王齊建

（海南省核工業(yè)地質(zhì)大隊(duì)，海南 ?？?571100）

0 引言

土是自然界的產(chǎn)物，其形成過程、物質(zhì)成分極為復(fù)雜。各類工程在很大程度上取決于土體能否提供足夠的承載力，因此取樣是在巖土工程室內(nèi)試驗(yàn)之前必不可少的工序，目的在于獲得代表所取土（巖）層的試驗(yàn)樣品，然而在取樣過程中，取樣過程中鉆頭對(duì)土樣產(chǎn)生擠壓，使土層的原狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了破壞，使所取土樣孔隙比發(fā)生變化，取樣后的運(yùn)輸和儲(chǔ)藏、試驗(yàn)室的濕度和溫度、試驗(yàn)樣品的削切和安置等均會(huì)引起土樣的擾動(dòng)，所以取土樣時(shí)應(yīng)具有代表性，盡量讓土樣受到最小程度的擾動(dòng)，盡可能保持土的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度以減少試驗(yàn)誤差對(duì)工程質(zhì)量帶來的影響。

1 對(duì)含水率、比重、密度試驗(yàn)的影響

含水率、比重、密度是在土的物理試驗(yàn)中的三個(gè)最基本物性指標(biāo)，測(cè)出它們的數(shù)值可用公式換算出干密度，孔隙比，飽和度的數(shù)值。所以不僅能影響到物理指標(biāo)，還能影響到土的力學(xué)指標(biāo)的變化。

1.1 含水率是試樣在105～110℃溫度下烘至衡重時(shí)所失去的水質(zhì)量和干土質(zhì)量的比值，以百分率表示，它是是土工建筑物施工質(zhì)量控制的依據(jù)。而含水率是最不穩(wěn)定的，當(dāng)土樣從地下取出后，土的周圍壓力解除，體積趨于膨脹，對(duì)于飽和土同時(shí)可導(dǎo)致含水量發(fā)生變化，同樣野外技術(shù)人員由于取樣好后沒能有效保護(hù)把樣品置于陰涼處，在陽光下暴曬，至水分蒸發(fā)，這樣在稠度、飽和度、物理力學(xué)性質(zhì)方面會(huì)發(fā)生明顯變化，影響試驗(yàn)結(jié)果。再加上試驗(yàn)中用烘干法測(cè)量含水率時(shí)，試樣取得過多，為了節(jié)省時(shí)間沒有做到充分烘干，使得含水率失真，影響到其它數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.2 土的密度定義為單位體積質(zhì)量，它是土的重要物理性指標(biāo)之一。

由于在野外鉆探和取樣過程中，由于操作不當(dāng)導(dǎo)致外來土的混入，孔隙比發(fā)生變化，同時(shí)使原始密度發(fā)生變化。在室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，通常在開樣后用環(huán)刀法進(jìn)行，由于粘性土比較均勻，所以密度比較準(zhǔn)確，但沙質(zhì)土通常含砂礫比較多，這跟樣品擾動(dòng)和試驗(yàn)操作人員取樣部位和方法有關(guān)，試樣取的不一樣和取樣時(shí)的用力壓擠樣品，都會(huì)造成孔隙比和密度變化大，容易造成試驗(yàn)結(jié)果偏差。

1.3 土的比重是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，它是由土的礦物成分決定。它的數(shù)值一般在2.64～2.76之間，粘性土比重在2.69～2.76之間，砂性土在2.64～2.69之間。可見它們數(shù)值之間相差不大，由于比重試驗(yàn)操作起來費(fèi)時(shí)麻煩，各地實(shí)驗(yàn)室一般都采取經(jīng)驗(yàn)值，根據(jù)土類定名來決定土的比重，這樣對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差比較小一些，以上含水率、密度、比重均要求進(jìn)行二次平行測(cè)定，使誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)。

2 對(duì)液塑限和顆粒分析試驗(yàn)的影響

2.1 液限和塑限是指細(xì)粒土處于可塑狀態(tài)的上限含水量和下限含水量，是粘性土的兩個(gè)重要物理指標(biāo)，土隨著含水量變化，其物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)也在不斷發(fā)生變化，當(dāng)處于液限狀態(tài)時(shí)，土體中結(jié)合水飽和，出現(xiàn)自由水，沒有聯(lián)結(jié)力，變?yōu)榱鲃?dòng)狀態(tài)。當(dāng)處于在塑限狀態(tài)下，結(jié)合水膜變得很薄，土顆粒粘結(jié)力很強(qiáng)，因重力作用下能保持形狀，有一定的抗剪強(qiáng)度。所以液限和塑限可判斷黏性土的軟硬程度，估算地基的承載力。由于野外在鉆探過程中，由于泥漿中的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入土樣，孔隙水溶液中存在離子交換，化學(xué)物質(zhì)沉淀形成粒間聯(lián)結(jié)等，使得土的稠度降低，再加上在陽光下放置一段時(shí)間，不能保持天然濕度，會(huì)影響室內(nèi)液塑限試驗(yàn)，在實(shí)際工作中，通常使用錐式液限儀做液塑限試驗(yàn)，當(dāng)取試樣做試驗(yàn)時(shí)，盡量取中部的土樣，這是因?yàn)樗钟捎谥亓ψ饔米陨贤聺B。粘性土中的如含小礫石等夾雜物時(shí)，要將雜物挑出，不然圓錐下沉?xí)r會(huì)落到雜物上，影響錐入深度，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)果。沙質(zhì)土中往往含有較多砂礫、巖塊，如果土中粉粘粒較多，土要取過0.5mm的篩下粉粘粒做液塑限試驗(yàn)。對(duì)一些含砂量比較多的粘性土，有些試驗(yàn)人員仍用滾搓法測(cè)定塑限，所謂滾搓法，就是取接近塑限含水率的試樣，用手放在毛玻璃板上將其搓成橢圓形，當(dāng)試樣發(fā)生裂縫或斷裂時(shí)，相應(yīng)的含水率即為塑限，所以即便勉強(qiáng)搓成土條，也是毛細(xì)壓力構(gòu)成的“假塑性”，只是毛細(xì)壓力使土粒結(jié)合在一起，而不是土的內(nèi)部凝聚力起作用，由于滾搓法人為因素影響較大，每個(gè)試驗(yàn)人員手法不一樣，發(fā)生裂縫或斷裂的部位和時(shí)間掌握不一樣，此時(shí)測(cè)得的塑限準(zhǔn)確度很低，無形中增加了建筑工程質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)。有些實(shí)驗(yàn)室采用液塑限之間的相關(guān)公式計(jì)算出塑限值，盲目套用，測(cè)試結(jié)果嚴(yán)重失真。對(duì)某些高液限的粘性土，試樣靜置時(shí)間可影響液限和塑限，所以開樣后要盡快進(jìn)行液塑限試驗(yàn)，總之，試驗(yàn)人員手法不一致，得出的結(jié)果也不盡相同。有時(shí)會(huì)測(cè)出偏大的液限值，就判定為高液限土，高液限土含水量高，土的液限越大說明越容易吸水，容易漲縮，在干燥狀態(tài)下強(qiáng)度比較高，一旦遇水則迅速軟化，膨脹率迅速上升，強(qiáng)度降低，水穩(wěn)定性極差，壓實(shí)性差，且壓實(shí)后壓縮性仍較高，變形穩(wěn)定時(shí)間長，這對(duì)工期要求緊張的工程來說是行不通的，但是對(duì)于某些路段這類土量很大，如果全部換土，勢(shì)必增加成本并延長工期。這就要求試驗(yàn)人員除應(yīng)嚴(yán)格按照土工試驗(yàn)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行液塑限試驗(yàn)操作外，還應(yīng)在試驗(yàn)中時(shí)有足夠的耐心，認(rèn)真試驗(yàn)，盡可能得出準(zhǔn)確結(jié)果。

2.2 顆粒分析試驗(yàn)也是土類定名和土層劃分的重要依據(jù)之一，是用來測(cè)定干土中各粒組含量占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。在鉆進(jìn)和取樣過程中，由于操作不當(dāng)，外來土的混入及土樣內(nèi)部各層間土粒的混淆，有可能改變顆粒占的百分比，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)果的土類定名。室內(nèi)土工試驗(yàn)中通常采用篩析法，在實(shí)際操作中，容易產(chǎn)生誤差，當(dāng)土樣顆粒處于各層篩孔上并受到振動(dòng)時(shí)，有的土顆粒不能通過有的可以通過篩孔，被堵在篩孔中，在實(shí)際操作過程中每一級(jí)篩子都會(huì)不同程度的堵篩現(xiàn)象，這就要求試驗(yàn)人員耐心細(xì)心的堵篩的顆粒重新分篩，但大多數(shù)情況下都是一次性過篩，這就造成每一級(jí)土的留篩質(zhì)量變化，進(jìn)而影響到各粒組含量占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。在不同試驗(yàn)人員，取試樣量也不同的情況下等因素下，會(huì)對(duì)土的定名和劃分產(chǎn)生不同程度的影響，使土的定名與土的實(shí)際天然狀況存在著差異。

3 對(duì)直接剪切和固結(jié)試驗(yàn)的影響

3.1 土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的力學(xué)性質(zhì)重要指標(biāo)之一，建筑物由于土的原因引起的工程事故中，強(qiáng)度問題比沉降問題要嚴(yán)重的多，所以在計(jì)算承載力，計(jì)算擋土墻上的土壓力以及評(píng)價(jià)地基，基坑穩(wěn)定性時(shí)，都要用到土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，為確保各項(xiàng)工程的質(zhì)量穩(wěn)定安全，必須為其提供土體的準(zhǔn)確抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。由于野外鉆探和取樣的擾動(dòng)，使土層的原狀結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，層理彎曲，層厚改變，孔隙比變化，使土粒錯(cuò)動(dòng)，土的粒間聯(lián)結(jié)弱化等都會(huì)影響到土的抗剪強(qiáng)度。室內(nèi)試驗(yàn)中直接剪切試驗(yàn)通常采用四個(gè)試樣在不同的壓力下，按照100，200，300，400kPa施加水平剪切力，求破壞時(shí)最高剪切值，然后根據(jù)庫侖定律求出內(nèi)摩擦角和凝聚力。所以破壞值的選取非常關(guān)鍵，但在實(shí)際試驗(yàn)操作過程中試驗(yàn)人員都是憑經(jīng)驗(yàn)取值，或者是百分表讀數(shù)過了峰值后才讀取，這樣求出的破壞值就會(huì)有誤差。況且每臺(tái)剪切儀都有自己的銅環(huán)系數(shù)，使用時(shí)間久了又發(fā)生新的變形，系數(shù)就會(huì)發(fā)生改變，在沒有檢定校準(zhǔn)的情況下使用原來的銅環(huán)系數(shù)計(jì)算，這樣也會(huì)使結(jié)果誤差。

3.2 固結(jié)試驗(yàn)的目的是通過測(cè)量各級(jí)荷載下土的變形來測(cè)定土的壓縮性，在室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，利用標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)測(cè)得的土的壓縮系數(shù)和壓縮模量試驗(yàn)周期時(shí)間較長，難以滿足緊張的工期需要，為了節(jié)省時(shí)間，許多實(shí)驗(yàn)室仍然采用快速固結(jié)試驗(yàn)法來測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)。即用1小時(shí)加載一級(jí)的快速法，通常采用由壓力P1＝100kPa(0.1MPa)增加到P2＝200 kPa(0.2MPa)時(shí)所得的壓縮系數(shù)和壓縮模量來評(píng)定土的壓縮性，壓縮系數(shù)越大，則土的壓縮性越高。壓縮模量越大，則土的壓縮性越低。野外取樣時(shí)由于鉆探使孔底擾動(dòng)，土變松，可引起試驗(yàn)試樣附加壓縮，壓縮模量減小。試驗(yàn)人員用環(huán)刀切取原狀土樣時(shí)，反復(fù)的壓入會(huì)使密度增大，使土的凝聚力增加，土中含有小雜物如礫石等，會(huì)影響土的力學(xué)試驗(yàn)，若挑出礫石后，壓縮系數(shù)會(huì)增大。試驗(yàn)人員在試驗(yàn)時(shí)沒有考慮環(huán)刀與側(cè)面之間存在摩擦?xí)绊懺囼?yàn)結(jié)果，為了減小它們之間的摩擦，要在環(huán)刀內(nèi)壁涂上凡士林潤滑劑，這樣可以提高壓縮的準(zhǔn)確性。所以壓縮性試驗(yàn)是沉降計(jì)算的重要環(huán)節(jié)，沉降量的大小直接影響到建筑物的質(zhì)量安全。

4 結(jié)語

可見取樣是巖土工程勘察重要的工作內(nèi)容，而室內(nèi)土工試驗(yàn)是為工程的設(shè)計(jì)和施工提供可靠的參數(shù)，盡管野外人員對(duì)取樣各個(gè)環(huán)節(jié)都非常嫻熟和對(duì)土樣的細(xì)心的保護(hù)，但當(dāng)土樣從鉆孔中取出后，由于應(yīng)力釋放及一定的濕度和溫度的變化，導(dǎo)致土的三要素同時(shí)發(fā)生變化，可見在目前的技術(shù)條件下，我們無法得到真正不擾動(dòng)的土樣，這就要求取樣要有代表性，做到盡量保持天然結(jié)構(gòu)，再加上試驗(yàn)人員在試驗(yàn)時(shí)的規(guī)范操作，這樣測(cè)定的結(jié)果才更能反映土的真實(shí)性。

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