土工試驗(yàn)項(xiàng)目分類與試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間關(guān)系的探討

張麗敏　張紅亮

摘 要： 對土工試驗(yàn)各類試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)果、成果的應(yīng)用進(jìn)行歸納，及對各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)之間關(guān)系進(jìn)行了分析，從而提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的能力和增強(qiáng)試驗(yàn)操作的能力，從而更好地從事土工試驗(yàn)工作，為工程建設(shè)服務(wù)。

關(guān)鍵詞： 土工試驗(yàn);分類;數(shù)據(jù)分析

【中圖分類號】TU411 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-3733（2020）09-0218-02

土工測試大致分為在現(xiàn)場直接測定的原位測試試驗(yàn)和從現(xiàn)場采取土樣送至實(shí)驗(yàn)室做的室內(nèi)試驗(yàn)兩大部分。這次重點(diǎn)介紹室內(nèi)土工試驗(yàn)。室內(nèi)土工試驗(yàn)是對巖土試驗(yàn)進(jìn)行測試，并獲得巖土的物理性指標(biāo)、力學(xué)性指標(biāo)、滲透性指標(biāo)及動力性指標(biāo)等的試驗(yàn)工作，從而為工程設(shè)計和施工提供參數(shù)，是正確評價工程地質(zhì)條件不可缺少的依據(jù)。

1 土的物理性質(zhì)試驗(yàn)

1.1 含水量試驗(yàn)，采用烘干法、比重法、炒干法，試驗(yàn)結(jié)果是含水量，用于計算土的基本物理性指標(biāo)。

1.2 密度試驗(yàn)，采用環(huán)刀法、蠟封法、灌水法、灌砂法，試驗(yàn)結(jié)果是土的密度、土的干密度，用于計算土的基本物理性指標(biāo)及土的壓實(shí)性。

1.3 土粒比重試驗(yàn)，采用比重瓶法、浮稱法、虹吸筒法，試驗(yàn)結(jié)果是土粒比重，用于計算土的基本物理性指標(biāo)。

其中，土的物性試驗(yàn)中，最常見的是土的相對密度、密度、含水量，是其中三個最基本的試驗(yàn)，用它們可以換算土的干密度、孔隙比、孔隙度、飽和度等指標(biāo)，它們的變，不僅影響其它指標(biāo)的變化，而且將使土的一系列力學(xué)性質(zhì)隨之而異。因此，準(zhǔn)確測定他們的值，有著重要的意義。在這三個基本指標(biāo)中，土粒的相對密度是一個相對穩(wěn)定的值，它決定于土的礦物成分，它的數(shù)值一般是2.6～2.8。淤質(zhì)土為1.5～1.8，有機(jī)質(zhì)土為 2.4～2.5。

1.4 液塑限試驗(yàn)，采用圓錐儀法、蝶式儀法、聯(lián)合測定法，試驗(yàn)結(jié)果是液限。塑限試驗(yàn)：采用搓條法、聯(lián)合測定法，試驗(yàn)結(jié)果是塑限，用于塑性圖進(jìn)行土的工程分類，判定土的狀態(tài)。根據(jù)塑性指數(shù)的大小可將粘性土分類如下：

30.075mm的粒徑含量不超過50%）

10

Ip>17 粘土

當(dāng)天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的粉質(zhì)粘土或天然孔隙比大于1.3的粘土稱為淤泥質(zhì)土。

對于工程來說，土的液限、塑限有著比較重要的實(shí)用意義。土的塑性指數(shù)高，表示土中的膠體粘粒含量大，同時也表示粘土中可能含有蒙脫石或其它高活性的膠體粘粒較多。因此，界限含水量，尤其是液限，能較好的反映出土的某些物理力學(xué)特性，如壓縮性、脹縮性等。

1.5 顆粒分析試驗(yàn)，采用篩分法、密度計（比重計）法、移液管法，試驗(yàn)結(jié)果顆粒大小分布曲線、有效粒徑、不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)，用于土的工程分類及作為材料的標(biāo)準(zhǔn)。

1.6 土的物性指標(biāo)之間的對比分析，土的物性指標(biāo)間是相互關(guān)聯(lián)的，因此，當(dāng)這些指標(biāo)出來以后，可以將這些指標(biāo)放到一起，進(jìn)行綜合的分析，從而對這些指標(biāo)的準(zhǔn)確性進(jìn)行判別。比如，在有些成果中，會出現(xiàn)飽和度超過100%的現(xiàn)象，這就說明，在某些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，存在誤差或者錯誤，就需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，必要的情況下要重做實(shí)驗(yàn)。再如：本來在開土的時候，發(fā)現(xiàn)土是處在硬塑狀態(tài)，而結(jié)果卻是土處在流塑狀態(tài)，這種情況，一則說明含水量測定有問題;二則可能液限、塑限結(jié)果存在誤差。大多數(shù)情況下，會是因?yàn)樘烊缓坎粶?zhǔn)造成土的狀態(tài)確定不準(zhǔn)。通過一系列對物性指標(biāo)間關(guān)系統(tǒng)一分析，使得實(shí)驗(yàn)成果的精度進(jìn)一步提高，為工程建設(shè)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2 土的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)

2.1 固結(jié)（壓縮）試驗(yàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)、快速固結(jié)試驗(yàn)、應(yīng)變控制連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果是孔隙比與壓力曲線、壓縮系數(shù)、體積壓縮系數(shù)，壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、前期固結(jié)壓力，用于計算粘性土體的沉降量。

2.2 直接剪切試驗(yàn)，采用慢剪試驗(yàn)、固結(jié)快剪試驗(yàn)、快剪試驗(yàn)、反復(fù)剪試驗(yàn)，試驗(yàn)方法：內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力，用于計算抗剪強(qiáng)度。

土的固結(jié)實(shí)驗(yàn)成果與抗剪強(qiáng)度之間的聯(lián)系，土的壓縮特性和抗剪強(qiáng)度有著一定的關(guān)系，利用這種關(guān)系，我們可以直觀判斷壓縮結(jié)果和抗剪結(jié)果是否準(zhǔn)確。一般情況下，土的壓縮性越高，壓縮模量越低，而它的快剪強(qiáng)度則越小。當(dāng)然，在有些情況下，要求做固結(jié)快剪，那么，這種關(guān)系可能就不成立了，需要按實(shí)際測出的強(qiáng)度情況判斷。

土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一。在計算承載力，評價地基穩(wěn)定性以及計算擋土墻的土的壓力時，都要用到土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，因此正確地測定土的抗剪強(qiáng)度在工程上具有重要意義。在現(xiàn)場原位測試的有十字板剪切實(shí)驗(yàn)、大型直接剪切實(shí)驗(yàn)等。相對來說，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律性，要比現(xiàn)場原位測試好得多。雖然如此，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測出的結(jié)果，有時和理論上的數(shù)據(jù)存在很大的差距。比如，無粘性土的C值應(yīng)為0，而在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)中，測出的值不一定為0，這實(shí)際上也是正常的，因?yàn)樵谖覀兯鶞y出的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)中，并不是說C值完全代表土的凝聚力，而Φ值也不完全代表內(nèi)摩擦力，而是兩者互相包含，都代表土的抗剪強(qiáng)度的一部分。在有些直接剪切實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，有時甚至?xí)霈F(xiàn)粘聚力C為負(fù)值現(xiàn)象，主要原因在于取標(biāo)準(zhǔn)樣時，所取試樣的性質(zhì)相差太大所致。也就是說不是同一種性質(zhì)的土拿到一起做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果自然不會符合規(guī)律。

2.3 擊實(shí)試驗(yàn)，采用輕型擊實(shí)試驗(yàn)、重型擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果是含水率與干密度曲線、最大干密度、最優(yōu)含水量，用于填土工程施工方法的選擇和質(zhì)量控制。

2.4 三軸壓縮試驗(yàn)，采用不固結(jié)不排水試驗(yàn)、固結(jié)不排水試驗(yàn)、固結(jié)排水試驗(yàn)、一個試樣多級加荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果是肉摩探角、內(nèi)聚力。

在三軸壓縮實(shí)驗(yàn)中，如果采用不固結(jié)不排水剪，那么從理論上講，抗剪強(qiáng)度包線應(yīng)為水平線，即內(nèi)摩擦角Φ為0，但是實(shí)際測出的結(jié)果中，總是或多或少地存在一定傾角Φ。造成這種現(xiàn)象的原因，一方面是取土質(zhì)量問題，另一方面在安裝試件時對土產(chǎn)生了一定的擾動，使土得到了不同程度的固結(jié)等原因。但這并不能說結(jié)果是錯誤的，因?yàn)樗从沉送林械膽?yīng)力分布實(shí)際情況，對于實(shí)際工程來說，有著很大的實(shí)用意義。因此，我們在判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否準(zhǔn)確，不能僅從理論上確定，而要考慮多方面客觀因素，結(jié)合實(shí)際分析，以期對土的受力情況有一個正確的判斷。

3 物理性試驗(yàn)成果和力學(xué)試驗(yàn)成果的統(tǒng)一對比與分析

土的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)是緊密相關(guān)的。通常情況下，土的物理性質(zhì)基本上能夠決定土的力學(xué)性質(zhì)。在室內(nèi)試驗(yàn)中，也可以此為依據(jù)做一比較。比如對于不同的密度、含水量、液、塑限的土，它的抗剪強(qiáng)度、壓縮性質(zhì)有怎樣的變化，隨著做試驗(yàn)時間的增長，慢慢可以從中找出一定的規(guī)律。當(dāng)然由于土的形式的復(fù)雜性，經(jīng)常出現(xiàn)一些意外情況，需要我們本著實(shí)事求是的態(tài)度，保證測出結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果將土的物性和力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)一起來，必將有利于我們對土的性質(zhì)的認(rèn)識，其中的規(guī)律也有待我們進(jìn)一步探討。

4 土的水理性質(zhì)試驗(yàn)

滲透試驗(yàn)，采用常水頭法、變水頭法，試驗(yàn)結(jié)果是滲透系數(shù)，用于有關(guān)滲透問題的計算。

應(yīng)用不同滲透儀測定不同粗、細(xì)土滲透系數(shù)k，以便了解土的滲透性能大小，用于計算土的滲透，建造土壩等擋水構(gòu)筑物時選擇土料，計算基坑滲水，計算飽和粘性土上建筑物的沉降和時間關(guān)系等。

5 土的特殊性質(zhì)試驗(yàn)

5.1 黃土濕陷試驗(yàn)，采用濕陷系數(shù)試驗(yàn)、自重濕陷系數(shù)試驗(yàn)、濕陷起始壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果是濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)，用于黃土濕陷性分析和處理。

黃土的濕陷性，應(yīng)按室內(nèi)浸水（飽和）壓縮試驗(yàn)，在一定壓力下測定的濕陷系數(shù)δs進(jìn)行判定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：①當(dāng)濕陷系數(shù)δs值小于0.015時，應(yīng)定為非濕陷性黃土，②當(dāng)濕陷系數(shù)δs值等于或大于0.015時，應(yīng)定為濕陷性黃土。濕陷黃土的濕陷程度，可根據(jù)濕陷系數(shù)δs值的大小分為下列三種：①當(dāng)0.0150.03時，濕陷性輕微，②當(dāng)0.03<δs0.07時，濕陷性中等，③當(dāng)δs>0.07時，濕陷性強(qiáng)烈。

5.2 自由膨脹率試驗(yàn)，采用水中自由膨脹，試驗(yàn)結(jié)果是自由膨脹率，用于膨脹土的初判。

5.3 膨脹率試驗(yàn)，采用有荷膨脹率試驗(yàn)、無荷載膨脹率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果是特定荷載膨脹率、無荷載膨脹率。

5.4 膨脹力試驗(yàn)，采用加荷平衡法，試驗(yàn)結(jié)果是膨脹力，用于測定土體吸水膨脹時所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

5.5 收縮試驗(yàn)，采用室溫收縮法，試驗(yàn)結(jié)果是縮限、收縮比、休縮、線縮，用于判定土的狀態(tài)。

膨脹土是一種吸水膨脹、失水收縮，具有較大往復(fù)脹縮變形的高塑性黏土。膨脹土地基能使基礎(chǔ)位移，建筑物和地坪變形、開裂、甚至破壞，對建筑物的使用和安全造成的危害性不可忽視。膨脹土的黏粒成分主要由蒙脫石和伊利石等強(qiáng)親水性礦物組成，基液限大于40%，塑性指數(shù)于于17，多數(shù)在22-35之間，具有明顯的吸水膨脹和失水收縮性能。這種土的脹縮機(jī)理與它的礦物成分、鹽基交換性質(zhì)和土的結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。

6 結(jié)論

各類工程的成敗，在很大程度上取決于土體能否提供足夠的承載力和差異變形等。地基承載力和地基變形計算中的參數(shù)主要是通過土工試驗(yàn)來確定的，所以土工試驗(yàn)是從根本上保證巖土工程設(shè)計的精確性及經(jīng)濟(jì)合理的重要手段，也是巖土工程規(guī)劃和設(shè)計的前期工作。如果各項(xiàng)巖土參數(shù)測試不正確，那么不管設(shè)計理論和方法如何先進(jìn)、合理，工程的精度仍然得不到保證。

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