【摘 要】土工試驗(yàn)的主要目的是為了獲取土的物理性質(zhì)指標(biāo)和力學(xué)性能指標(biāo)，其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性對(duì)巖土工程勘察、地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)安全非常重要。主要包括土的含水率、液塑限、擊實(shí)、剪切、壓縮等試驗(yàn)，它所獲得的數(shù)據(jù)可以為巖土工程勘察提供參考。本文首先對(duì)上述一些試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了簡單介紹，接下來探討了試驗(yàn)結(jié)果在巖土工程勘察中的應(yīng)用，并分析了在應(yīng)用中應(yīng)注意的相關(guān)問題，在試驗(yàn)過程中誤差產(chǎn)生的原因及避免的方法。

【關(guān)鍵詞】土工試驗(yàn)；含水率；液、塑限；濕陷；剪切；壓縮；擊實(shí)

1. 引言

土工試驗(yàn)在巖土工程勘察中占有極其重要的地位，它是進(jìn)行土類定名和劃分土層的重要依據(jù)之一，同時(shí)也為工程設(shè)計(jì)、施工提供必要的參數(shù)。不論工程的大小，土工試驗(yàn)都是必不可少的一部分，只是測(cè)試的項(xiàng)目不同而已。隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，對(duì)土工試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)和手段提出了更高的要求。如城市的建設(shè)，公路、鐵路、地鐵、高層建筑、大型水庫等的建設(shè)是否安全、經(jīng)濟(jì)、合理等等都取決于巖土工程勘察，因此和土工試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)資料息息相關(guān)。土作為建筑物的附著物，會(huì)出現(xiàn)地基是否穩(wěn)定和變形；作為路面和水壩的填料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生土的壓實(shí)性與變形；作為渠道、邊坡、隧道、地下洞穴的介質(zhì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)滲透和穩(wěn)定性等一系列的問題［1］。

2. 試驗(yàn)分析探討

2.1 液、塑限試驗(yàn)。

（1）液、塑限試驗(yàn)是土最重要的試驗(yàn)指標(biāo)之一，是判定其土的分類和組別的主要依據(jù)。采用聯(lián)合測(cè)定法是進(jìn)行液、塑限試驗(yàn)最主要的方法。

用烘干樣制備液、塑限樣品時(shí)，須浸泡過夜方可試驗(yàn)，否則試驗(yàn)結(jié)果會(huì)偏低。對(duì)于細(xì)粒均質(zhì)的軟土不應(yīng)烘干樣品后碎樣，而是采用直接調(diào)土的方式試驗(yàn)，否則會(huì)造成結(jié)果偏低的現(xiàn)象。在直接調(diào)土?xí)r必須充分調(diào)拌均勻并破壞其結(jié)構(gòu)，否則結(jié)果會(huì)偏高［2］。

（2）在鐵路工程勘察當(dāng)中，以往的《土工試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定以76g標(biāo)準(zhǔn)圓錐體自由下沉到2mm所對(duì)應(yīng)的含水率為土的液限，下沉深度在17mm所對(duì)應(yīng)的含水率為土的塑限。在新的《鐵路土工試驗(yàn)規(guī)程》中除仍然按上述的規(guī)定外，還增加了圓錐體自由下沉到10mm所對(duì)應(yīng)的含水率為土的液限，并將這個(gè)指標(biāo)作為細(xì)粒土二級(jí)定名的依據(jù)；在一級(jí)定名是以塑性指數(shù)為依據(jù)，但此處沒有明確指出該液限值是指10mm所對(duì)應(yīng)的液限值還是17mm所對(duì)應(yīng)的液限值，按照常規(guī)理解，應(yīng)該指17mm所對(duì)應(yīng)的液限值。因此，在采用聯(lián)合測(cè)定法取得有效數(shù)據(jù)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪圖時(shí)，在圖中獲得了兩個(gè)液限數(shù)據(jù)，在一級(jí)、二級(jí)定名時(shí)分別應(yīng)用。但在公路標(biāo)準(zhǔn)中和鐵路標(biāo)準(zhǔn)有所區(qū)別，其采用100g標(biāo)準(zhǔn)圓錐體，并以圓錐體下沉深度20mm所對(duì)應(yīng)的含水率為土的液限。

2.2 剪切試驗(yàn)。

（1）剪切試驗(yàn)的目的是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)在邊坡穩(wěn)定分析、擋土墻土壓力的估算、建筑地基承載力的計(jì)算以及穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)中都是不可少的指標(biāo)。因此正確地測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)在工程上具有重要意義。但檢測(cè)過程中，有時(shí)測(cè)定的結(jié)果與理論值相差比較大，比如剪切試驗(yàn)測(cè)出的凝聚力C值出現(xiàn)負(fù)值，主要是因?yàn)樵囼?yàn)所取的一組試樣的性質(zhì)相差太大，自然與理論值出現(xiàn)偏差，因此在制樣時(shí)需取代表性土樣。

（2）直接剪切試驗(yàn)時(shí)遇到試驗(yàn)的樣品不均勻時(shí)，可將樣品按照“軟——硬——軟——硬”的順序排列做試驗(yàn)。若按“軟——軟——硬——硬”的順序排列試驗(yàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)得出的粘聚力c值為負(fù)數(shù)或內(nèi)摩擦角φ值偏大的現(xiàn)象。對(duì)于淤泥或淤泥質(zhì)土，若按照土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［2］對(duì)剪切速率的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)樣品被擠出而無法試驗(yàn)的現(xiàn)象。對(duì)于這種情況，一般采取比試驗(yàn)規(guī)程中規(guī)定的速率要快的方法，且最好在30s內(nèi)結(jié)束試驗(yàn)才會(huì)得出比較準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。

2.3 物理學(xué)指標(biāo)對(duì)壓縮變形的影響。

2.3.1 壓縮系數(shù)、壓縮模量與含水率的壓實(shí)度的關(guān)系。

壓縮系數(shù)隨含水率（飽和度）的增加而增大，壓縮模量隨含水率（飽和度）的增加而減小。并且含水率小于最佳含水率時(shí)，壓縮系數(shù)（壓縮模量）隨含水率的增加（減?。┳兓伙@著，當(dāng)含水率大于最佳含水率后，壓縮系數(shù)隨含水率的增加明顯增大，壓縮模量隨含水率的增大迅速減小。

2.3.2 壓縮變形系數(shù)與孔隙率的關(guān)系。

壓實(shí)黃土的壓縮變形系數(shù)與孔隙率基本呈線性關(guān)系。隨著孔隙率的增大，壓實(shí)黃土壓縮系數(shù)減小。說明隨著荷載的增加，壓實(shí)黃土的壓縮系數(shù)增大，孔隙率減小。

2.3.3 壓實(shí)度對(duì)壓縮變形的影響。

將不同壓實(shí)度下的壓縮試驗(yàn)成果按壓縮變形系數(shù)和垂直壓力的關(guān)系整理，得出的試驗(yàn)結(jié)果表明，壓實(shí)度越大，壓縮變形系數(shù)越小，尤其是在壓實(shí)度比較小，含水率比較大的情況下，壓縮變形系數(shù)顯著增大。因此，為了減小黃土路基的施工后沉降，提高壓實(shí)度是一種比較有效的方法。

2.4 濕陷性試驗(yàn)。

（1）土的濕陷性即濕陷系數(shù)，是指土在一定壓力作用下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕所產(chǎn)生的附加下沉。影響黃土濕陷性的因素總體上可歸納為兩大類：內(nèi)因和外因。外因主要是壓力、水和溫度的作用；內(nèi)因則是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程。濕陷的發(fā)生，是由土內(nèi)部固有的特殊因素和外界造成的適當(dāng)條件共同作用的結(jié)果。其特點(diǎn)是速率快、變形大、危害大。根據(jù)工程建設(shè)的需要，將土按照濕陷性進(jìn)行專門分類，土可分為濕陷性土和非濕陷性土。

（2）濕陷性土在我國分布廣泛，除常見的濕陷性黃土外，在我國干旱和半干旱地區(qū)，特別是在西北地區(qū)山前洪、坡積扇中常遇到濕陷性碎石土、濕陷性砂土等［3］。

（3）黃土的濕陷性可通過室內(nèi)浸水壓縮試驗(yàn)或現(xiàn)場測(cè)定黃土濕陷起始?jí)毫Φ妮d荷試驗(yàn)兩種方法來判定。在工程勘察實(shí)踐中，一般常采用前者，即在一定壓力下測(cè)定濕陷系數(shù)δs。以δs≥0.015作為判定黃土濕陷性的標(biāo)準(zhǔn)界限。而碎石土不能進(jìn)行室內(nèi)浸水壓縮試驗(yàn)，只能采用現(xiàn)場浸水載荷試驗(yàn)作為其濕陷性的基本方法。

（4）影響黃土濕陷的外部因素主要為含水率及壓力，縱觀我國的黃土濕陷性規(guī)范［4］，除BJB20-66規(guī)范外，其余對(duì)黃土濕陷性試驗(yàn)浸水壓力P的規(guī)定基本是一致的，即在基底下10m以內(nèi)的土層取200KPa；10m以下至非濕陷性土層頂面取其上覆土層的飽和自重壓力，當(dāng)大于300KPa時(shí)，仍然用300KPa。依照《濕陷性黃土地基》的解釋［5］，其理由是：“我國濕陷性黃土地區(qū)一般工民建基底壓力大多小于200KPa，上部土層濕陷系數(shù)峰值所對(duì)應(yīng)的壓力大部分在這一壓力附近”。按照這種說法，在200KPa壓力下得出的濕陷系數(shù)δs為最大值，推而廣之，只要保證在這一壓力下黃土的濕陷系數(shù)δs＜0.015，也就消除了在所有浸水壓力下的濕陷性。這是目前在濕陷性黃土地區(qū)巖土工程勘察中的一個(gè)誤區(qū)。

2.5 擊實(shí)試驗(yàn)。

（1）標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)就是近似地模擬現(xiàn)場填筑情況，利用標(biāo)準(zhǔn)化的儀器和方法測(cè)出土體的最大干密度和最優(yōu)含水率，用于指導(dǎo)施工。標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)所得出的最大干密度的標(biāo)準(zhǔn)性及真實(shí)性直接關(guān)系到路基工程的質(zhì)量和成本，最大干密度小于真實(shí)值則會(huì)降低路基工程的質(zhì)量，最大干密度高于真實(shí)值，則會(huì)增加壓實(shí)成本。但是，由于其影響因素較多，也給試驗(yàn)人員帶來一些困難，因此只有深入學(xué)習(xí)和理解相關(guān)規(guī)范，才能使試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確，更好地指導(dǎo)施工。

（2）標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)的制樣方法分為干法和濕法兩種，其最大區(qū)別在于：干法是將試樣風(fēng)干或低溫烘干后碾碎過篩，而濕法是將天然含水率的試樣碾碎過篩。對(duì)于非高含水率的土或砂性土而言，其相對(duì)易粉碎，兩種試驗(yàn)方法的結(jié)果差別并不明顯，一般采用干法制樣。對(duì)于高含水率的粘性土來說要把大部分土體原有的結(jié)構(gòu)破壞而重新排列幾乎不可能，實(shí)際施工中的粉碎程度也很難達(dá)到風(fēng)干或低溫烘干過篩的程度，若對(duì)高含水率的粘性土用干法制樣則會(huì)導(dǎo)致最大干密度偏大、最優(yōu)含水率偏?。?］。

（3）含水率是影響土體壓實(shí)效果最重要的因素，含水率過大或過小都不能使土體達(dá)到最緊密的狀態(tài)。當(dāng)土顆粒中含水較少時(shí)，土粒表面的結(jié)合水膜較薄，幾乎只有強(qiáng)結(jié)合水，顆粒間主要通過引力結(jié)合，相對(duì)錯(cuò)動(dòng)困難，并趨向于任意排列，不易密實(shí)，從而干密度較低。隨著含水率的增加，結(jié)合水膜增厚，顆粒間排斥力增大，土粒間存在的弱結(jié)合水膜起到一定的潤滑作用，是顆粒間容易錯(cuò)動(dòng)，因此顆粒定向排列增多，干密度相應(yīng)增大。當(dāng)含水率超過某一值后，雖然顆粒間引力仍能減小，但顆粒間結(jié)合水膜承擔(dān)了一部分擊實(shí)功，顆粒間的有效應(yīng)力減小，土體不易壓實(shí)；含水率繼續(xù)增加，只能使密度降低。而且土樣偏干時(shí)含水率變動(dòng)對(duì)干密度的影響比偏濕時(shí)更明顯。

（4）標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)所求得的最大干密度是一個(gè)相對(duì)值，為標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功下的最大干密度，而擊實(shí)功的大小也是一定時(shí)期內(nèi)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。但是隨著大重型壓實(shí)機(jī)械的研發(fā)和應(yīng)用，在單位面積上的碾壓程度往往大于室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功，從而導(dǎo)致壓實(shí)系數(shù)大于1的現(xiàn)象出現(xiàn)。

3. 結(jié)論

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，為工程勘察和設(shè)計(jì)提供可靠的計(jì)算數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接到影響工程的質(zhì)量和安全性。當(dāng)然土體自身的復(fù)雜性，會(huì)出現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象，這就要求我們本著實(shí)事求是的態(tài)度，將土的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)緊密的結(jié)合進(jìn)行綜合性分析。由于自然界的土層的不均勻性，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、操作方法的差異，使得土工試驗(yàn)中測(cè)試的結(jié)果存在一些誤差，在一定程度上影響到巖土工程勘察的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。因此土工試驗(yàn)中存在的一些問題和試驗(yàn)結(jié)果的綜合分析有著十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

［1］ 洪毓康等.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)［M］.第二版.北京：人民交通出版社，1995.1.

［2］ 中華人民共和國建設(shè)部.GB/T50123-1999.土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，1999.10.

［3］ 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)編寫組.GB50021-2001.巖土工程勘察規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］ 中華人民共和國建設(shè)部.濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.8.

［5］ 錢鴻縉，王繼堂，羅宇生等.濕陷性黃土地基［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1985.