余海龍 門 廣

（成都市勘察測繪研究院，四川 成都 610081）

在土工試驗(yàn)測定中，常規(guī)的指標(biāo)主要有物理性指標(biāo)和力學(xué)指標(biāo)。這些指標(biāo)將成為勘察報告中提供各種指標(biāo)的具體數(shù)據(jù)。但由于自然界土層自身的不均勻性,取樣、保存和運(yùn)輸過程中對原狀土的擾動,試驗(yàn)儀器、操作方法的差異以及試驗(yàn)人員的素質(zhì)不同,使得土工試驗(yàn)中測試的結(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)確評價。因此,本文就土工試驗(yàn)中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了探討。

1.土的物性試驗(yàn)及試驗(yàn)中存在的問題

1.1.土的比重、密度、含水量試驗(yàn)。在土的物理試驗(yàn)中,比重、含水量、密度是三個最基本物性指標(biāo),用它們可以換算土的干密度、孔隙比、孔隙度、飽和度等指標(biāo)。這三項(xiàng)指標(biāo)的正確與否,不僅影響其他指標(biāo)的變化,而且還影響土的一系列力學(xué)指標(biāo)。因此準(zhǔn)確測定這三項(xiàng)指標(biāo)有著重要的意義。

在這三個基本指標(biāo)中土粒的比重是一個相對穩(wěn)定的值,它決定于土的礦物成分,它的數(shù)值一般是2.6～2.8,數(shù)值大小與所含礦物、粒度成分等有關(guān),若含有機(jī)質(zhì)較多時比重較小。由于同一地區(qū)同一類型土的比重比較接近,況且比重試驗(yàn)的操作比較麻煩,現(xiàn)在許多單位都是根據(jù)本地經(jīng)驗(yàn),直接采用了比重的經(jīng)驗(yàn)值,缺少實(shí)際依據(jù)。要減少差異,應(yīng)通過收集整理這方面數(shù)據(jù),建立適用于本地區(qū)各類土的比重值。當(dāng)然對于重大工程和特殊條件下的土工試驗(yàn),如土中含有機(jī)質(zhì)大于5%時,土的比重可降到2.4以下,應(yīng)對土樣進(jìn)行實(shí)測,才能真實(shí)反映土的工程特性。

土的密度取決于土粒的重量、孔隙體積的大小和孔隙中水的重量,其綜合反映了土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征。該項(xiàng)試驗(yàn)較簡單,一般在取樣后立刻進(jìn)行。需注意的是開土切樣時要用切土刀,將土樣取入環(huán)刀后,需用專門的刮土刀整平環(huán)刀兩端土樣?，F(xiàn)在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室人員直接用切土刀刮平,這是一種極其錯誤的操作方法。因?yàn)榻?jīng)常開樣,切土刀刃口經(jīng)長期使用會磨損呈凹形,就會造成測得的密度偏大、孔隙比偏小、飽和度偏大等情況。因此對試驗(yàn)人員從一開始就應(yīng)當(dāng)規(guī)范要求,如按規(guī)范操作與其本身物理性能指標(biāo)不符,這時應(yīng)及時查找原因,更換新的刮土刀或環(huán)刀以確保試樣質(zhì)量,正確求得土的密度。試驗(yàn)中應(yīng)對照送樣單的野外定名,在合適的部位切取試件。

含水量是最不穩(wěn)定的,不同的土有不同的含水量,而且由于各種因素,如土層的不均勻,取土不標(biāo)準(zhǔn),野外取樣不規(guī)范,土樣在運(yùn)輸及存放期間保護(hù)不當(dāng)?shù)?都會影響成果的準(zhǔn)確度。所以要求野外人員取樣、運(yùn)輸、保管樣品規(guī)范化,試驗(yàn)人員應(yīng)注意取樣的代表性及均勻性,及時裝盒加蓋避免水分的損失,準(zhǔn)確測出這一指標(biāo)。若為連續(xù)試驗(yàn),則土樣盒在使用中可能未洗凈或會受到一定腐蝕,因此必須在取樣前重新稱取盒重。依據(jù)試驗(yàn)規(guī)程應(yīng)取兩個以上的土樣進(jìn)行平行試驗(yàn),去除離散較大的值后取平均值。

1.2.土的液限與塑限試驗(yàn)。做液塑限試驗(yàn)時,有的使用錐式液限儀,有的使用液塑限聯(lián)合測定儀,這樣就難免因?yàn)槭址ú灰恢率沟猛恢笜?biāo)因試驗(yàn)人員不同,得出的結(jié)果也不盡相同。還有因調(diào)土不均勻、不透,或使用磨損嚴(yán)重的圓錐儀,得出偏大的液限值。這樣本來可以判定為可塑狀的土,結(jié)果卻出現(xiàn)硬塑或堅(jiān)硬,無形中增加了建筑的風(fēng)險。

做塑限試驗(yàn)時,搓條法現(xiàn)在還被普遍認(rèn)同,但標(biāo)準(zhǔn)不易掌握,人為因素影響較大,對低塑性土更為明顯。有的單位,不直接測定,而利用液、塑限之間的相關(guān)公式計(jì)算出塑限值。如果這種間接計(jì)算塑限值是限定在有大量對比資料基礎(chǔ)上的話,其誤差還能事先估計(jì),問題在于將這種計(jì)算盲目擴(kuò)大,套用失控,使測試成果嚴(yán)重失真。因此要想測出最真實(shí)的數(shù)據(jù),必須提高試驗(yàn)人員的素質(zhì),并且按照相應(yīng)的規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行。另外,粉土是粒徑大于0.075mm的顆粒,質(zhì)量不超過總質(zhì)量的50%,且塑性指數(shù)不大于10的土。在試驗(yàn)中,由于顆分試驗(yàn)較復(fù)雜,大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室仍存在僅按塑性指數(shù)不大于10來定名粉土的不全面、不準(zhǔn)確的做法。若需要測得粘粒含量還須要用密度計(jì)法或移液管法進(jìn)行測定。

2.土的力學(xué)性試驗(yàn)及試驗(yàn)中存在的主要問題

2.1.固結(jié)試驗(yàn)。固結(jié)試驗(yàn)的目的是通過測量各級垂直荷載下土的變形來測定土的壓縮特性。除一些特殊工程要在現(xiàn)場做測試外,大多數(shù)試驗(yàn)是在室內(nèi)進(jìn)行的。目前,固結(jié)試驗(yàn)存在的問題是:GB/T5012321999土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)未將一小時快速法列入固結(jié)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。為縮短試驗(yàn)歷時,現(xiàn)在大多數(shù)單位習(xí)慣做法是容許黏性土最大固結(jié)壓力小于400kPa時,可用一小時加荷一級的快速法,采用綜合固結(jié)度校正。然而,有些單位在最大固結(jié)壓力大于400kPa時,仍采用一小時加荷一級的快速法,未按慢速法或用次固結(jié)增量法校正快速法。

2.2.直接剪切試驗(yàn)。土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力,是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一。在計(jì)算承載力,評價地基、基坑穩(wěn)定性以及計(jì)算擋土墻上土壓力時,都要用到土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),因此正確地測定土的抗剪強(qiáng)度在工程上具有重要意義?？辜魪?qiáng)度的試驗(yàn)方法有多種,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的有直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。就直接剪切試驗(yàn)而言,雖然其受儀器結(jié)構(gòu)的限制,存在不少缺點(diǎn),但由于直接剪切試驗(yàn)指標(biāo)在生產(chǎn)實(shí)踐中已積累了大量經(jīng)驗(yàn),在一般工程中還是廣泛應(yīng)用。本文就直接剪切試驗(yàn)提出以下幾點(diǎn)常見問題:

直接剪切試驗(yàn)受力條件復(fù)雜(如發(fā)生剪切位移時法向加荷由最初軸心受壓變?yōu)槠氖軌?剪切破壞面人為限制),排水條件不易控制,按GB/T5012321999土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)第18條規(guī)定快剪試驗(yàn)一般適用于滲透系數(shù)小于10-6cm/s的細(xì)粒土。粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)一般大于10cm-cm/s,粉土滲透系數(shù)值更大,用直接剪切試驗(yàn)已非常勉強(qiáng),在室內(nèi)對粉土及粉質(zhì)黏土做直接剪切試驗(yàn)時,發(fā)現(xiàn)四級荷載下很少存在峰值強(qiáng)度,絕大部分需剪切至位移6mm處,剪切強(qiáng)度指標(biāo)回歸性差(尤其最后一級荷載強(qiáng)度偏低,再現(xiàn)性差),剪切強(qiáng)度指標(biāo)僅能作為參考。另外,較軟弱的土即使?jié)B透系數(shù)滿足要求,當(dāng)二級荷載加上時會發(fā)生土樣擠入透水石與剪切盒之間縫隙的情況而無法剪切。雖然直接剪切試驗(yàn)方便簡單,但其對粉土、粉質(zhì)黏土及較軟弱的土強(qiáng)度指標(biāo)可信度不足,因此對粉土、粉質(zhì)黏土及較軟弱的土用直接剪切試驗(yàn)時,應(yīng)注意要明確加荷條件,控制剪切速率,對土質(zhì)松軟的土樣,要分次輕輕施加垂直壓力,以防土樣擠出。在資料整理時應(yīng)按最小二乘法或作圖法求出C,<,避免隨意連線或無依據(jù)地給出參數(shù)。

3.其他一些共性問題。現(xiàn)在很多土工實(shí)驗(yàn)室都存在一些共性問題,那就是人員素質(zhì)的不一,試驗(yàn)儀器的老化,以及缺少對試驗(yàn)工作的校對審核審定制度、對工作質(zhì)量的評定及驗(yàn)收制度等等。

4.提高土工試驗(yàn)成果的措施

1 )建立健全各項(xiàng)土工試驗(yàn)規(guī)章制度,規(guī)范各項(xiàng)試驗(yàn)的基本操作過程。對試驗(yàn)儀器進(jìn)行定期的保養(yǎng)及檢測,并且做到經(jīng)常性及定期檢查。對報廢不符合標(biāo)準(zhǔn)的儀器,應(yīng)及時更新,對影響試驗(yàn)質(zhì)量的儀器應(yīng)及時整修。

2 )經(jīng)常組織試驗(yàn)人員學(xué)習(xí)國標(biāo)和有關(guān)規(guī)范規(guī)程,要求人員對所做出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)能有正確的判斷,對出現(xiàn)偏差及異常的數(shù)據(jù),能找出原因并且重新更正。有機(jī)會參加些技術(shù)交流和技術(shù)講座等活動,以提高試驗(yàn)人員的技術(shù)業(yè)務(wù)水平。

3 )聘任具有較高文化及業(yè)務(wù)水平、富有專業(yè)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)骨干把關(guān),指導(dǎo)試驗(yàn)工作,并檢查督促試驗(yàn)人員嚴(yán)格遵守國標(biāo)及規(guī)程,解決工作中的疑難問題,直至審核審定試驗(yàn)成果報告。

4 )嚴(yán)禁未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)、無上崗證書及專業(yè)技術(shù)職稱的人員(特別是用臨時工)參加試驗(yàn)操作。

結(jié)語。土工試驗(yàn)是巖土工程勘察工作的重要組成部分,它是進(jìn)行土類定名和劃分土層的重要依據(jù),同時也可為工程設(shè)計(jì)和施工提供有效的測試結(jié)果。而測試結(jié)果的準(zhǔn)確程度與否直接影響著工程質(zhì)量和使用安全。因此對試驗(yàn)本身應(yīng)當(dāng)高度重視,才能把各種質(zhì)量隱患消除,保證測試成果的最終質(zhì)量,為工程設(shè)計(jì)提供最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

[1]GB/T5012321999,土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]SL23721999,土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]GB/T5002122001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[4]苗國峰.如何確保試驗(yàn)檢測的公正性和真實(shí)性[J].山西建筑,2007,33(18):1932194.