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(shè)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(guān)鍵工作，其實施的核心要點在于將室內(nèi)試驗與野外勘探進行有效結(jié)合，提高勘察環(huán)節(jié)的科學(xué)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(shè)施工企業(yè)提供更為可靠的工程勘察條件與結(jié)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(wěn)定因素，如場地條件、勘察人員水平以及設(shè)備的專業(yè)程度等，這些因素的存在也很容易破壞后續(xù)工程建設(shè)。很多工程建設(shè)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(shù)手段過于簡單，最終導(dǎo)致勘察結(jié)果質(zhì)量長期處于較低水平，這也為后續(xù)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(zhì)量進行具體檢查，并根據(jù)行業(yè)規(guī)范標(biāo)準，對樣品的質(zhì)量等級進行劃分，依據(jù)主要包括施工現(xiàn)場的觀測、X射線檢測、回收率測定以及室內(nèi)試驗等，而這些環(huán)節(jié)的實施，對于工程樣品劃分而言十分關(guān)鍵。在實際應(yīng)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(jù)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(yīng)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(huán)刀。在使用前，需要在環(huán)刀內(nèi)部涂抹一層較為均勻的凡士林，提高環(huán)刀內(nèi)部的潤滑度，進而避免環(huán)刀表面與樣品之間發(fā)生摩擦。此外，樣品制作過程也要避免出現(xiàn)震動現(xiàn)象。但很多從業(yè)人員沒有真正關(guān)注這一環(huán)節(jié)，環(huán)刀的使用保養(yǎng)以及過程中避免震動都沒有很好落實。

環(huán)刀在下壓過程中，應(yīng)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(xiàn)一端壓密而另一端出現(xiàn)空隙的異?，F(xiàn)象，并可同步避免出現(xiàn)壓縮模具或容重等失真問題。環(huán)刀下壓時，應(yīng)保持邊壓邊削的控制方式，這樣可有效避免環(huán)刀與樣品之間出現(xiàn)較大摩擦，并同步引發(fā)局部區(qū)域過度壓密的狀況。

環(huán)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(zhì)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(zhì)過軟，那么二次擾動現(xiàn)象將無法避免，最終的試驗結(jié)果也會失真。

1.3 對樣品記錄進行完善

樣品制作環(huán)節(jié)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(gòu)造等特點要素，進行具體描述與記錄，進而為后續(xù)試驗以及數(shù)據(jù)分析提供更為科學(xué)有效的參考，并可幫助技術(shù)工作者對樣品的實際情況有更多的了解。

2 物理性質(zhì)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(yīng)重點關(guān)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(shè)備擠壓現(xiàn)象等。樣品獲取成功后，工作人員需要在指定試驗室內(nèi)部對土樣含水率進行檢測，檢測過程也要嚴格遵照相關(guān)規(guī)范與原則，如果出現(xiàn)操作不規(guī)范的情況，那么最終測試結(jié)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(shù)據(jù)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(zhì)黏土為例，粉質(zhì)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(jié)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(fā)效率與實際的烘干保持一致，應(yīng)使用鋁盒，并在指定位置開口。鋁盒質(zhì)量也要在試驗前進行檢測，鋁盒結(jié)構(gòu)不能存在氧化或破損現(xiàn)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(zhì)樣品，這種土壤含水量較高，且水分很難蒸發(fā)，樣品表面積很大，對水體的吸附能力很強。因此烘干過程應(yīng)持續(xù)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(fā)。

2.2 土粒密度檢測

土粒的密度主要是指土粒的質(zhì)量與同體積的蒸餾水在溫度為4℃環(huán)境下的實際質(zhì)量的比值，土粒密度是衡量土質(zhì)的重要指標(biāo)，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(huán)境因素影響，也同樣受到不同標(biāo)準的影響。工作經(jīng)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(wěn)定的數(shù)值區(qū)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(biāo)很難通過常規(guī)的測試方式測得，但相關(guān)研究表明，顆粒直徑與塑性指標(biāo)之間存在必然的相互聯(lián)系，顆粒直徑越大，塑性指數(shù)將會隨之降低，而顆粒直徑與塑性指標(biāo)這兩種數(shù)據(jù)類別都是無量綱的數(shù)據(jù)。因此，需要利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計法建立兩者之間的相互關(guān)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(zhì)界限含水量試驗也是土工試驗作業(yè)流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，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(guī)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(dāng)中，并在容器內(nèi)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(yīng)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(xiàn)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(xiàn)孔洞現(xiàn)象。此外，盛土杯杯口的樣品應(yīng)保持足夠平整，不能使用調(diào)土刀進行抹平，否則將會嚴重干擾最終測量結(jié)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(cè)分別進行測試，隨后判斷樣品的整體結(jié)構(gòu)是否均勻。根據(jù)行業(yè)規(guī)范，樣品含水率測試，應(yīng)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(yīng)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(xiàn)象進行補救。

3 力學(xué)性質(zhì)試驗工作

3.1 土體固結(jié)試驗過程

土體固結(jié)試驗對于巖土工程而言十分關(guān)鍵，其將直接決定后續(xù)建設(shè)工作所要采用的工藝手段。土體固結(jié)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(jié)系數(shù)、壓縮模具以及壓縮系數(shù)等，而這些數(shù)據(jù)也是判斷巖土工程沉降量的核心參數(shù)。試驗工作者在進行固結(jié)試驗操作時，應(yīng)從以下幾點入手，保證最終試驗結(jié)果的穩(wěn)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(shè)備誤差對最終試驗結(jié)果的不良影響；

b.工作人員應(yīng)重點控制透水石含水量，避免這一因素影響到土體固結(jié)試驗的穩(wěn)定性，并將其納入后續(xù)技術(shù)工藝的影響條件；

c.相關(guān)試驗儀器歸零后，也要對試驗設(shè)備進行調(diào)整，避免設(shè)備自身問題影響測量結(jié)果，也同樣保證設(shè)備的使用壽命；

d.百分表歸零后，工作人員需確?；顒虞S具備足夠的量程，確保最終試驗數(shù)據(jù)的完整性。

3.2 土質(zhì)抗剪強度試驗

3.2.1 土質(zhì)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(dāng)前巖土工程勘察環(huán)節(jié)中的常用策略。結(jié)合行業(yè)內(nèi)部的庫侖定律，工作人員在實施土質(zhì)直接抗剪強度試驗過程中，土質(zhì)的載荷點應(yīng)保持在一定的線性關(guān)系條件下。此時，抗剪強度的試驗結(jié)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(yīng)的抗剪試驗點位于相同的直線內(nèi)部，那么計算過程必須采用三角中心法。

3.2.2 土質(zhì)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(jié)果的影響要素相對較少，最終試驗結(jié)果精準度也能得到保障，而這些優(yōu)勢的存在，讓三軸壓縮試驗成為當(dāng)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(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，同時，這一儀器在應(yīng)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(xiàn)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(jié)構(gòu)會隨著試驗的推進而出現(xiàn)形變，橡皮膜結(jié)構(gòu)的嵌入也將對高速測量結(jié)果帶來很大的影響，最終導(dǎo)致土體在剛度試驗時獲取到的數(shù)據(jù)與真實數(shù)值之間存在很大差距。為解決這一技術(shù)手段存在的缺陷，工作人員可將測量裝置轉(zhuǎn)移到壓力室內(nèi)部，并同時將三軸儀設(shè)置在樣品上，這樣可保證樣品高度與直徑的測量結(jié)果有足夠的準確性。

4 巖土工程土工試驗發(fā)展策略

4.1 強化實驗室硬件條件

土工試驗實施機構(gòu)應(yīng)重視各類硬件設(shè)備在試驗環(huán)節(jié)中的影響，加強對儀器設(shè)備的科學(xué)管控，針對當(dāng)前實驗室儀器設(shè)備使用環(huán)節(jié)存在的問題，加強設(shè)備質(zhì)量管理以及設(shè)備更新工作。相關(guān)儀器設(shè)備的采購環(huán)節(jié)應(yīng)對比不同的生產(chǎn)廠家，以滿足巖土工程土工試驗環(huán)節(jié)需求為目標(biāo)，注重儀器設(shè)備的使用壽命與維護保養(yǎng)的難易程度。設(shè)備維護與保養(yǎng)應(yīng)嚴格遵守具體規(guī)范與標(biāo)準實施，每次試驗完成后，保養(yǎng)工作應(yīng)及時跟進，避免試驗環(huán)節(jié)使用的各類材料對儀器設(shè)備造成腐蝕與破壞，從而避免因設(shè)備誤差而影響到土工試驗數(shù)據(jù)精度。

4.2 完善土工試驗規(guī)章制度

土工試驗工作實施環(huán)節(jié)應(yīng)嚴格遵守相關(guān)制度與章程，每一項試驗都有著對應(yīng)的規(guī)范與標(biāo)準。因此，監(jiān)管部門可結(jié)合當(dāng)前土工試驗行業(yè)的具體現(xiàn)狀，制定相應(yīng)的技術(shù)法規(guī)與規(guī)范體系。此外，我國復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與地貌特征，讓不同地區(qū)所執(zhí)行的標(biāo)準存在一定的差異。對此，監(jiān)管部門可在原有法律法規(guī)的基礎(chǔ)上，對這些具體操作過程進行優(yōu)化與完善，實現(xiàn)試驗操作制度層面的統(tǒng)一性與合理性，為各項土工試驗工作的開展打下良好基礎(chǔ)，避免人為因素對土工試驗結(jié)果的負面影響。

4.3 注重含水率試驗環(huán)節(jié)處理手段的優(yōu)化

土工試驗工作人員應(yīng)注重具體手段的針對性與有效性，結(jié)合土工試驗的最終目的，對試驗方法進行優(yōu)化，合理分析相關(guān)數(shù)值，確保含水率試驗數(shù)據(jù)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(huán)節(jié)應(yīng)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(huán)節(jié)的使用需求，確保試驗數(shù)據(jù)結(jié)果與真實數(shù)據(jù)之間的差異最小化。此外，含水率試驗環(huán)節(jié)也要注重溫度控制，避免試驗樣本有機質(zhì)因高溫而分解，影響到最終結(jié)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(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)的人員操作問題，為提高最終試驗結(jié)果的真實性，相關(guān)機構(gòu)應(yīng)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?shù)膽B(tài)度。此外，土工試驗機構(gòu)應(yīng)加強合作，定期開展技術(shù)交流，針對土工試驗過程的一些難點與關(guān)鍵內(nèi)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(yǎng)。

5 結(jié)語

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