土工试验与试验成果的研究与探讨

　　摘要：土工试验是是岩土工程勘察、土木工程施工工程监理地质工作的重要组成部分，是提供工程地质评价和建筑物设计数据的重要依据。文章综合分析了土工试验依据、试验注意问题及对成果的须注意的若干问题，并阐述了对土工试验成果进行综合分析的必要性及如何提高综合分析的准确性。以期能为工程勘察工作设计及其它工程应用的思路和方法作为借鉴。
　　
　　
　　
　　关键词：土工试验；问题；实验指标；试验成果；相对密度；分析
　　
　　1前言
　　
　　质量是工程建设的生命。在修筑道路、堤坝、运动场、机场、挡土墙、埋设管道及建筑物基础回填等工程建设工程中时，为了控制土的压实质量，土工试验测试是其中不可缺少的一部分。实践中，工作人员应需正确对待，提高试验成果的准确性，为下一工序打下坚实的基础。土是分散的、多矿物的、多相的和多孔的不均匀体，在取样、运输过程中常常发生扰动，加上试验仪器和测试方法的相异以及试验人员的水平不同，使得测试结果存在这样或那样的问题，出现异常，在一定程度上影响了工程设计的准确性。因此，研究土工试验，对实际工作具有一定指导的意义。
　　
　　2土工试验成果分析的必要性
　　土是地壳表层的岩石风化后产生的松散堆积物，它具有三个特性：(1)土是松散性材料，不是连续的固体，因此，在一定程度上具有”流动性”；(2)土是由颗粒(固相)、水(液相)和气体(气相)三相物质组成；(3)土是自然地质历史产物，非人工制造产物。基于此，土具有不同于其它建筑材料的特征。一般的建筑材料可由设计人员指定品种和型号，品种、型号一经确定，力学性质参数也就确定。土则不同，建筑物是以天然土层作为地基，拟建地点是什么，土设计人员就以该种土作为设计对象。由于各种土的颗粒大小和矿物成分差别很大，土的三相间的数量比例不尽相同，而且土粒与其周围的水分又发生了复杂的物理化学作用，因此，造成了土的物理性质比较复杂。土的物理性质又在一定程度上决定了它的力学性质，不同地区的土，有不同的变化。土的物理性质和力学性质，相对于其它材料来说，是比较复杂的，如土的应力一应变关系是非线性的土的变形在卸荷后一般不能完全恢复，土的强度也不是一成不变的、土对扰动与存放时间等外部因素特别敏感。那么，通过室内试验测出的物理、力学指标，就存在一个是否准确的问题。如何确定数据的准确性，以及各个指标存在那些必然的联系，对于工程勘察设计有很大的指导意义。
　　3土的物理试验及试验成果的分析
　　3．1土的比重、密度、含水量试验。在土的物理试验中，比重、密度、含水量是三个最基本的实测指标，用它们可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙度、饱和度等指标。它们的变化，不仅影响其它指标的变化，而且将使土的一系列力学性质随之而异。因此，准确测定这三项指标，有着重要的意义。在这三个基本指标中，比重是一个相对稳定的值，它决定于土的矿物成分，一般砂土为2．65～2．69，粉土为2．70～2．71，粉质粘土为2．72～2．73，粘土为2．74～2．76，同一地区同一类型的比重基本相同。值得注意的是当土中含有有机质时，土的比重可降到2.4以下，此时应改用中性液体测定，如煤油、汽油甲苯和二甲苯，并采用抽气法排气。含水量是最不稳定的，不同的土有不同的含水量，而且由于各种因素，如土层的不均匀，取样不标准，取土器和筒壁的挤压，土样在运输和存放期间保护不当等等，都会影响成果的准确度。在这些影响因素中，有的属于土样客观存在，有的属于人为造成。无论属于哪种，都需要试验人员结合实际情况，克服不利因素，准确测出这一指标。土的密度指标，虽然也是一个变化值，不同的土样密度值不同，但对于某一个土样来说，它的值比较稳定和易于准确测定。要注意在开土过程中，减少人为因素，保证这项指标试验的准确度。
　　3.2土的液限与塑限。液限、塑限分别是细粒土处于可塑状态的上限和下限含水量。对于工程来说，土的液限、塑限有着比较重要的实用意义，用它可计算塑性指数和液性指数，评价细粒土地基的容许承载力，并可按塑性指数或塑性图进行土质分类。而当前对土的液限、塑限的测定，存在不少问题。如：测定土的液限、塑限时如何选取标准样的问题，规程上大多规定±要过0.5mm的筛孔，才能进行试验。在实际操作中，有一些土用眼睛观察含有较多砂粒，一旦过0．5mm筛后做试验，测出的土塑性指数可能很大，不能反映土的实际情况。因此，对于这种土最好能采用筛分法确定砂粒含量，如果砂粒含量已达到确定该土为砂土的标准，那么就不必再做液、塑限试验，反之则可进行相应的液、塑限试验来确定土的名称。再比如，对于塑性指数小于Ф的土，以前叫做轻亚粘土、砂土等，而新规程统称粉土。这种土存在是否会产生液化的问题，就需要根据工程要求，进行相关的粘粒含量测定。
　　3.3土的物性指标之间的对比分析。土的物理指标间是相互关联的，因此，当测出这些指标以后，可将其放到一起，进行综合的分析，对其准确性进行判别。比如，在有些成果中，会出现饱和度超过100％的现象，这就说明，在某些试验数据中，存在误差或者错误，需要根据实际情况进行调整，必要时要重做试验。再如本来在开土的时候，描述土是处在坚硬状态，而测试结果却是土处在流塑状态，液性指数>1，这种情况，就要对含水量、液限、塑限的测定结果进行复核。通过一系列对物性指标间关系的统一分析，可使试验成果的精度进一步提高，为工程建设提供准确的数据。
　　4土的力学试验及试验成果分析
　　4．1土的固结试验。土的固结试验是测定土体在压力作用下产生变形的过程。其目的是测定试样在有测限与轴向排水及受稳定荷重作用下的变形和压力、孔隙比和压力、以及变形和时间的关系。通过计算求得的各项压缩指标，可用来分析判别土的压缩特性和天然土层的固结状态，从而计算土工建筑及地基的沉降量，并估算区域性的地面沉降量。为了准确提供这些压缩指标，首先要抓好土样的验收和管理工作，注意观察试样是否扰动。在试验过程中，要严格按国家标准进行操作，消除各种不利因素。出现问题要及时解决。如：在开土描述记录中，写到土质均匀，含水量较高，土质较软，液性指数>0．5<1为软塑土，而测出的压缩系数却较为偏小，压缩模量偏大。这说明试验操作中有错误或误差，或者读数记录有误，要
　　及时查找原因，包括仪器设备方面的原因。如查不出原因，应采取补救措施，通知野外技术人员进行补样。
　　4．2土的抗剪强度试验。土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。在计算承载力，评价地基稳定性以及计算挡土墙的土的压力时，都要用到土的抗剪强度指标，因此正确地测定土的抗剪强度在工程上具有重要意义。抗剪强度的试验方法有多种，在试验室内常用的有直接剪切试验、三轴压缩试验和无测限抗压试验。在现场原位测试的有十字板剪切试验、大型直接剪切试验等。相对来说，室内试验的规律性，要比现场原位测试好得多。虽然如此，室内试验测出的结果，有时和理论上的数据存在很大的差距。比如，无粘性土的c值应为0，而在大多数试验中，测出的值不一定为0，这实际上也是正常的，因为在所测出的抗剪强度指标中，并不是说c值完全代表土的凝聚力，而值也不完
　　全代表内摩擦力，而是两者互相包含，都代表土的抗剪强度的一部分。在有些直接剪切试验结果中，有时甚至会出现粘聚力c为负值的现象，主要原因在于取标准样时，所取试样的性质相差太大所致。也就是说不是同一种性质的土拿到一起做试验，结果自然不会符合规律。在三轴压缩试验中，如果采用不固结不排水剪，那么从理论上讲，抗剪强度包线应为水平线，即内摩擦角Ф为0，但是实际测出的结果中，总是或多或少地存在一定倾角。造成这种现象的原因，一方面是取土质量问题，另一方面在安装试样时对土产生了一定的扰动，使土得到了不同程度的固结等原因。但这并不能说结果是错误的，因为它反映了土中应力分布的实际情况，对于工程来说，有着很大的实用意义。因此，我们在判断试验结果是否准确，不能仅从理论上确定，而要考虑多方面客观因素，结合实际分析，以期对土的受力情况有一个正确的判断。
　　4.3土的固结试验成果与抗剪强度之间的关系。土的压缩特性和抗剪强度有着一定的关系，利用这种关系，我们可以直观判断压缩结果和抗剪结果是否准确。一般情况下，土的压缩性越高，压缩模量越低，而它的快剪强度则越小。当然，在有些情况下，要求做固结快剪，那么，这种关系可能就不成立了，需要按实际测出的强度情况判断。
　　5结语
　　土工试验是为岩土工程勘察工作，提供有效测试结果的手段之一，而测试结果的准确程度与否，直接影响着工程质量和使用安全。当然，由于土体自身存在的复杂性，在试验结果中，经常出现一些异常现象，这就需要本着实事求是的态度，将土的物理和力学性质紧密结合起来，对可疑数据进行综合分析，查找原因，采取补救措施。提交合理准确的土工试验报告，过是每个土工试验工作者必须做到的。
　　
　　6参考文献
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