土工試驗常見問題探討論文
摘 要：根據工作經驗與國家現行規范及行業標準相結合，針對土工試驗中存在的問題，從試樣制備、土物理性質試驗及力學性質試驗三個方面進行了剖析，提出了解決問題的辦法。
關鍵詞：土工試驗；試樣制備；土的物理性質試驗；土的力學性質試驗
土工試驗是巖土工程勘察的重要組成部分，是野外勘察工作的延續。野外勘探與室內土工試驗有機地結合，將準確完成土樣的定性、定量分析與評價，為建設單位提交符合現場實際情況的勘察成果。由于巖土體的不均勻性，取樣、運輸、保管過程中的擾動，試驗儀器及操作方法的差異等使得巖土試驗結果出現部分失真，在一定程度上影響勘察成果的真實性與準確性。本文就巖土樣試驗中經常出現的部分問題進行剖析，以便勘察單位在過程質量控制中采取相應措施，為設計部門提交真實、準確的勘察成果。
1、試樣的制備
巖土工程勘察市場競爭激烈，勘察費用較低，勘察單位的設備技術更新改造投入較少，勘察手段的單一，導致采取的原狀巖土樣質量較差，土體結構受到嚴重擾動和破壞(尤其是采用巖芯管巖芯切樣)；部分樣品采集后沒有在現場用蠟封堵，水分蒸發；冬天沒有防凍措施，使樣品受凍；運輸過程中沒有減震措施，特別是靈敏度較高的粉土和軟塑土。由以上原因造成的土體結構破壞和含水量變化，嚴重影響到巖土體的原狀，該類樣品根本不能作為力學試驗樣使用。
采樣不合格的巖土樣，在試樣制備時應注意。開啟土樣筒后，先檢查土樣結構，確定土樣是否已受擾動或取土質量是否符合規定，對不符合規范要求的試樣必須舍棄。
對合格土樣用環刀切取時，首先應做好以下幾點：
①應在環刀內壁涂一薄層凡士林，目的是為減少環刀與土樣間的摩擦，避免土樣壓密擾動。
�、趯h刀垂直下壓，環刀垂直下壓是避免環刀偏向受壓時環刀一側出現相對壓密而另一側出現樣品與環刀間的小縫隙，造成土的容重失真及壓縮時壓縮模量偏小。
�、郗h刀下壓過程中，邊壓邊削，可避免土樣受到環刀外側壁與土樣間的過大摩擦而使土樣受到一定程度的壓密。
�、軌喝氕h刀后對土樣的上下端面削平，對于軟土要用鋼絲鋸修復平整，若用切土刀整平則刀面極易帶起軟土形成二次擾動，對其它土可采用切土刀削平。這四種措施都可有效避免土樣在室內試驗時受到擾動。
在制樣過程中要對土樣的顏色、名稱、包含物、礦物成分、軟硬程度、塑性狀態、結構構造等進行描述，不僅是判定土類別的依據，也有利于后期數據整理時進行對比和綜合分析處理，得出符合工程實際的數據。
2、土的物理性質試驗
2.1 含水率試驗
土層的不均勻、取樣擾動或進水、取土器和筒壁的擠壓、原狀樣密封不嚴、土樣在運輸和存放期間保護不當而失水等均會引起含水率的變化。除此之外在試驗室若操作不當對土樣含水率的測試結果也會造成偏差：
�、偃狱c的位置不同，尤其是對粉質含量高的粉質粘土、粉土、砂土，樣的上、中、下不同部位含水量會有較大的差別，為克服這種影響可分上中下不同部位同時取等量樣品，加以混合后再取為含水量試驗樣品。
�、阡X盒烘干時應開口，以利水的充分蒸發。鋁盒質量應定期標定：鋁盒在長期使用過程中由于氧化、磨損其質量也有一定變化，定期標定能有效降低試驗誤差。
�、酆娓蓵r間及溫度對含水量測試數據影響較大，從而影響到地基土承載力基本值。以粉土為例，含水量每提高5%，承載力基本值降低約5%～10%。因而應嚴格掌握烘干時間和溫度。
紅粘土、膨脹土等粘粒含量很高的土類，有較大的比表面積，吸附水能力強，需在105℃～110℃溫度下烘干8h，粉土、粉砂土不得小于6h，但對含有機質的土(尤其是有機質含量大于5%的土)，應在65℃～70℃烘至恒重，溫度過高會造成有機質的損失，使含水量偏大。決不能為趕工期而省時省工，更不能不分土類別、不分溫度、不分時間地進行烘干。
2.2 土粒比重試驗
從理論上講要得到一個準確的土粒比重值較為困難，因為國標中采用的試驗方法存在下列因素的影響：
�、俳Y合水的影響。土粒帶負電荷，與其周圍的水相互作用，形成結合水，結合水吸附在粘粒表面，使測出的土粒體積大于實際體積，導致測試結果偏小。
②土粒間膠結物固化的影響。制備試樣在烘干過程中，不可溶的膠質礦物如SiO2、Al2O3、粘土礦物等易固化形成團粒，形成的團粒較難靠水的作用分散，加熱煮沸對團粒不能達到完全分散的作用，使計算出的土粒相對密度偏小。
土粒比重是土的基本物理指標之一，是一個相對穩定的值，它決定于土的礦物成分，一般無機物礦物顆粒的比重為2.60～2.80，有機質為2.40～2.50，泥炭為1.50～1.80，土粒的比重變化幅度很小，同一地區同一類型的土相對密度基本接近，通�？砂吹貐^經驗數據選用。由于土粒比重試驗相對復雜且費時，但也不能在一個地區根本就沒有進行過土粒比重試驗，而盲目套用其它地區的經驗，這是不科學的。
2.3 界限含水量試驗
液、塑限聯合測定法的界限含水量土樣制備方式對比較均勻的土可采用天然含水狀態的土樣；對不均勻的土樣，采用風干土樣。當試樣中含有粒徑大于0.5mm的土粒和雜物時，應過0.5mm的篩。進行界限含水率試驗時應將試驗樣品加入不同水量充分調和均勻，填入試樣杯中，按規范測定三個不同含水率的點。
在實際試驗時操作人員能夠對含礫石、巖屑、雜物的土樣過篩后進行試驗，但當土中含原生的鐵、錳質結核時而往往忽視過篩，直接將土中的鐵、錳質結核壓碎混入土中，這種方法造成土的液、塑限含水量偏小。
土樣加水后應充分拌和，拌合后試驗樣品的含水量必須均勻，否則錐體下落試驗點處的含水量難以代表實際樣品的含水量。
試樣調好后填入盛土杯也是一個關鍵環節，填入的樣品要均勻，不能有空洞，杯口土面應平整。低含水量的試驗樣易在盛土杯中產生土體密實度差異現象，高含水量試驗樣易出現盛土杯土體空洞現象，操作時應注意。杯口土面平整時，不能用調土刀過分抹平，尤其對易失水的粉土更容易造成杯表面含水量降低，產生試驗誤差。在具體試驗過程中可在一杯土的不同位置測試兩次，以此來檢驗試樣是否均勻。對于搓條法進行塑限試驗，雖然規范允許，試驗時人為影響因素較大，試驗誤差過大。這種方法雖然簡便，但應慎重選用。
2.4 土體的定名
土體定名應規范，在土體定名時經常出現粉土定名的誤區。規范規定：粉土是粒徑大于0.075mm的顆粒質量不超過總質量的50%，且塑性指數不大于10的土。在實際運用中，由于顆分試驗較繁雜，仍采用按塑性指數不大于10來劃定粉土的做法。土工試驗時，粉砂有時也具有一定的塑性指數，若僅按塑性指數劃分粉土可能會造成誤判。另外，按《建筑地基基礎設計規范》(GB50021-2001)規定粉土承載力特征值深寬修正時、按《建筑抗震設計規范》(GB5007-2002)進行液化判別時，均需根據粉土粘粒含量數值來進行計算和判別，雖然對地震烈度小于等于6度的地區，對非持力層粉土一般建筑不需進行液化判別和承載力特征值深寬修正，但也不能僅以塑性指數作為判定粉土的條件。
3、土力學性質試驗
3.1 固結試驗
土的固結試驗是測定土體在壓力作用下的壓縮特性，以此計算建筑物的沉降量，是地基設計的重要參數之一。在試驗時常有以下因素影響其準確度。
�、儆捎陬l繁折卸儀器、透水石磨損、濾紙規格的變化等因素，均會影響測試結果，因而儀器應定期校正。
�、谏贤杆暮坎町悤䦟ν馏w固結產生一定程度的變化，這種變化對一般的土樣影響比較隱蔽，不易發現，但對具膨脹性的土樣會有很大的影響，當透水石的含水量較土樣含水量大時會引起土樣吸水膨脹，出現前后級荷載百分表讀數差別很小的現象，有時甚至出現后級讀數較前級讀數小的異常情況。在透水石含水量較土樣含水量小時，會加速土樣的失水呈收縮趨勢，造成壓縮量過大。因而下透水石的含水量未接近土的天然含水量。
�、郯惭b試樣儀器歸零必須嚴格到位，環刀上、下土面必須緊密與上、下透水石處的濾紙接觸。由于環刀使用時外力破壞會出現外徑變化情況，使得環刀不能有效放入規定限位，造成透水石不能與環刀上、下土面有效接觸，使初級壓縮偏大，產生實驗誤差。
④百分表歸零時應使百分表量測的活動軸桿有足夠的量程，以避免壓縮變形量較大時，儀器量程小于土樣壓縮變形而造成壓縮試驗的失真。
�、菰囼灧�定標準在《土工試驗方法標準》(GB/T50123-1999)中規定：施加每級壓力后，每小時變形達0.01mm時，測定試驗高度變化作為穩定標準。
原來的1h快速法由于缺少理論依據而不再使用，但實際工作中，由于固結儀器數量的限制、試驗工期的緊迫仍會沿用，這種違背規范的現象，應禁止。
3.2 抗剪強度試驗
直剪試驗受力條件復雜(如發生剪切位移時法向加荷由最初軸心受壓變為偏心受壓，剪切破壞面人為限制)，排水條件不易控制，按《土工試驗方法標準》GB/T50123-1999第18條規定快剪試驗一般適用于滲透系數小于10-6cm/s的細粒土，粉質粘土滲透系數一般大于10-5cm/s，粉土K值更大，用直剪試驗已非常勉強，在室內試驗對較軟的粉土及粉質粘土直剪時，發現四級荷載下很少存在峰值強度，絕大部分需剪切至位移6mm處，剪切強度指標回歸性差(尤其最后一級荷載強度偏低，再現性差)，剪切強度指標僅能作為參考。另外較軟弱的土即使滲透系數滿足要求，當后二級荷載加上時會發生土樣擠入透水石與剪切盒之間縫隙的情況而無法剪切。雖然直剪試驗方便簡單，但其對粉土、粉質粘土及較軟弱土強度指標可信度較差，三軸試驗可取得較好的效果，在一個勘查項目的土工試驗中可進行一定數量的三軸剪切試驗進行對比。
另外在進行固結快剪及快剪試驗時，應嚴格控制剪切速度，對粘性土速度控制在0.8mm/min為宜，嚴禁提高剪切速度，造成剪切強度偏低，誤導設計。
4、體會
土工試驗是對野外采取的土樣進行試驗，土樣在采取、保管、運輸的各個環節稍有不慎都會對“原狀土樣”試驗數據的真實性產生重大影響，因此：一是務必要求野外勘察機臺選用符合國家規范要求的標準取樣器靜壓取樣，嚴禁采用輕錘多擊法取樣或巖芯管回轉巖芯切樣；二是在取樣過程中精心操作，特別是要防止壓取長度超過取樣器長度，造成土樣擠壓；三是對取出的土樣立即密封妥善保管，做到防曬、防凍；四是對取出的土樣及時送到試驗室，在運送時裝箱置于減震墊上，防止互相碰撞；五是在試驗過程中應盡可能地減少對土樣的再次擾動，采取有效措施保證試驗結果的可靠性，并對試驗過程中易出現問題的環節引起高度重視，在試驗結果分析整理時應結合具體土樣特點進行對比，充分考慮試驗過程中可能引起試驗結果誤差的影響，提交真實、合理的工程試驗數據，更好地為工程建設服務。
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