土工試驗(yàn)問題的探討

羅玉秋

摘要:土工試驗(yàn)是解決土工問題的一個(gè)工作環(huán)節(jié)。試驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行過程中,要調(diào)整能減少意義不大的試驗(yàn),增加能加深認(rèn)識(shí)土的性質(zhì)和提高成果的試驗(yàn)。本文主要探討了土工試驗(yàn)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞:土工試驗(yàn);勘探取樣;數(shù)據(jù)

1 土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)自動(dòng)化概況

土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理的自動(dòng)化是隨著電子計(jì)算機(jī)的推廣采用而產(chǎn)生的,20世紀(jì)70年代末,隨著我國改革開放政策的實(shí)施,一些土工科研單位開始了這一新技術(shù)的探索和研究,到了1980年建設(shè)部投資十余萬元在北京市勘察院進(jìn)行試點(diǎn)工作,1982年與地礦部地球物理研究所使用研制出“GSX-1型工程地質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”,初步形成了我國自己的土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)模式,由于多種原因而沒有正式推廣使用。

20世紀(jì)80年代中后期以來,土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理自動(dòng)化得到了較大的發(fā)展和普及,具代表性的有:北京空軍工程設(shè)計(jì)研究局研制的“KTG固結(jié)試驗(yàn)檢測(cè)處理系統(tǒng)”;南京土壤儀器廠等研制的“JWJ土工試驗(yàn)微機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)”。把數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理,繪制曲線,打印成果熔為一體,同時(shí)還增加了直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集及處理功能,完成了系統(tǒng)與微機(jī)的通訊,實(shí)現(xiàn)了分散采集,集中處理的多重功能。目前已批量生產(chǎn),已在全國100多個(gè)試驗(yàn)室使用。

2 土工試驗(yàn)與設(shè)計(jì)、勘探的關(guān)系

土工試驗(yàn)是解決土工問題的一個(gè)工作環(huán)節(jié),它與勘探取樣、設(shè)計(jì)、施工都有關(guān)系,尤其與設(shè)計(jì)關(guān)系比較密切。因此,制訂好符合設(shè)計(jì)要求而且能反映實(shí)際情況的試驗(yàn)規(guī)劃和對(duì)成果作出合理評(píng)價(jià),首先要加強(qiáng)土工試驗(yàn)與設(shè)計(jì)、勘探之間的聯(lián)系。

目前流行的解決土工問題的步驟是:設(shè)計(jì)人員接受土工任務(wù)后,向勘探和試驗(yàn)單位下達(dá)勘探取樣和試驗(yàn)任務(wù)。鉆探取樣人員往往按照勘測(cè)規(guī)范的一般要求進(jìn)行勘探和取樣,然后把了解到的情況寫成報(bào)告連同土樣送交試驗(yàn)室。雖然他們對(duì)土層的變化了解頗深,但由于對(duì)工程情況知道得不多,因此,容易忽略其中很薄的,但對(duì)該工程卻頗為重要的土層。

在制訂試驗(yàn)計(jì)劃之前,設(shè)計(jì)和試驗(yàn)人員很少與勘探人員一起參加部分野外鑒別工作,試驗(yàn)計(jì)劃不是三方共同制訂,而是往往由設(shè)計(jì)單位提出比較原則的要求,試驗(yàn)人員則按照《試驗(yàn)規(guī)程》來完成試驗(yàn)任務(wù)的。于是,不論是哪個(gè)工程,碰到的土是否具有特殊性質(zhì),或是否要求進(jìn)行特種試驗(yàn),而勘探取樣、試驗(yàn)項(xiàng)目和方法都基本相同,試驗(yàn)重點(diǎn)也不太明確。在試驗(yàn)過程中,設(shè)計(jì)人員不是經(jīng)常到試驗(yàn)室去了解試驗(yàn)方法是否與所采用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法相協(xié)調(diào)或試驗(yàn)細(xì)節(jié)是否需要改造,他們主要從勘探報(bào)告中了解地層情況,從試驗(yàn)報(bào)告中選擇土性質(zhì)指標(biāo)作為設(shè)計(jì)依據(jù),建立在這樣基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì),難免出差錯(cuò)。

3 擊實(shí)試驗(yàn)

壓實(shí)質(zhì)量的好壞體現(xiàn)在土擊實(shí)后的最大干密度和最佳含水量上。擊實(shí)試驗(yàn)是確定土力學(xué)性能的重要試驗(yàn)之一。

3.1 根據(jù)《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》給出的擊實(shí)操作方法,在實(shí)際操作時(shí)發(fā)現(xiàn):粘性土和部分的粉土可以擊實(shí)成型,而粗粒土則較難擊實(shí)成型。盡管。有些文獻(xiàn)對(duì)低含水量細(xì)粒土的成型方法以及影響粗粒土的擊實(shí)因素進(jìn)行了探討,但沒有給出操作的過程,而且由于不是《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,還不能在具體試驗(yàn)中運(yùn)用。

3.2 擊實(shí)試驗(yàn)的余土高度應(yīng)小于6mm,否則應(yīng)補(bǔ)做試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)操作中發(fā)現(xiàn),在最佳含水量前所用試樣重量隨含水量增加,最佳含水量后試樣重量隨含水量減少,接近最佳含水量時(shí)試樣重量按《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》要求稱量才能滿足要求,否則每一含水量擊實(shí)余土高度不是大于6mm,就是低于筒頂高度。因此《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》的要求非常嚴(yán)格,操作中有時(shí)難以實(shí)現(xiàn)。

3.3 根據(jù)《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》方法繪制擊實(shí)曲線時(shí),一方面曲線線形差異大,另一方面根據(jù)擊實(shí)曲線獲取最大干密度和最佳含水率的誤差較大,特別是擊實(shí)曲線不能給出峰值時(shí),補(bǔ)做試驗(yàn)量較大。

4 土性質(zhì)指標(biāo)的選用

根據(jù)眾多土料的試驗(yàn)成果,為某地或料場(chǎng)選擇土性質(zhì)的指標(biāo)值,應(yīng)先詳細(xì)了解土層的變化情況和采取土樣的代表性、取樣方法以及試驗(yàn)規(guī)劃的合理性,明確哪幾層土或幾種土對(duì)工程是關(guān)鍵的土層;然后,以最有代表性的土料的指標(biāo)為主體,參考其它土樣的試驗(yàn)結(jié)果,選擇出供設(shè)計(jì)用的指標(biāo)值,且指標(biāo)值中應(yīng)留有一定的安全余地。由于試驗(yàn)成果的可靠性取決于測(cè)試數(shù)次,經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析后,往往發(fā)現(xiàn)指標(biāo)的平均值與最大值、最小值相差較大,或發(fā)現(xiàn)各種保證率下的指標(biāo)值也相差不少。面對(duì)這些數(shù)據(jù)仍難選擇可以反映實(shí)際情況的指標(biāo)值,而不得不選擇偏于保守的指標(biāo)值時(shí),即使是按照上述要求確定了土的指標(biāo)值,也仍具有一定的不可靠性。因此,應(yīng)在施工過程中通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證,必要時(shí)需修改設(shè)計(jì)。

5 開展土工試驗(yàn)方法的進(jìn)一步研究

我國土工試驗(yàn)工作者在長(zhǎng)期的工作實(shí)踐中進(jìn)行過大量實(shí)驗(yàn)研究工作。其成果是有目共睹的:但就目前我國土工試驗(yàn)的現(xiàn)狀看,仍有些問題值得進(jìn)一步研究,大體上可分為兩類:

5.1 圍繞著現(xiàn)行的土工試驗(yàn)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等,結(jié)合各自工作中遇到的新情況、新問題,開展研究和技術(shù)總結(jié)。如三軸試驗(yàn)中一個(gè)試樣多級(jí)加菏剪切法的適用范圍,陜速固結(jié)試驗(yàn)等一些半經(jīng)驗(yàn)法的適用性等等。

5.2 開展土工試驗(yàn)等新方法,新問題的研究,如室內(nèi)袖珍貫入儀試驗(yàn)的研究與應(yīng)用;非飽和土力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)研究;黃土、軟土、鹽漬土等特殊土類試驗(yàn)方法的進(jìn)一步研究等等,這些成果的取得將會(huì)豐富土工試驗(yàn)方法,解決一些新的土工問題,提高土工試驗(yàn)的技術(shù)水平。

5.3 加強(qiáng)土工試驗(yàn)的技術(shù)管理和行業(yè)管理

近年來,隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷深化,一些單位逐漸演化了土工試驗(yàn)的技術(shù)管理,土工試驗(yàn)的行業(yè)管理也出現(xiàn)了一些混亂局面,主要表現(xiàn)在:一些單位放棄了土工試驗(yàn)技術(shù)負(fù)責(zé)人和審核制度,實(shí)行包產(chǎn)到人、包產(chǎn)到組的承包方式,只管進(jìn)度和效益,幣管試驗(yàn)質(zhì)量,從開土到提交成果報(bào)告由1～2人負(fù)責(zé),沒有一套有效的技術(shù)管理程序來保證試驗(yàn)質(zhì)量。

6 土的相對(duì)密度、密度、含水量實(shí)驗(yàn)

土粒的相對(duì)密度是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值,決定于土的礦物成分,同一地區(qū)同一類型的土的相對(duì)密度基本相同,通常可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選用,值得注意的是當(dāng)土中含有有機(jī)質(zhì)時(shí),土的相對(duì)密度可降到2.4以下,此時(shí)應(yīng)改用中性液體,如煤油、汽油甲苯和二甲苯,并采用抽氣法排氣。土的含水量,則是三個(gè)指標(biāo)中最不穩(wěn)定的,不同的土,含水量就可能不一樣;而且由于各種因素,如土層的不均勻、取樣不標(biāo)準(zhǔn)、取土器和筒壁的擠壓、土樣在運(yùn)輸和存放期間保護(hù)不當(dāng)?shù)鹊?均會(huì)影響成果的準(zhǔn)確度。在這些影響因素中,有的屬于土樣客觀存在,有的屬于人為造成,無論屬于哪種,都需要實(shí)驗(yàn)人員結(jié)合實(shí)際情況,克服不利因素,測(cè)出土的比較準(zhǔn)確的含水量。土的密度指標(biāo),雖然也是一個(gè)變化的值,不同的土樣重度值不同,但對(duì)于某-個(gè)土樣來說,它的值較穩(wěn)定和比較容易測(cè)準(zhǔn)的,土的這三個(gè)指標(biāo)是基礎(chǔ),土的其它指標(biāo)也將通過換算計(jì)算出來,計(jì)算出來的指標(biāo),有時(shí)會(huì)出現(xiàn)和實(shí)際明顯不符的情況,如飽和度超過100等,這就說明,原始三個(gè)指標(biāo)的測(cè)定有問題,而大多數(shù)情況下,問題出在含水量和相對(duì)密度的測(cè)定上,需要對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)作進(jìn)一步的確定,以保證這兩項(xiàng)指標(biāo)試驗(yàn)值的準(zhǔn)確,從而提高其它指標(biāo)的準(zhǔn)確度。