實性，相關機構應明確實際土工試驗的具體步驟與注意事項，加強土工試驗工作重要性宣傳，讓每一位參與土工試驗的工作人員都能秉持認真嚴謹的態度。此外，土工試驗機構應加強合作，定期開展技術交流，針對土工試驗過程的一些難點與關鍵內容進行分析，加強認知，不斷提升土工試驗工作者的綜合素養。

5 結語

綜上所述，土工試驗的準確性與可靠性不僅受到樣品質量的直接影響，也同樣與試驗過程中的控制手段及技術手段息息相關。因此，對于試驗工作者而言，應在實際試驗操作時，加強細節控制，對可能影響試驗結果的各類問題與要素實施合理控制，進而為后續分析與勘測評定提供更為準確且合理的數據指標。