李忠方 萬明生

(江蘇省巖土工程勘察設(shè)計研究院,江蘇鎮(zhèn)江 212021)

淺談土的性質(zhì)和巖土測試儀器的發(fā)展

李忠方 萬明生

(江蘇省巖土工程勘察設(shè)計研究院,江蘇鎮(zhèn)江 212021)

通過巖土測試可以了解土的性質(zhì),測試的成果是巖土工程勘察設(shè)計的重要參數(shù)和依據(jù),巖土測試對工程總體的質(zhì)量和安全性有著直接的重大影響。在巖土測試實(shí)際工作中,由于受多種因素影響,使其結(jié)果與土體實(shí)際性狀之間存在不同程度的差別,嚴(yán)重影響了試驗數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可信性。文章從土的性質(zhì)、巖土測試的方法及巖土測試儀器的發(fā)展等方面對室內(nèi)巖土測試進(jìn)行了淺析。

土的性質(zhì) 巖土測試 測試儀器

土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物或再經(jīng)各種地質(zhì)作用搬運(yùn)、沉積而成的。土粒之間的孔隙為水和氣所填充,所以,土是一種由固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)組成的三相體系,是松散礦物顆粒的集合體。其特點(diǎn)如下：(1)土的固體顆粒之間沒有聯(lián)結(jié),或者聯(lián)結(jié)強(qiáng)度甚弱(其聯(lián)結(jié)強(qiáng)度比顆粒內(nèi)部的強(qiáng)度小得多)。(2)固體顆粒表面與土中孔隙水之間存在復(fù)雜的化學(xué)作用,并影響土的性質(zhì)。(3)砂土等粗粒土和粘土等細(xì)粒土的透水性差別甚大。(4)在飽和土(土中孔隙全被水充滿)中,外荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力分別由土粒骨架和孔隙水承擔(dān)。(5)土體受到荷載的作用而產(chǎn)生變形,其變形主要表現(xiàn)為顆粒之間的相對移動和重新排列。土的變形量一般遠(yuǎn)比其他常見建筑材料大。(6)飽和粘性土的強(qiáng)度和變形與排水條件、邊界約束條件及時間因素等有關(guān)。(7)地下水的存在與流動會對土的性質(zhì)產(chǎn)生很大的影響。(8)土的種類很多,某些土類(如濕陷性黃土、軟土、膨脹土、紅粘土和多年凍土等)還具有不同于一般土類的特殊性質(zhì)。由于存在這些特點(diǎn),土的工程問題常較復(fù)雜,現(xiàn)有的土力學(xué)理論還難以準(zhǔn)確反映土的各種工程性質(zhì)。因此還應(yīng)通過巖土測試并緊密結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗進(jìn)行合理分析,才能更全面了解土的性質(zhì)。

近年來,工程建設(shè)的數(shù)量與規(guī)模發(fā)展迅速,巖土測試技術(shù)水平有了很大提高,巖土測試設(shè)備有了較大更新,不僅新型儀器和測試項目有所增加;而且測試精度也大有提高。常規(guī)的土力學(xué)性質(zhì)試驗及其局限性決定了土的性質(zhì)試驗中的必要測試項目。要研制一種儀器能滿足要求,即使是可能的,也是非常復(fù)雜的,不經(jīng)濟(jì)的。為了簡便起見在常規(guī)試驗中,往往采用比較簡單的,且符合某種特殊情況的儀器和試驗方法。(1)界限含水率測定,是一種人為因素比較大的試驗項目。①圓錐儀液限試驗就是將76g的圓錐儀輕放在試樣的表面,使其在自重作用下沉入土中,若圓錐體經(jīng)過5s恰好沉入土中10mm深度,此時試樣的含水率就是液限。②搓條法測定塑限的方法純粹是手工操作,它的準(zhǔn)確性完全取決于操作者的經(jīng)驗和技巧。③液塑限聯(lián)合測定法,先后生產(chǎn)了FG-1型液塑限聯(lián)合測定儀、GYS-1型光電式液塑限測定儀,都是采用信號自動顯示,光學(xué)放大投影和電磁放錐。液塑限土壤粉碎機(jī)減輕了制備土壤的勞動強(qiáng)度,所以光電式液塑限聯(lián)合測定儀已被廣泛采用,此法還需要進(jìn)一步積累資料,使之更準(zhǔn)確的確定圓錐入土深度的塑限標(biāo)準(zhǔn)。(2)含水率的測定,是指土在溫度105~1100C下烘到恒量時所失去的水質(zhì)量與達(dá)到恒量后干土質(zhì)量的比值。遠(yuǎn)紅外線烘箱和QL-2型微波土壤水分測定儀,根據(jù)微波通過含水土壤時幅度變化的大小,定量地確定土壤含水量。這些儀器大大地縮短了土壤含水量的測定時間。(3)擊實(shí)試驗,是為了確定攏動土在一定的擊實(shí)功能下干密度隨含水率變化的關(guān)系曲線,以求得土的最大干密度和最優(yōu)含水率了解土的壓實(shí)特性,為工程設(shè)計和現(xiàn)場施工碾壓提供土的壓實(shí)性資料。試驗勞動強(qiáng)度較大,故擊實(shí)儀已向電動化方向發(fā)展,DJ-1型電動擊實(shí)儀,以每分鐘數(shù)次的速度夯擊;DJ9-2型電動擊實(shí)儀,擊數(shù)范圍從1到100次,可任意調(diào)節(jié)并自動控制擊數(shù)、落高和停機(jī)。(4)滲透試驗,土孔隙中的自由水在重力作用下發(fā)生運(yùn)動的現(xiàn)象,稱為土的滲透性。常用的試驗裝置為南55型滲透儀,他的改進(jìn)型可保證土壤與透水石的貼合,防止了土壤在試驗過程中的膨脹軟化。土壤高度可隨具體情況而變更,并可兼作變水頭和常水頭兩種試驗。(5)抗剪強(qiáng)度試驗,采用單向固結(jié)試驗和直剪試驗,目前仍在直剪儀上進(jìn)行大量的常規(guī)剪切試驗,生產(chǎn)單位更是如此?，F(xiàn)今的直剪儀大多進(jìn)行了改造。如等應(yīng)變直剪儀聯(lián)動裝置,并聯(lián)式電動剪切儀,均將原應(yīng)變控制式直剪儀改為電動。還有五聯(lián)式自動剪切儀,不僅增加了電動裝置;而且實(shí)現(xiàn)了自動記錄和自動控制。三軸試驗雖然相對地比較復(fù)雜一些,但由于它具有能控制試樣排水條件,試樣中的應(yīng)力相對地比較明確,能量測孔隙水壓力等優(yōu)點(diǎn),所以近幾十年來已得到廣泛應(yīng)。(6)土的物理和力學(xué)性質(zhì)即可在試驗室測定,也可在現(xiàn)場測定?，F(xiàn)場試驗雖然不如試驗室試驗控制得嚴(yán)密,但是,它可省去取樣工作,并減少對土的擾動,所以也是測試工作中的一個重要方向。所有這些問題,都是值得我們深入研究的。

綜合以上所述,國內(nèi)巖土測試儀器的研究工作進(jìn)展很快,目前雖然與國外相比在試驗條件和數(shù)據(jù)自動化測試采集與處理方面存在著一定差距,但相信在不久的將來,一定會取得更加豐碩的成果。

[1]《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999).

[2]《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB_T50123-1999).

[3]《土力學(xué)及地基基礎(chǔ)》主編：楊小平.武漢大學(xué)出版社.

李忠方(1979,4-),男,職稱：助理工程師 。

萬明生(1973,9-),男,職稱：助理工程師。

楊玉梅(1981,4-),女,職稱：助理工程師。