土工試驗技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

徐國書

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司 安徽合肥 230009）

土工試驗是一門檢測項目工程土層特性的測試技術(shù)，在工程實踐中的地位和作用是不可忽視的?？煽康臋z測土樣性質(zhì)參數(shù)是從根本上確保巖土工程設(shè)計的經(jīng)濟(jì)合理性及精確性的關(guān)鍵，所以土工試驗技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展都是工程實踐中的重要組成部分。從試驗內(nèi)容的角度上可將土工試驗分為物理性質(zhì)試驗、化學(xué)性質(zhì)試驗和力學(xué)性質(zhì)試驗，本文主要針對土工試驗技術(shù)和常用設(shè)備上目前存在的一些問題進(jìn)行分析和探討。

1 土工試驗的儀器設(shè)備

1.1 物理性質(zhì)的儀器設(shè)備

土工試驗的物理性質(zhì)一般指測定土的含水量、比重、密度三項基本指標(biāo)以及土壤顆粒分析，液、塑界限等，這類物理性質(zhì)的試驗在項目工程勘察單位上量大面廣，需要大量的人力物力，合理的選擇設(shè)備、改進(jìn)儀器設(shè)備將會極大的提高工作效率，提高工作效率同時也帶來顯著的效益。

1.1.1 電子天平

目前有將近90%的土工試驗室都使用電子天平，是土工試驗里利用率最高的儀器設(shè)備，從不同使用要求來看，有0.001g、0.01g、0.1g、1g，分別對應(yīng)試驗項目為液塑限、重度、含水量、擊實試驗、顆粒分析等。有些試驗室將電子天平聯(lián)機(jī)通訊使稱量的結(jié)果直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，減少中間環(huán)節(jié)，相比于手工、人工記錄，效率大大的提高了，根據(jù)不同的試驗需要選擇相應(yīng)量程的儀器時測量誤差也盡可能的減少，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性減少人為誤差。

1.1.2 液塑限聯(lián)合測定儀

大部分土工試驗室目前仍在使用搓條法、圓錐儀法來確定液塑限，大力推廣普及液塑限聯(lián)合測定儀可以有效提高工作效率，液塑限聯(lián)合測定儀相較于以往的測定儀器和測定試驗方法，在根本上解決了人為因素對土工試驗液塑限測定結(jié)果的影響，但是目前由國內(nèi)生產(chǎn)的液塑限聯(lián)合測定儀的自動化程度及質(zhì)量還需要進(jìn)一步的改良提高。

1.1.3 顆粒分析儀

在土工試驗里，對土顆粒的分析測定，在粒徑不小于0.075mm時采用的是系列標(biāo)準(zhǔn)來篩分，大部分土工試驗室都使用人工方式來進(jìn)行篩分，而對于粒徑在0.075mm以下的顆粒則需要采用懸液沉降分析法，大部分土工試驗室均采用密度計量法，對樣品的級配進(jìn)行分析判斷應(yīng)是連續(xù)的而不是間斷的，應(yīng)有效的結(jié)合干篩法和密度計法的數(shù)據(jù)結(jié)果，客觀真實的反應(yīng)出粒經(jīng)分配情況，并根據(jù)篩分結(jié)果結(jié)合液塑限數(shù)據(jù)對樣品進(jìn)行有效的工程定名，可有效的對施工質(zhì)量進(jìn)行控制。

1.2 力學(xué)性質(zhì)的試驗儀器

1.2.1 直剪試驗設(shè)備

在對土進(jìn)行抗剪強(qiáng)度的試驗中，直剪試驗是生產(chǎn)單位里最為常見的，其中最為常見的主要為以下幾種：①應(yīng)變速度為2mm/min和0.8mm/min的雙速電動應(yīng)變直剪儀，可進(jìn)行快剪試驗和固結(jié)快剪試驗；②在雙速電動應(yīng)變直剪儀的基礎(chǔ)上增加了0.02mm/min的直剪儀，可以同時做慢剪試驗；③將四臺直剪儀合一連為一體的電動四聯(lián)應(yīng)變直剪儀，經(jīng)過變速箱處理后將剪切速率變成0.02mm/min/0.8mm/min/2.4mm/min，對應(yīng)進(jìn)行慢剪試驗、固結(jié)快剪試驗及快剪試驗三種模式。

1.2.2 固結(jié)試驗設(shè)備

（1）砝碼杠桿式-固結(jié)儀

該類固結(jié)儀可以說是使用年代久遠(yuǎn)最原始的固結(jié)儀了，并且形成了系列化，從施加壓力的大小的角度來說有低壓、中壓及高壓固結(jié)儀，其中對30cm2的面積，中壓固結(jié)儀可加壓到1600kPa，高壓固結(jié)儀可以加壓到3200～4000kPa；對50cm2的面積，低壓固結(jié)儀可加壓到400kPa，中壓固結(jié)儀可加壓到800kPa，高壓固結(jié)儀則可加壓到1600～2000kPa，適用于高壓回彈試驗。該類固結(jié)儀的特點是精度較高，加荷直觀性穩(wěn)定，國內(nèi)基本所有的勘查部門都在使用這種固結(jié)儀。但是它的缺點也很明顯，勞動強(qiáng)度大，自動化程度低，在加砝碼的時候產(chǎn)生的振動對試驗結(jié)果也會造成一定的影響。

（2）氣壓式-固結(jié)儀

該類固結(jié)儀是近些年來為了解決和改良砝碼杠桿式固結(jié)儀在試驗中存在的問題而研制出來的較為新型的固結(jié)儀，規(guī)格可分為單聯(lián)、四聯(lián)可加壓至600kPa的低壓固結(jié)儀，以及單聯(lián)、雙聯(lián)可加壓至2000kPa的高壓固結(jié)儀。氣壓式固結(jié)儀采用高壓氣體做壓力源，特點為操作簡單、加荷方便，能夠極大程度的減輕勞動強(qiáng)度，并提高了試驗自動化程度。但是現(xiàn)在國內(nèi)目前生產(chǎn)的氣壓儀器密封部件質(zhì)量不過關(guān)，存在壓力不穩(wěn)定、漏氣的現(xiàn)象，若能解決這個問題，其發(fā)展的前景還是很好的。

1.2.3 靜三軸試驗設(shè)備

隨著我國土工技術(shù)及工程地質(zhì)勘查水平的不斷提高，各個土工試驗室對三軸試驗的重視程度也在不斷的提高，目前我國勘查單位在使用的儀器基本上都是應(yīng)變可控的三軸式壓縮儀，依據(jù)不同土質(zhì)的類別及工程要求，分別進(jìn)行固結(jié)不排水、不固結(jié)不排水或者固結(jié)排水試驗。在20世紀(jì)80年代的時候，部分科研單位將三軸儀進(jìn)行了較大的改進(jìn)，用傳感器代替原本的測量系統(tǒng)，用反壓及圍壓做液壓穩(wěn)壓裝置，為后來發(fā)展普及所用的微機(jī)通訊奠定了堅實基礎(chǔ)。

1.3 土工試驗數(shù)據(jù)的采集及處理系統(tǒng)自動化現(xiàn)狀

土工試驗數(shù)據(jù)的采集及處理系統(tǒng)日漸趨于自動化，隨著電子計算機(jī)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高及擴(kuò)大，一些土工試驗部門科研單位已經(jīng)初步形成土工試驗的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)自動化模式，并逐步得到了推廣和普及。自20世紀(jì)80年代以來，土工試驗的數(shù)據(jù)收集及處理的自動化應(yīng)用已經(jīng)得到了較大的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的自動化技術(shù)得到了不斷提高，使數(shù)據(jù)采集、處理、繪制曲線及打印成果匯聚為一體，同時還增加了三軸試驗、直剪試驗的數(shù)據(jù)采集和處理功能，完成了各個系統(tǒng)和微機(jī)通訊系統(tǒng)的統(tǒng)一結(jié)合，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分散采集，數(shù)據(jù)集中處理的功能多樣化。

2 土工試驗發(fā)展現(xiàn)存問題

隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加進(jìn)，土工試驗技術(shù)也同時得到了較大的發(fā)展，但是我們也應(yīng)該清楚的認(rèn)識到目前的土工試驗技術(shù)存在著發(fā)展不平衡、工作人員專業(yè)素質(zhì)層次不齊，儀器設(shè)備陳舊落后，規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)要求過低，方法和技術(shù)不夠先進(jìn)等令人擔(dān)憂的問題。

2.1 土工試驗規(guī)范及方法標(biāo)準(zhǔn)

統(tǒng)一規(guī)范土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)時目前土工試驗亟待解決的問題，目前我國施行的有關(guān)土工試驗規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)仍存在爭議，沒有一個統(tǒng)一的規(guī)范的施行標(biāo)準(zhǔn)，有相當(dāng)一部分的土工試驗室仍在采用一些部門或地區(qū)已在長期使用的沒有經(jīng)過驗證或驗證不充分使試驗結(jié)果存在較大誤差的方法，比如快速固結(jié)試驗用塑限來推算液限、塑限指數(shù)來推算土粒的比重等的方法，這些方法的使用范圍和適用性都還需要進(jìn)一步的研究和落實。甚至還有部分試驗室在采用錯誤的試驗方法。比如快速固結(jié)試驗在最后一級荷重還沒有穩(wěn)定下來時就隨意的進(jìn)行修正，精度不夠規(guī)范等。

2.2 土工試驗方法的進(jìn)一步研究

（1）圍繞現(xiàn)行土工試驗標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)合實際試驗工作中遇到的各種新問題、新情況，需要開展進(jìn)一步探討和研究，隨著大量試驗證明，在長期的工作實踐中不斷總結(jié)和改正，其成果都是有目共睹的。但目前我國施行的技術(shù)和方法仍存在著大大小小的問題，所以仍需要試驗技術(shù)人員不斷的發(fā)現(xiàn)新問題和新情況，并不斷的提出新方法。如非飽和土的力學(xué)性質(zhì)試驗研究，室內(nèi)袖珍式貫入儀的研究和應(yīng)用，軟土、黃土等特殊性的土類試驗方法等等問題的進(jìn)一步研究，以不斷的提高土工試驗的質(zhì)量及技術(shù)水平。

（2）以項目為單位建立土工試驗數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)庫，通過多個參數(shù)的應(yīng)用延伸分析來提高對工程質(zhì)量的控制。在日常工作中經(jīng)常會遇見委托方在委托試驗時指標(biāo)不全面不能有效反映出樣品工程特性的情況，或者檢測的參數(shù)相互孤立，例如在高速公路設(shè)計過程中設(shè)計規(guī)范中要求的CBR強(qiáng)度與最大干密度/最佳含水量之間的數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系，與原狀土樣的數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系是數(shù)據(jù)庫建立的主要方向，建立數(shù)據(jù)庫的最終目標(biāo)是利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分析結(jié)果來服務(wù)于工程設(shè)計施工的全過程，提高生產(chǎn)效率，做到多指標(biāo)控制施工質(zhì)量的目的，找出之間相對于的關(guān)系可以有效的在施工過程中控制施工質(zhì)量，減少人為誤差和一些人為的方法誤差。

3 結(jié)語

隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加進(jìn)，土工試驗技術(shù)水平也得到了較大的提升，不管是土工試驗方法和技術(shù)，還是土工試驗所用儀器設(shè)備都有了較大的提升改良，但一些試驗方法的落后和理念的缺乏創(chuàng)新已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)下工程質(zhì)量目標(biāo)控制的需要，生產(chǎn)效率仍未獲得有效的提升所以作為工程技術(shù)人員仍需不斷努力，不斷的解決新問題，發(fā)現(xiàn)新方法。在前輩總結(jié)的方法上順應(yīng)時代發(fā)展在發(fā)展在升華，以點帶面的完善方法創(chuàng)造新思維，總結(jié)新路徑更好的為工程發(fā)展來服務(wù)。

[1]胡 晨.土工試驗技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].山西建筑，2015（33）：145～152.

[2]王錦龍，李浩.土工試驗數(shù)據(jù)采集與數(shù)字化處理技術(shù)簡析[J].山東水利，2017（10）：332～339.