胡 晨

(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局二一一地質(zhì)隊，山西 忻州 034000)

土工試驗技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

胡 晨

(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局二一一地質(zhì)隊，山西 忻州 034000)

介紹了土工試驗技術(shù)包含的主要內(nèi)容及其試驗類型，從土工試驗儀器、設(shè)備、自動化系統(tǒng)及試驗方法標(biāo)準(zhǔn)等方面著手，探討了當(dāng)前土工試驗技術(shù)的現(xiàn)狀，并對土工試驗技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進行了展望，推動了巖土工程理論的研究發(fā)展。

土工試驗，試驗儀器，自動化系統(tǒng)，試驗方法

就土工試驗技術(shù)而言，其主要包括試驗儀器、設(shè)備以及方法、標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，就試驗內(nèi)容而言，包括土的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等試驗類型。具體而言，物理性質(zhì)試驗還可分為含水率、土粒、顆粒分析、界限含水率、砂相對密度、密度等試驗類型；而力學(xué)性質(zhì)試驗可分為擊實、回彈模量、固結(jié)、三軸壓縮、承載比、滲透、黃土濕陷、自由膨脹率、收縮、凍結(jié)溫度等試驗；化學(xué)性質(zhì)試驗分為酸堿度、石膏、易溶鹽碳酸鈣、有機質(zhì)、離心含水當(dāng)量等試驗類型。土的化學(xué)試驗主要包括如下：易溶鹽總量及相關(guān)離子組成、中溶鹽石膏、難溶鹽碳酸鈣、酸堿度及有機質(zhì)等試驗類型，這些都是土中化學(xué)性質(zhì)比較活躍的物質(zhì)，會對巖土工程中土的工程性質(zhì)產(chǎn)生較為顯著的影響。在工程實踐中，必須結(jié)合具體情況、規(guī)范要求等，來選取所需試驗項目。

1 土工試驗儀器與自動化系統(tǒng)

1.1 物理試驗儀器

土工物理性質(zhì)試驗，指的是對土的含水量、密度、比重三大基本指標(biāo)，以及顆粒、液限塑限等進行分析的過程，此類試驗不僅工作量大，而且面廣，耗時、耗力，若改進儀器設(shè)備將會收到顯著的效益，并獲取極具價值的試驗資料。1)電子天平。這是物理性質(zhì)試驗中利用頻率最高的設(shè)備之一，就使用種類而言，感量包括1 g，0.1 g，0.01 g，0.001 g，分別對顆粒、擊實、含水量、重度、液塑限等進行分析和試驗。2)顆粒分析儀。就粒徑超過0.075 mm的顆粒而言，通常需要通過系列標(biāo)準(zhǔn)篩進行分析，篩時多采用的是振篩機，就粒徑小于0.075 mm的顆粒而言，則需要借助于懸液沉降分析方法，就多數(shù)單位而言，所采用的是密度計法，當(dāng)然，也有部分采用的是移液管法。3)液塑限試驗儀。就多數(shù)單位而言，當(dāng)前所采用的多為圓錐儀、搓條等方法，來對液限塑限進行確定，但是，對于鐵路、公路、水電等很多部門而言，已開始全面推廣和應(yīng)用液塑限測試儀，該儀器解決了人為因素的影響，提高了測定結(jié)果的精確度。

1.2 力學(xué)試驗儀器

1)固結(jié)試驗儀。近幾年，固結(jié)試驗儀的種類、規(guī)格開始朝著系列、多功能等格局轉(zhuǎn)變，主要包括如下類型：一是砝碼杠桿式儀，這已經(jīng)成為最傳統(tǒng)的固結(jié)試驗儀器，但也實現(xiàn)了系列化。就施加壓力程度而言，低壓固結(jié)儀能夠?qū)?0 cm2的面積加壓到400 kPa，中壓、高壓固結(jié)儀分別可達到800 kPa，1 600 kPa～2 000 kPa。就30 cm2的面積而言，中壓固結(jié)試驗儀能夠加壓到1 600 kPa，高壓固結(jié)試驗儀則能夠加至3 200 kPa～4 000 kPa，并適用于進行高壓回彈試驗。這種固結(jié)儀具有直觀、穩(wěn)定性能佳、精確度高等優(yōu)勢，但由于自動化水平不高、勞動強度較大，砝碼過程中的振動會影響結(jié)果等問題，因而應(yīng)用越來越少；二是氣壓式固結(jié)儀。就單聯(lián)、四聯(lián)低壓式固結(jié)測試儀，可加至600 kPa，而單聯(lián)、雙聯(lián)高壓式固結(jié)測試儀可加到2 000 kPa。該試驗儀器采用高壓氣體作壓力源，不僅加荷過程方便，而且操作簡便，減弱了勞動強度，提高了自動化水平，但易出現(xiàn)漏氣、壓力不穩(wěn)等一系列問題。2)直剪試驗儀。就土抗剪強度試驗而言，主要采用如下類型：一是雙速電動等應(yīng)變直剪儀，其應(yīng)變速度可以達到0.8 mm/min或2 mm/min，能夠進行固結(jié)或快剪試驗；二是三速電動等應(yīng)變直剪儀，應(yīng)變速度較雙速而言增加了0.02 mm/min，還可以同時開展慢剪試驗；三是四聯(lián)等應(yīng)變直剪儀，其集四臺直剪儀于一體，通過變速箱轉(zhuǎn)變?yōu)?.02 mm/min，0.8 mm/min，2.4 mm/min三種剪切率，能夠進行慢剪、固結(jié)快剪、快剪三種試驗，且具有手搖加荷裝置，無須調(diào)節(jié)砝碼。3)靜三軸試驗儀。當(dāng)前，勘察時常采用三軸壓縮儀，結(jié)合土類、工程等需求，分別進行不固結(jié)不排水、固結(jié)不排水、固結(jié)排水等試驗。

1.3 土工數(shù)據(jù)采集及自動化處理系統(tǒng)

計算機等高新技術(shù)的應(yīng)用，推動了土工試驗數(shù)據(jù)的自動化采集與處理。該技術(shù)將數(shù)據(jù)采集、處理、曲線繪制、打印等融合于一體，并增加了三軸、直剪等試驗數(shù)據(jù)采集、處理，實現(xiàn)了分散化采集、集中化分析和處理等多種功能。

2 土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前，國內(nèi)有關(guān)土工試驗方法的標(biāo)準(zhǔn)包括：《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》，土工試驗室執(zhí)行國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，鐵路、公路、水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，其中所規(guī)定的試驗方法幾乎相同，只是結(jié)合各行業(yè)特點，在細節(jié)方面進行了具體要求，或增減了試驗項目。為了有效規(guī)范土工試驗市場，需要進一步出臺更為規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

3 土工試驗技術(shù)未來發(fā)展趨勢

1)試驗環(huán)境日趨優(yōu)化。當(dāng)前土工試驗標(biāo)準(zhǔn)還未對土工試驗環(huán)境提出明確規(guī)范要求，但已經(jīng)有很多企事業(yè)單位配備了完善的溫濕調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)了試驗區(qū)的獨立化管理，基本滿足了土工試驗環(huán)境要求，但仍有單位為節(jié)省開支，采用條件較差的場所進行試驗，致使土樣變質(zhì)，難以確保土工試驗結(jié)果的科學(xué)性。未來我國將出臺一系列規(guī)范，土工試驗環(huán)境將得到逐步優(yōu)化。2)土工試驗技術(shù)人員綜合素質(zhì)逐步提升。土工試驗對于相關(guān)技術(shù)操作人員的要求很高，技術(shù)人員通常都具有正規(guī)教育，在實踐過程中有專人幫帶，并開展技術(shù)評比等多項活動，積累豐富經(jīng)驗。但依然存在部分技術(shù)人員雖文化基礎(chǔ)高，但缺乏實際操作能力，加之缺乏吃苦精神，致使土工試驗技術(shù)能力不高，隨著經(jīng)濟發(fā)展步伐的加快，對于土工試驗技術(shù)人員的要求也越來越高，不少單位開始關(guān)注技術(shù)人才引進和現(xiàn)有人才培訓(xùn)，未來我國土工試驗技術(shù)人員的綜合素質(zhì)將逐步提高。3)行業(yè)準(zhǔn)入及監(jiān)管制度日趨完善。隨著勘察市場改革的逐步深入，外業(yè)鉆隊逐漸實現(xiàn)了勞務(wù)分包，勘察資質(zhì)對于土工試驗單位的要求較弱，某些缺乏資質(zhì)的單位也能夠承攬項目。隨著土工試驗逐步被推向市場，我國勢必將出臺行業(yè)準(zhǔn)入、監(jiān)管規(guī)范，并進一步加以完善。

4 結(jié)語

作為一門土的試驗技術(shù)，土工試驗技術(shù)在巖土工程領(lǐng)域的地位和作用不容置疑。隨著土工試驗技術(shù)的逐步發(fā)展，其對于巖土工程理論及實踐發(fā)展均將帶來巨大的推動作用。

[1] 孫秀英.工程勘察中土工試驗應(yīng)用流程研究.科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2013,11(12):392-393.

[2] 牟太平,張 嘎,張建民.土坡破壞過程的離心模型試驗研究.清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006,46(9):1522-1525.

On civil engineering test technology and its development

Hu Chen

(No.211GeologicalBrigadeofShanxiGeologicalMiningSurveyandDevelopment,Xinzhou034000,China)

The paper introduces the main contents of the civil engineering tests and its test types, explores its status from the civil engineering testing devices, equipment, automatic system and testing standards, and has the prospect for the civil engineering test technology, so as to enhance the theoretic development of the geotechnical engineering.

civil engineering test, testing device, automatic system, testing method

2015-09-28

胡 晨(1986- )，女，助理工程師

1009-6825(2015)33-0093-02

TU411

A