深入探討巖土工程測(cè)試中的幾個(gè)問(wèn)題

韓艷芬

（貴州地質(zhì)工程勘察院，貴州 貴陽(yáng) 550008）

巖土工程勘察工作，隨著建筑物類型的多樣化、建筑功能的復(fù)雜化以及在地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行建設(shè)的不斷增多，對(duì)巖土測(cè)試的樣品、項(xiàng)目確定和取值等提出更高的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，設(shè)計(jì)、施工對(duì)工程勘察工作提出了一系列新的要求。不僅需要進(jìn)行勘察、測(cè)試、提供地質(zhì)資料及巖土參數(shù)，而且需要根據(jù)工程的要求和巖土性狀等具體條件，提出對(duì)策及方案。

1 對(duì)巖土測(cè)試樣品的要求

巖土測(cè)試結(jié)果(參數(shù))能否反映巖土體的工程性狀，可以說(shuō)在很大程度上取決于所取的樣品是否符合要求。不符合要求的試樣(如原狀樣變成擾動(dòng)樣)，儀器精度再高，測(cè)試人員再努力，測(cè)出的結(jié)果也很難反映出原狀土的性狀。對(duì)試驗(yàn)樣品的具體要求如下:

①所取的樣品應(yīng)具有足夠的代表性，即所取的樣品必須能代表并反映該巖、土體所在位置的工程性狀及特征。

②要求在天然狀態(tài)下測(cè)定各種參數(shù)的巖土試樣，在采樣時(shí)必須保證原來(lái)結(jié)構(gòu)不受破壞擾動(dòng)、含水率不改變，這點(diǎn)更為重要。

結(jié)構(gòu)擾動(dòng)、含水量改變了試樣，可以肯定測(cè)定結(jié)果不可能反映天然巖土體的工程性狀。但是很難取到完全不擾動(dòng)的原狀土樣。實(shí)際上在取樣過(guò)程中無(wú)論是用厚壁或薄壁取土器，還是用貫入(垂擊、靜壓)或回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)都不可避免地產(chǎn)生某種程度的擾動(dòng)。只是要求把受擾動(dòng)程度降低到最低限度。如果采用回轉(zhuǎn)法取樣，必須用單動(dòng)三重管或雙動(dòng)三重管取土器，切不能用單管鉆出來(lái)裝入土筒就了事。

③樣品的規(guī)格、數(shù)量要滿足各試驗(yàn)項(xiàng)目所需的要求。

土常規(guī)試驗(yàn)一般要求土樣直徑>70mm、長(zhǎng)200mm；巖石單軸抗壓強(qiáng)度每一種試驗(yàn)狀態(tài)(如天然、飽和、風(fēng)干)要保證能制備3-6塊φ50mm×100mm的標(biāo)準(zhǔn)試件。一些特殊性試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)試樣規(guī)格、數(shù)量要求，應(yīng)根據(jù)所采用的方法、儀器設(shè)備、樣品本身最大顆粒直徑而定，如巖石的三軸或抗剪斷試驗(yàn)，三軸每組要制備φ50mm×100mm樣品10～15件;抗剪斷要制備:50mm×50mm×50mm樣品8～12件。試樣高度宜為直徑的2～2.5倍，一般需要3～4個(gè)試樣分別在不同周圍壓力下進(jìn)行試驗(yàn)，才能確定C、φ值?？梢?jiàn)采樣時(shí)應(yīng)根據(jù)土體中最大顆粒粒徑的大小決定所取土樣直徑的大小和數(shù)量。

當(dāng)前取樣普遍存在的問(wèn)題是:取土樣不用取土器，而用單層巖心管鉆出來(lái)再裝入土筒，這樣不僅結(jié)構(gòu)擾動(dòng)，而且不是吸水就是燒干或泥漿水混入使含水量改變;取巖樣則是試樣規(guī)格不符，數(shù)量嚴(yán)重不足，測(cè)定天然狀態(tài)下巖石性質(zhì)的樣品不密封 (尤其是軟巖即使進(jìn)行飽和試驗(yàn)，最好也是密封起來(lái)送實(shí)驗(yàn)室，否則可能制不成試件，或測(cè)得結(jié)果不能反映實(shí)際性質(zhì))，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)構(gòu)不可靠和難以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比。

實(shí)驗(yàn)方法和條件選擇不當(dāng)也是造成試驗(yàn)結(jié)果相互矛盾的重要原因。

2 測(cè)試項(xiàng)目的確定及試驗(yàn)條件的選擇

對(duì)常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目及要求巖土技術(shù)人員(包括測(cè)試人員)比較熟悉，但對(duì)一些特殊性的測(cè)試項(xiàng)目，有的人清楚，也有的不一定清楚。故對(duì)當(dāng)前一些建筑場(chǎng)地需要進(jìn)行試驗(yàn)的項(xiàng)目討論如下：

2.1 固結(jié)(壓縮)試驗(yàn)

土的固結(jié)試驗(yàn)可以說(shuō)是土工程試驗(yàn)中的最主要項(xiàng)目之一，它既是常規(guī)(低壓)試驗(yàn)，又是具有特殊性的試驗(yàn)項(xiàng)目。主要目的是為建筑物地基進(jìn)行沉降計(jì)算提供重要參數(shù)。應(yīng)根據(jù)不同變形計(jì)算方法或不同的目的，選用不同的試驗(yàn)方法。

①當(dāng)用一般有側(cè)限壓縮試驗(yàn)的壓縮模量，按分層總和法進(jìn)行沉降計(jì)算時(shí)，其試驗(yàn)最大荷級(jí)只要超過(guò)預(yù)計(jì)的土自重壓力與附加壓力之和即可。

②當(dāng)采用考慮土層應(yīng)力史的固結(jié)沉降時(shí)，試驗(yàn)的最大壓力應(yīng)滿足繪制完整的el0gp曲線的需要。即應(yīng)加至出現(xiàn)較長(zhǎng)的直線段為止，以求得先期固結(jié)壓力Pc、壓縮指數(shù)CC、回彈再壓縮指數(shù)CS，當(dāng)需要考慮沉降速率時(shí)，應(yīng)同時(shí)測(cè)定固結(jié)系數(shù)CV。

③當(dāng)土層的各向異性顯著 (如薄層狀淤泥、粉細(xì)砂反復(fù)互層出現(xiàn))，需要了解在垂直荷載作用下，土層水平方向的排水固結(jié)情況。這種試驗(yàn)是在軸向壓力下，試樣上下兩端不排水，而是在水平方向進(jìn)行徑向排水條件下進(jìn)行固結(jié)過(guò)程，求得水平固結(jié)系數(shù)CH及水平滲透系數(shù)KH。必須采用多孔環(huán)刀切取土樣，裝入水平固結(jié)試驗(yàn)容器進(jìn)行測(cè)定。

2.2 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

土的抗剪強(qiáng)度與試驗(yàn)方法密切相關(guān)，其試驗(yàn)方法應(yīng)根據(jù)所采用的計(jì)算方法 (總應(yīng)力法或有效力法)、施工速率和土的排水條件等而定。若為驗(yàn)算邊坡穩(wěn)定性和擋土墻、錨桿等支擋設(shè)計(jì)所進(jìn)行的，一般宜采用直接快剪或三軸不固結(jié)不排水剪(UU);當(dāng)需要估算地基持力層承載力時(shí)，宜采用固結(jié)快剪或三軸固結(jié)不排水剪(CU)求CCU、фCU或有效應(yīng)力強(qiáng)度C′、ф′。

3 壓縮性試驗(yàn)參數(shù)的確定

壓縮系數(shù)a是e-p曲線上某壓力區(qū)間的斜率，它并不是一個(gè)常數(shù)。而是隨所取壓力區(qū)間的不同而不同。a1-2則是e-p曲線上固定100～200kPa壓力區(qū)間的斜率，一般認(rèn)為這個(gè)壓力區(qū)間所確定的壓縮系數(shù)能反映土的壓縮特性，可作土性指標(biāo)看待;當(dāng)a1-2≥015MPa-1時(shí)稱高壓縮性土;當(dāng)0.5>a1-2≥0.1MPa-1時(shí)稱中壓縮性土;當(dāng)a1-2<011MPa-1時(shí)稱低壓縮性土。

《工業(yè)與民用地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》TJ7-74中規(guī)定，在進(jìn)行沉降計(jì)算時(shí)，壓縮模量ES按式ES=(1+e1)/a1-2計(jì)算。由于近年來(lái)高層建筑的增多，原定義的a1-2與ES已不適用，用固定壓力區(qū)間進(jìn)行沉降計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況差異較大。國(guó)際改為a與ES，其中P1取土層自重壓力，P2取自重加附加壓力這個(gè)壓力區(qū)間來(lái)計(jì)算，ES=(1+eo)/a。但同時(shí)仍保留a1-2作為評(píng)價(jià)地基壓縮性的一個(gè)土性指標(biāo)。可見(jiàn)若需測(cè)試單位提供ES時(shí)，必須提供地基將來(lái)附加應(yīng)力及基礎(chǔ)的埋深才能確定。

4 地基土中某些特殊土的問(wèn)題

①粉土。粉土不屬于現(xiàn)今的粘性土，它與粉砂有某些相近的性質(zhì)，可能由于振動(dòng)作用而發(fā)生液化，然而粉土又具有粘性土的某些性質(zhì)，因其顆粒中含有少量的粘土，故具有微弱的粘聚力和可塑性。但是，粉土中的顆粒，80%(或更多)是粉?；驑O細(xì)砂粒，這些顆粒之間存在毛細(xì)水，則毛細(xì)壓力可使土粒聚合在一起形成“假粘聚力”而呈現(xiàn)“假塑性”，使搓條法塑性試驗(yàn)不能真正反映這類土的可塑狀態(tài)下限。而采用圓錐液限試驗(yàn)時(shí)，圓錐在15S內(nèi)下沉常不穩(wěn)定，表明這種液限試驗(yàn)對(duì)這類土也不太適用。可見(jiàn)其IP<10者，液、塑限試驗(yàn)并不準(zhǔn)確。若采用它做唯一的方法劃分某些土的界限值是不太合理的。而以粉砂的下限即粒徑大于0.075mm顆粒含量不超過(guò)總質(zhì)量的50%，且塑性指數(shù)IP<10的土，并根據(jù)“搖搌反應(yīng)”區(qū)別粉土和粘性土是比較客觀的。

②玄武巖風(fēng)化土 巖芯鉆探揭示其風(fēng)化層多呈褐黃色、灰綠色，色雜。土工試驗(yàn)資料表明，它具有更大的孔隙比多在1.5以上。若土層處于地下水位之下時(shí)，其孔隙充滿水，含水率很大。按含水比及液塑比確定的承載力明顯偏低，常常是在表上查不出來(lái)。取樣不慎，擾動(dòng)時(shí)結(jié)果離散性較大，與實(shí)際情況不符。實(shí)際上具有較高的承載力。對(duì)于這種特殊土承載力的確定，目前國(guó)家及地方規(guī)范還未做出統(tǒng)一規(guī)定。筆者認(rèn)為，對(duì)重要建筑物場(chǎng)地最好用野外載荷試驗(yàn)來(lái)確定。當(dāng)無(wú)條件進(jìn)行野外載荷試驗(yàn)時(shí)，可采用三軸試驗(yàn)，模擬圍壓(σ3)與土層實(shí)際側(cè)壓力接近的條件下，測(cè)定(σ1-σ3)～ε關(guān)系曲線，結(jié)合力學(xué)公式計(jì)算，多種方法分析對(duì)比研究，參照當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)從而確定其承載力較為恰當(dāng)。