王新榮，王瑩，李翠

（山東省水利勘測設計院，山東濟南 250014）

室內(nèi)常規(guī)土工試驗試樣制備問題分析

王新榮，王瑩，李翠

（山東省水利勘測設計院，山東濟南 250014）

試樣制備不僅要求制備試樣的儀器設備達標，更要求試驗操作人員具備相當?shù)乃刭|(zhì)，做到規(guī)范操作。本文就土工試驗樣品制備過程中常出現(xiàn)的問題進行初步探討，供同行參考。

土工試驗；試樣制備；顆粒分析

試驗樣品的制備工序是室內(nèi)試驗工作關鍵環(huán)節(jié)。常規(guī)土工試驗的系統(tǒng)性強，對試驗精度的要求也相對較高，試驗人員只有在熟悉相關規(guī)律和特征的基礎上，才能夠更好地發(fā)現(xiàn)試驗過程和結(jié)果存在的問題，并及時作出相應的調(diào)整與處理，確保試驗成果準確可靠。土樣在試驗前必須經(jīng)過制備程序，包括土的風干、碾散、過篩、勻土、分樣和貯存等預備程序。

1 試樣制備

1.1 試樣制備的預備程序

1）土樣描述。如顏色、土類、氣味及夾雜物等。

2）土樣碾散。將塊狀擾動土樣放在橡皮板上用木碾或利用碎土器碾散（勿壓碎顆粒）；如水量較大時，可先風干至易碾散為止。

3）土樣過篩。根據(jù)試驗所需土樣數(shù)量，將碾散后的土樣過篩。

4）測定濕潤土樣不同位置含水率，要求差值不大于±1%。

5）混合樣的制備。不同土層土樣需制備混合樣時，應根據(jù)各土層厚度按權(quán)數(shù)計算相應的質(zhì)量配合，后進行擾動土樣制備工作。

1.2 試樣制備的基本工序

1）采取土樣。可分為原狀土切取以及調(diào)制后的擾動土切取。

2）土樣稱量。土樣稱量使用到的試驗設備主要是稱量儀器，包括物理天平和分析天平。天平選擇會影響到試驗成果，必須按要求選擇使用。

3）土樣粉碎。對烘干或者風干后的土樣進行粉碎，使用到的試驗儀器一般是自動或者半自動機械式的土樣粉碎機，或者手工操作的玻璃制研磨器皿。這一環(huán)節(jié)是容易出現(xiàn)試驗誤差的重要環(huán)節(jié)，應嚴格按照規(guī)范要求操作。

4）土樣過篩。在制備擾動土過程中，土樣過篩是關鍵環(huán)節(jié)。巖土的性質(zhì)不同、試驗測試的目的不同，過篩的孔徑也不盡相同。為了土顆粒充分排氣和分散，對篩余粉粒、黏粒等細顆粒，還需要煮沸土樣，一般用六偏磷酸鈉作為分散劑。

5）根據(jù)不同試驗項目，接下來的工序還包括調(diào)制土樣、填充土樣、重塑土樣、擊實土樣等等。

土工試驗試樣制備大多是以手工、半機械化等手段完成，制備工序易受人為因素干擾，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差或偶然誤差，影響試驗成果的精確度。

2 試驗過程中應注意的問題

2.1 基本指標的保障

土的含水率、天然密度、土粒比重是試驗直接獲得的三項基本指標，通過這三項基本指標可以計算出土的孔隙度、干密度、孔隙比、飽和度等其他計算指標。試驗所得的三項基本指標其精確度不僅直接決定物理性指標的準確性，還會對土樣的力學指標造成影響。如果以這三項指標作為基礎，所計算出的其他指標存在著與實際情況明顯差異的問題，例如：飽和度的值超過100%，就要查原因進行合理修正，分析是否因為含水量取值因烘干溫度控制不好導致強結(jié)合水蒸發(fā)而偏大的問題或者其他原因。

2.2 液限與塑限

1）在實際操作的過程中，很多土樣通過目視即可發(fā)現(xiàn)存在著巖塊、巖屑、礫石、砂粒，對于這類混合土，國內(nèi)標準要求通過篩分法對其粗粒含量進行測定。若以粗粒土為主，則無需進行液限和塑限試驗。若以細粒土為主，則需通過界限含水量試驗對土樣的名稱進行進一步定名。

2）風干、烘干、天然等界限含水量試驗土樣的制備方式會影響試驗結(jié)果。按土工試驗相關規(guī)定，若土樣相對均勻即可采用處于天然狀態(tài)含水率的土樣，若土中含有較多的砂、卵石，則需進行風干、過篩（0.5 mm），并加水進行24 h的浸潤。在使用處于天然含水狀態(tài)的土樣時，應盡可能將其切碎。若采用的是風干土樣，則需先進行切碎、過篩（0.5 mm），待均勻后加水浸潤至少24 h，使土粒的水化作用能夠充分進行，讓土粒周圍的結(jié)合水程度達到天然狀態(tài)。

2.3 顆粒分析

細粒土的顆粒分析一般采用比重計法，其理論依據(jù)是Stokes定律。Stokes定律的有五個假定理想條件，因此，試驗操作中應當注意以下幾點。

1）若土粒為非球形，就必然會導致誤差。在顆粒體積相同的條件下，沉降速度會隨著顆粒規(guī)則性的降低而變慢，由此得出的土粒粒徑也就越小。

2）Stocks公式要求懸液濃度為1%～3%，在操作過程中，1 000 mL水中加干質(zhì)量應在10～30 g的水平。若懸液濃度過高，則土粒無法充分分散，土團體的存在無法避免，使測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。

3）Stocks公式由層流條件下導出，在水力學表征流態(tài)的雷諾數(shù)＜0.5的條件下使用。懸液從層流向紊流過渡的界限溫度為28℃～28.5℃，若超過這一數(shù)值，雷諾數(shù)就會＞0.5，此時懸液為紊流狀態(tài)，Stocks公式不再適用。因此，必須要將懸液的溫度控制在＜28℃的水平，以便在最大程度上避免誤差的出現(xiàn)。

4）若沉降速度過快，尤其是在懸液剛開始下沉的1 min內(nèi)的沉降速度過快，就會導致紊流的出現(xiàn)，無法滿足對于層流的要求，進而使測量結(jié)果出現(xiàn)一定的偏差。

2.4 抗剪強度

在室內(nèi)試驗中，黏聚力c值的測定往往會出現(xiàn)異常，例如無黏性土c值不為0，或黏性土c值為負等。其原因是濕砂內(nèi)部的顆粒之間會形成毛細壓力，由此形成的黏聚力會產(chǎn)生一定的c值。后者，則主要是由于所取土樣的均勻度不足。

3 測量結(jié)果的綜合分析

土樣的礦物成分決定著土粒比重Gs，若黏土礦物含量相對較多，則Gs值相對較高；土樣中結(jié)合水的含量影響著塑性指數(shù)Ip，其與Ip值之間存在著正比例關系。

塑性指數(shù)Ip與土壤的顆粒組成也有較大的關聯(lián)，若粉粒含量不足70%，粉粒含量與塑性指數(shù)之間呈反比例關系；若粉粒含量超過70%，則塑性指數(shù)范圍值為6～10。黏粒含量的增加也會提升塑性指數(shù)。在塑性指數(shù)的影響因素中，以黏粒含量為主，粉粒含量為次，在二者的共同影響下，塑性指數(shù)表現(xiàn)出粉土Ip＜壤土Ip＜黏土Ip的特征。

4 結(jié)語

原狀土的試樣制備，受人為因素帶來的誤差所占比例較大，制備過程中如何保持土的原始狀態(tài)，直接關系到土工試驗成果的準確性。而土工試驗成果與對工程設計、施工及建成后的工程安全運行息息相關，因而土工試驗從業(yè)人員必須更加嚴謹細致的工作，在試樣的制備工序、理論計算等各方面，認真分析研究，總結(jié)不同區(qū)域、不同成因和不同土類各物理性指標、力學性指標相互間的相關性，規(guī)律性，盡量避免出現(xiàn)不合理的試驗參數(shù)。

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（責任編輯 遲明春）

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1009-6159（2017）-08-0013-02

2017-05-08

王新榮（1968—），女，工程師