勘察土工試驗(yàn)中若干問題的探討

鮑素梅

摘要：本文簡要的闡述了勘察土工試驗(yàn)的流程，對(duì)其常見問題從收樣、制樣，物理性能指標(biāo)試驗(yàn)、力學(xué)性能指標(biāo)試驗(yàn)以及試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)匯總等方面進(jìn)行了探討。對(duì)試驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理和成果分析中可能出現(xiàn)的問題提出一些建議和看法。

關(guān)鍵詞：液限；塑限；抗剪強(qiáng)度；固結(jié)試驗(yàn)

1、前言

室內(nèi)勘察土工試驗(yàn)是解決土工問題的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它與勘探取樣、設(shè)計(jì)、施工都有關(guān)系，為工程勘察和設(shè)計(jì)提供可靠的計(jì)算數(shù)據(jù)。由于自然界土層自身的不均勻性，取樣、保存和運(yùn)輸過程中對(duì)原狀土的擾動(dòng)，試驗(yàn)儀器設(shè)備、操作方法上的差異以及試驗(yàn)人員素質(zhì)的參差不齊，使得勘察土工試驗(yàn)中試驗(yàn)結(jié)果存在各種問題，在一定程度上影響到巖土工程勘察的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。因此對(duì)于勘察土工試驗(yàn)中存在的問題和試驗(yàn)成果的綜合分析有著十分重要的意義。

2、接收土樣和樣品制備中應(yīng)注意的若干問題

2.1接收土樣時(shí)應(yīng)注意的問題

由于水利、水運(yùn)和公路工程現(xiàn)行的土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在要求和試驗(yàn)方法存在著差異，因此在接收土樣時(shí)，應(yīng)對(duì)工程項(xiàng)目的類型和規(guī)模進(jìn)行相應(yīng)的確認(rèn)，明確試驗(yàn)的依據(jù)。同時(shí)根據(jù)委托方送檢時(shí)的抽樣單復(fù)核送檢土樣的數(shù)量，并詳細(xì)檢查每個(gè)送檢的原狀土樣上孔號(hào)、樁號(hào)、取樣深度等信息是否完整、樣品性狀是否符合要求。

2.2制備樣品時(shí)應(yīng)注意的問題

制樣時(shí)，應(yīng)在檢測記錄上詳細(xì)記錄土樣的顏色、礦物成分、軟硬程度、塑性狀態(tài)、是否含有雜質(zhì)等。這樣有利于后期數(shù)據(jù)整理時(shí)進(jìn)行對(duì)比和綜合分析處理，得出符合工程實(shí)際的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)也有助于試驗(yàn)檢測人員經(jīng)驗(yàn)的積累。例如，在開土的時(shí)候，描述該土樣處于可塑或軟塑狀態(tài)，初步定名為粘土；而測試的結(jié)果卻是該土處于流塑狀態(tài)，液性指數(shù)>1，實(shí)際定名為淤泥質(zhì)粘土。對(duì)此，就要對(duì)含水率、濕密度、液限、塑限的測定結(jié)果進(jìn)行復(fù)核，及時(shí)找出錯(cuò)誤并予以修正。制樣時(shí)應(yīng)將多余的原狀土樣留樣以備試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差或產(chǎn)生爭議時(shí)重新試驗(yàn)或參考使用。

3、勘察土工物理力學(xué)性能試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意的問題

3.1土的含水率、土粒比重、土的天然密度

土的含水率、土粒比重、土的天然密度是三項(xiàng)最基本的物理性能指標(biāo)，用它們可以換算出土的干密度、孔隙比、孔隙率、天然飽和度等其它的物理性能指標(biāo)。這三項(xiàng)指標(biāo)的準(zhǔn)確與否，不僅影響到其它物理性能指標(biāo)的變化，而且同時(shí)還會(huì)影響土的力學(xué)性能指標(biāo)。例如某次勘察土工常規(guī)試驗(yàn)中，當(dāng)檢測員將土樣的含水率、天然密度、土粒比重、界限含水率等指標(biāo)錄入土工微機(jī)試驗(yàn)信息處理系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)某土樣的飽和度超過100%的現(xiàn)象，土工試驗(yàn)中土樣的最高飽和度≤100，飽和度超過100%，說明了該土樣某些試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在異常，而這個(gè)異常往往是原始的三個(gè)物理指標(biāo)測定有問題造成的。分析后得出結(jié)論是含水率和濕密度不匹配造成了天然飽和度的超百分百。經(jīng)檢查留樣的土樣后發(fā)現(xiàn)，該原狀土含有較多的砂和貝殼且分布較為不均勻。重新取樣測量試樣含水率后錄入系統(tǒng)得出了正確的試驗(yàn)結(jié)果。所以確保土的含水率、土粒比重、土的天然密度這三個(gè)物理性能指標(biāo)的準(zhǔn)確性，是提高其它指標(biāo)準(zhǔn)確度的前提。

3.2土的液限和塑限

土的稠度狀態(tài)就是土的軟硬狀態(tài)，工程常以堅(jiān)硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑來分辨土的稠度狀態(tài)。描述這些稠度狀態(tài)的界限的含水率稱為界限含水率。土常用的界限含水率的有液限和塑限。對(duì)于工程來說，土的液限和塑限有著比較重要的實(shí)際意義。

目前在不同規(guī)范下對(duì)土的界限含水率的測定還存在著一定的差異。在《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中，液限的標(biāo)準(zhǔn)確定還處于過渡時(shí)期，即76g圓錐下沉10mm和17mm為液限含水率。而對(duì)于水利水電工程，《土工試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定，液塑限聯(lián)合測定儀76g圓錐下沉17mm為液限含水率，下沉2mm為塑限含水率。《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》則規(guī)定，液塑限聯(lián)合測定儀100g圓錐下沉20mm為液限含水率，通過判定土樣類別再根據(jù)液限與塑限通過液限與塑限入土深度關(guān)系曲線，求得土樣的塑限。

對(duì)于測定土的液限、塑限時(shí)取樣標(biāo)準(zhǔn)的問題，國標(biāo)上規(guī)定土要過0.5mm的篩才能進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)際操作過程中，有一些土（如殘積土）用眼睛觀察含有較多的砂粒、礫石、巖屑、巖塊等，一旦過0.5mm篩后做界限含水率試驗(yàn)，測出的塑性指數(shù)可能很大，不能反映土的實(shí)際情況。因此這種土最好能采用篩分法確定砂粒含量。實(shí)際試驗(yàn)中，常常會(huì)遇到某些特殊土壤，難以定名。這時(shí)候就可以根據(jù)工程的性質(zhì)和需要，做相應(yīng)的處理。

3.3土的抗剪強(qiáng)度

土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，它包含粘聚力和內(nèi)摩擦角兩個(gè)指標(biāo)，是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一。在計(jì)算地基承載力和評(píng)價(jià)地基穩(wěn)定性時(shí)，都要用到土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，因此正確的測定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)在工程上具有重要意義。有時(shí)候試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)存在很大的差距，比如：無粘性土的C值正常情況下應(yīng)該為零。而在實(shí)際試驗(yàn)中，測出的C值往往不為零。實(shí)際上，這也是正常的，因?yàn)樵谒鶞y出的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)中，并不是C值完全代表土的凝聚力，而φ值也不完全代表內(nèi)摩擦角。而是兩者相互包含，都代表土的抗剪強(qiáng)度的一部分。在有些砂性土的直接抗剪強(qiáng)度中，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)粘聚力C為負(fù)值的現(xiàn)象，其主要原因是在于取樣不均勻，所取試樣的性質(zhì)相差太多而致。測定土的抗剪強(qiáng)度比較簡單的方法是采用應(yīng)變控制式直剪儀進(jìn)行試驗(yàn)。這種儀器操作簡單但也存在許多缺點(diǎn)。最大的缺點(diǎn)就是無法控制試樣的排水條件。三軸壓縮試驗(yàn)是測定土抗剪強(qiáng)度的另一種方法，它除了可以嚴(yán)格控制試樣排水條件外，還能同時(shí)測定試樣內(nèi)的孔隙壓力和體積變化。

3.4土的固結(jié)試驗(yàn)

土的固結(jié)試驗(yàn)是研究土體一維變形特性的測試方法。它是測定土體在壓力作用下的壓縮特性。其目的是測定試樣在荷載作用下的變形和壓力、孔隙比和壓力、變形和時(shí)間的關(guān)系。所得的各項(xiàng)指標(biāo)用以判斷土的壓縮性和計(jì)算土工建筑物與地基的沉降。固結(jié)試驗(yàn)成果一般整理成e-p曲線或e-lgp曲線，以便計(jì)算土的壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、先期固結(jié)壓力、壓縮模量等。對(duì)于飽和土體通過標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)可以繪制出變形與時(shí)間的關(guān)系曲線，從而計(jì)算整理出固結(jié)系數(shù)等指標(biāo)。土的壓縮特性指標(biāo)與土的性質(zhì)、狀態(tài)、應(yīng)力條件及測試方法有關(guān)，因此，選取有代表性的試樣與確定合理的測試方法是取得正確試驗(yàn)成果的基本要求。

4、勘察土工試驗(yàn)成果的綜合分析

勘察土工試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)的，可以將各項(xiàng)指標(biāo)記性綜合分析，互為驗(yàn)證，對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行判別。一般情況下，同一種土的含水率高，則密度較低，孔隙比也高。土的物理性質(zhì)基本上能夠決定土的力學(xué)性質(zhì)，土的液性指數(shù)越大，其壓縮性也越大，而抗剪強(qiáng)度反而越小。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，我們可以直觀的判斷壓縮結(jié)果和抗剪結(jié)果是否匹配。一般情況下，土的含水率越大，土的壓縮性就越高，而土的抗剪強(qiáng)度就越小。通過各項(xiàng)指標(biāo)間的關(guān)系分析，可以對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行有效的驗(yàn)證。

5、結(jié)束語

勘察土工試驗(yàn)是為巖土工程勘察工作提供試驗(yàn)結(jié)果的手段之一，其試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響工程的質(zhì)量和安全性。當(dāng)然，由于土體自身構(gòu)造的復(fù)雜性，在試驗(yàn)結(jié)果中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些異常的數(shù)值。這就需要我們試驗(yàn)檢測人員本著實(shí)事求是的態(tài)度，將土的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)緊密結(jié)合起來對(duì)可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析，查根究底，對(duì)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以確保試驗(yàn)結(jié)果的有效性和準(zhǔn)備性。

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（作者單位：河北恒生永筑巖土工程有限公司）