土工試驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

胡 晨

(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局二一一地質(zhì)隊(duì)，山西 忻州 034000)

土工試驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

胡 晨

(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局二一一地質(zhì)隊(duì)，山西 忻州 034000)

介紹了土工試驗(yàn)技術(shù)包含的主要內(nèi)容及其試驗(yàn)類(lèi)型，從土工試驗(yàn)儀器、設(shè)備、自動(dòng)化系統(tǒng)及試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)等方面著手，探討了當(dāng)前土工試驗(yàn)技術(shù)的現(xiàn)狀，并對(duì)土工試驗(yàn)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，推動(dòng)了巖土工程理論的研究發(fā)展。

土工試驗(yàn)，試驗(yàn)儀器，自動(dòng)化系統(tǒng)，試驗(yàn)方法

就土工試驗(yàn)技術(shù)而言，其主要包括試驗(yàn)儀器、設(shè)備以及方法、標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，就試驗(yàn)內(nèi)容而言，包括土的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等試驗(yàn)類(lèi)型。具體而言，物理性質(zhì)試驗(yàn)還可分為含水率、土粒、顆粒分析、界限含水率、砂相對(duì)密度、密度等試驗(yàn)類(lèi)型；而力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)可分為擊實(shí)、回彈模量、固結(jié)、三軸壓縮、承載比、滲透、黃土濕陷、自由膨脹率、收縮、凍結(jié)溫度等試驗(yàn)；化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)分為酸堿度、石膏、易溶鹽碳酸鈣、有機(jī)質(zhì)、離心含水當(dāng)量等試驗(yàn)類(lèi)型。土的化學(xué)試驗(yàn)主要包括如下：易溶鹽總量及相關(guān)離子組成、中溶鹽石膏、難溶鹽碳酸鈣、酸堿度及有機(jī)質(zhì)等試驗(yàn)類(lèi)型，這些都是土中化學(xué)性質(zhì)比較活躍的物質(zhì)，會(huì)對(duì)巖土工程中土的工程性質(zhì)產(chǎn)生較為顯著的影響。在工程實(shí)踐中，必須結(jié)合具體情況、規(guī)范要求等，來(lái)選取所需試驗(yàn)項(xiàng)目。

1 土工試驗(yàn)儀器與自動(dòng)化系統(tǒng)

1.1 物理試驗(yàn)儀器

土工物理性質(zhì)試驗(yàn)，指的是對(duì)土的含水量、密度、比重三大基本指標(biāo)，以及顆粒、液限塑限等進(jìn)行分析的過(guò)程，此類(lèi)試驗(yàn)不僅工作量大，而且面廣，耗時(shí)、耗力，若改進(jìn)儀器設(shè)備將會(huì)收到顯著的效益，并獲取極具價(jià)值的試驗(yàn)資料。1)電子天平。這是物理性質(zhì)試驗(yàn)中利用頻率最高的設(shè)備之一，就使用種類(lèi)而言，感量包括1 g，0.1 g，0.01 g，0.001 g，分別對(duì)顆粒、擊實(shí)、含水量、重度、液塑限等進(jìn)行分析和試驗(yàn)。2)顆粒分析儀。就粒徑超過(guò)0.075 mm的顆粒而言，通常需要通過(guò)系列標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行分析，篩時(shí)多采用的是振篩機(jī)，就粒徑小于0.075 mm的顆粒而言，則需要借助于懸液沉降分析方法，就多數(shù)單位而言，所采用的是密度計(jì)法，當(dāng)然，也有部分采用的是移液管法。3)液塑限試驗(yàn)儀。就多數(shù)單位而言，當(dāng)前所采用的多為圓錐儀、搓條等方法，來(lái)對(duì)液限塑限進(jìn)行確定，但是，對(duì)于鐵路、公路、水電等很多部門(mén)而言，已開(kāi)始全面推廣和應(yīng)用液塑限測(cè)試儀，該儀器解決了人為因素的影響，提高了測(cè)定結(jié)果的精確度。

1.2 力學(xué)試驗(yàn)儀器

1)固結(jié)試驗(yàn)儀。近幾年，固結(jié)試驗(yàn)儀的種類(lèi)、規(guī)格開(kāi)始朝著系列、多功能等格局轉(zhuǎn)變，主要包括如下類(lèi)型：一是砝碼杠桿式儀，這已經(jīng)成為最傳統(tǒng)的固結(jié)試驗(yàn)儀器，但也實(shí)現(xiàn)了系列化。就施加壓力程度而言，低壓固結(jié)儀能夠?qū)?0 cm2的面積加壓到400 kPa，中壓、高壓固結(jié)儀分別可達(dá)到800 kPa，1 600 kPa～2 000 kPa。就30 cm2的面積而言，中壓固結(jié)試驗(yàn)儀能夠加壓到1 600 kPa，高壓固結(jié)試驗(yàn)儀則能夠加至3 200 kPa～4 000 kPa，并適用于進(jìn)行高壓回彈試驗(yàn)。這種固結(jié)儀具有直觀、穩(wěn)定性能佳、精確度高等優(yōu)勢(shì)，但由于自動(dòng)化水平不高、勞動(dòng)強(qiáng)度較大，砝碼過(guò)程中的振動(dòng)會(huì)影響結(jié)果等問(wèn)題，因而應(yīng)用越來(lái)越少；二是氣壓式固結(jié)儀。就單聯(lián)、四聯(lián)低壓式固結(jié)測(cè)試儀，可加至600 kPa，而單聯(lián)、雙聯(lián)高壓式固結(jié)測(cè)試儀可加到2 000 kPa。該試驗(yàn)儀器采用高壓氣體作壓力源，不僅加荷過(guò)程方便，而且操作簡(jiǎn)便，減弱了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了自動(dòng)化水平，但易出現(xiàn)漏氣、壓力不穩(wěn)等一系列問(wèn)題。2)直剪試驗(yàn)儀。就土抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)而言，主要采用如下類(lèi)型：一是雙速電動(dòng)等應(yīng)變直剪儀，其應(yīng)變速度可以達(dá)到0.8 mm/min或2 mm/min，能夠進(jìn)行固結(jié)或快剪試驗(yàn)；二是三速電動(dòng)等應(yīng)變直剪儀，應(yīng)變速度較雙速而言增加了0.02 mm/min，還可以同時(shí)開(kāi)展慢剪試驗(yàn)；三是四聯(lián)等應(yīng)變直剪儀，其集四臺(tái)直剪儀于一體，通過(guò)變速箱轉(zhuǎn)變?yōu)?.02 mm/min，0.8 mm/min，2.4 mm/min三種剪切率，能夠進(jìn)行慢剪、固結(jié)快剪、快剪三種試驗(yàn)，且具有手搖加荷裝置，無(wú)須調(diào)節(jié)砝碼。3)靜三軸試驗(yàn)儀。當(dāng)前，勘察時(shí)常采用三軸壓縮儀，結(jié)合土類(lèi)、工程等需求，分別進(jìn)行不固結(jié)不排水、固結(jié)不排水、固結(jié)排水等試驗(yàn)。

1.3 土工數(shù)據(jù)采集及自動(dòng)化處理系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)了土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集與處理。該技術(shù)將數(shù)據(jù)采集、處理、曲線(xiàn)繪制、打印等融合于一體，并增加了三軸、直剪等試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、處理，實(shí)現(xiàn)了分散化采集、集中化分析和處理等多種功能。

2 土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)有關(guān)土工試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)包括：《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，土工試驗(yàn)室執(zhí)行國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，鐵路、公路、水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，其中所規(guī)定的試驗(yàn)方法幾乎相同，只是結(jié)合各行業(yè)特點(diǎn)，在細(xì)節(jié)方面進(jìn)行了具體要求，或增減了試驗(yàn)項(xiàng)目。為了有效規(guī)范土工試驗(yàn)市場(chǎng)，需要進(jìn)一步出臺(tái)更為規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

3 土工試驗(yàn)技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1)試驗(yàn)環(huán)境日趨優(yōu)化。當(dāng)前土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)還未對(duì)土工試驗(yàn)環(huán)境提出明確規(guī)范要求，但已經(jīng)有很多企事業(yè)單位配備了完善的溫濕調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)區(qū)的獨(dú)立化管理，基本滿(mǎn)足了土工試驗(yàn)環(huán)境要求，但仍有單位為節(jié)省開(kāi)支，采用條件較差的場(chǎng)所進(jìn)行試驗(yàn)，致使土樣變質(zhì)，難以確保土工試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性。未來(lái)我國(guó)將出臺(tái)一系列規(guī)范，土工試驗(yàn)環(huán)境將得到逐步優(yōu)化。2)土工試驗(yàn)技術(shù)人員綜合素質(zhì)逐步提升。土工試驗(yàn)對(duì)于相關(guān)技術(shù)操作人員的要求很高，技術(shù)人員通常都具有正規(guī)教育，在實(shí)踐過(guò)程中有專(zhuān)人幫帶，并開(kāi)展技術(shù)評(píng)比等多項(xiàng)活動(dòng)，積累豐富經(jīng)驗(yàn)。但依然存在部分技術(shù)人員雖文化基礎(chǔ)高，但缺乏實(shí)際操作能力，加之缺乏吃苦精神，致使土工試驗(yàn)技術(shù)能力不高，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的加快，對(duì)于土工試驗(yàn)技術(shù)人員的要求也越來(lái)越高，不少單位開(kāi)始關(guān)注技術(shù)人才引進(jìn)和現(xiàn)有人才培訓(xùn)，未來(lái)我國(guó)土工試驗(yàn)技術(shù)人員的綜合素質(zhì)將逐步提高。3)行業(yè)準(zhǔn)入及監(jiān)管制度日趨完善。隨著勘察市場(chǎng)改革的逐步深入，外業(yè)鉆隊(duì)逐漸實(shí)現(xiàn)了勞務(wù)分包，勘察資質(zhì)對(duì)于土工試驗(yàn)單位的要求較弱，某些缺乏資質(zhì)的單位也能夠承攬項(xiàng)目。隨著土工試驗(yàn)逐步被推向市場(chǎng)，我國(guó)勢(shì)必將出臺(tái)行業(yè)準(zhǔn)入、監(jiān)管規(guī)范，并進(jìn)一步加以完善。

4 結(jié)語(yǔ)

作為一門(mén)土的試驗(yàn)技術(shù)，土工試驗(yàn)技術(shù)在巖土工程領(lǐng)域的地位和作用不容置疑。隨著土工試驗(yàn)技術(shù)的逐步發(fā)展，其對(duì)于巖土工程理論及實(shí)踐發(fā)展均將帶來(lái)巨大的推動(dòng)作用。

[1] 孫秀英.工程勘察中土工試驗(yàn)應(yīng)用流程研究.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2013,11(12):392-393.

[2] 牟太平,張 嘎,張建民.土坡破壞過(guò)程的離心模型試驗(yàn)研究.清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,46(9):1522-1525.

On civil engineering test technology and its development

Hu Chen

(No.211GeologicalBrigadeofShanxiGeologicalMiningSurveyandDevelopment,Xinzhou034000,China)

The paper introduces the main contents of the civil engineering tests and its test types, explores its status from the civil engineering testing devices, equipment, automatic system and testing standards, and has the prospect for the civil engineering test technology, so as to enhance the theoretic development of the geotechnical engineering.

civil engineering test, testing device, automatic system, testing method

2015-09-28

胡 晨(1986- )，女，助理工程師

1009-6825(2015)33-0093-02

TU411

A