廖秋鳳

(福建省建專巖土工程有限公司，福建 泉州 362000)

0 前 言

由于巖土自身的多樣性，取樣運(yùn)輸過程中的擾動，以及試驗(yàn)儀器和操作方法的差異及試驗(yàn)人員的素質(zhì)不同，使得土工試驗(yàn)中測試的結(jié)果存在差異，導(dǎo)致測試結(jié)果準(zhǔn)確不高，在一定程度上影響工程設(shè)計的準(zhǔn)確性，因此，把土工試驗(yàn)與野外勘察有機(jī)結(jié)合起來意義非常重要。

1 開樣描述

開樣過程中不僅要描述土樣的顏色、礦物成分、軟硬程度、塑性狀態(tài)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、土質(zhì)的均勻性及有無雜質(zhì)、裂縫，更重要的是判斷土樣的擾動程度，查看與送樣單是否相符；如懷疑土樣在取樣運(yùn)輸過程中有不同程度的擾動，應(yīng)及時與現(xiàn)場技術(shù)人員交流，確定土樣的擾動程度，同時對所切土樣的物理力學(xué)指標(biāo)值憑經(jīng)驗(yàn)做一個估計值，并記錄。

如室內(nèi)試驗(yàn)人員一般只對來樣負(fù)責(zé)，很有可能出現(xiàn)殘積土得出的試驗(yàn)成果是淤泥；而淤泥、淤泥質(zhì)土得出的試驗(yàn)成果是黏土或粉質(zhì)黏土。殘積土泡水很容易軟化，軟化后的殘積土，含水量比天然含水量大很多，液塑限試驗(yàn)的試驗(yàn)成果塑性狀態(tài)為流塑，壓縮試驗(yàn)的試驗(yàn)成果壓縮性為高壓縮性土；淤泥、淤泥質(zhì)土的干硬強(qiáng)度大，風(fēng)干后的淤泥、淤泥質(zhì)土，含水量比天然含水量小很多，液塑限的試驗(yàn)成果塑性狀態(tài)很少為流塑。直剪、三軸試驗(yàn)得出的力學(xué)指標(biāo)比天然的淤泥、淤泥質(zhì)土偏大。如土的擾動程度對試驗(yàn)成果影響很大，開樣過程中要初步判斷土樣是否被擾動。被擾動的土做出來的試樣數(shù)據(jù)不可用。

2 土的物理性質(zhì)試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果

2.1 土粒的相對密度ds、密度ρ、含水量w試驗(yàn)

土的物理性質(zhì)中三個最基本指標(biāo)是：土粒的相對密度ds、密度ρ、含水量w，它們可通過土工試驗(yàn)直接測定，也是最基本的三個試驗(yàn)，并且可以換算出土的干密度ρd、空隙比e、空隙率n、飽和度sr等指標(biāo)，它們的變化也影響著土的力學(xué)性質(zhì)。因此，準(zhǔn)確測定相對密度ds、密度ρ、含水量w有著非常重要的意義。

在這三個基本指標(biāo)中，土粒的相對密度ds是一個比較穩(wěn)定的值，它決定于土的礦物成分，一般無機(jī)礦物顆粒的相對密度為2.6～2.8；有機(jī)質(zhì)為2.4～2.5；泥炭為1.5～1.8。土粒相對密度可用比重瓶法測定，通?？砂唇?jīng)驗(yàn)數(shù)值選用，一般土粒相對密度參考值見表1土的含水量w則是三個指標(biāo)中最不穩(wěn)定的。土的含水量一般用用“烘干法”測定，試驗(yàn)人員應(yīng)取土樣中具有代表性的試樣，放入稱量盒內(nèi)，及時蓋上盒蓋和稱重。

表1 土粒相對密度參考值

土的密度ρ雖然也是一個變化的值，不同的土樣重度值不同，但對于某一個土樣來說，它的值較穩(wěn)定和比較容易測準(zhǔn)。

2.2 土的界限含水量

對于工程來說，土的液限、塑限有著比較重要的實(shí)用意義。土的塑性指數(shù)高，表示土中的膠體黏粒較多。因此，界限含水量，尤其是液限，能較好地反映出土的某些物理力學(xué)特性，如壓縮性、脹縮性等。而當(dāng)前對土的液限、塑限的測定存在一些問題：①測定土的液、塑限時取標(biāo)準(zhǔn)樣的問題，規(guī)程上大多規(guī)定土要過0.5 mm的篩才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際操作中，有一些土用肉眼觀察含有較多砂粒，一旦過0.5 mm篩后做實(shí)驗(yàn)，測出的土塑性指數(shù)可能很大，不能反映土的實(shí)際情況；②在實(shí)際操作中，有一些土樣用肉眼觀察不含大于0.5 mm的土粒和雜物，而實(shí)際土樣中存在極少的粗顆粒，圓錐有可能剛好落在極少的粗顆粒上，造成三點(diǎn)不在一直線上(以含水率為橫坐標(biāo)，圓錐入土深度為縱坐標(biāo)在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制表系曲線)，并且實(shí)驗(yàn)成果沒有代表性；在制比較干的土樣時，很容易出現(xiàn)軟硬不均勻，特別是黏性較大的土，一不小心也會造成三點(diǎn)不在一直線上，從而只能重做實(shí)驗(yàn)。

3 土的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)成果分析

直接剪切試驗(yàn)是測定土的抗剪強(qiáng)度的一種最常用手法。通常采用四個試樣，分別在不同的堅(jiān)向荷載下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，求得破壞時的剪應(yīng)力。然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角和粘聚力。

眾所周知，土樣是具有差異性的，盡管是同一個樣盒里面的土，其性質(zhì)也是有區(qū)別的。在進(jìn)行直剪試驗(yàn)時，試驗(yàn)人員應(yīng)先按土的重量大小排列，依次把重量由小到大的土樣放入堅(jiān)向荷載由小到大的直剪容器內(nèi)。如果不按重量大小排列，做出來的試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較不規(guī)律，給試驗(yàn)之后的數(shù)據(jù)整理帶來一定麻煩。

某直剪實(shí)驗(yàn)的成果見表2，將表2中的試驗(yàn)記錄繪制成如圖1所示的抗剪強(qiáng)度和垂直壓力之間關(guān)系。

表2 直剪試驗(yàn)記錄表

圖1 抗剪強(qiáng)度與垂直壓力之間的關(guān)系

圖1所表示表2的直剪試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)的線性相關(guān)性有誤。垂直壓力400 kPa對應(yīng)的點(diǎn)離散比較大，可能是其土樣中含粗顆粒，在剪切過程中剛好剪到粗顆粒，或是土樣不均勻。垂直壓力400 kPa對應(yīng)的點(diǎn)沒有代表性，應(yīng)去除，再用其他三點(diǎn)求該土的內(nèi)摩擦角和粘聚力如圖2。得出該土的內(nèi)摩擦角為0.8°，粘聚力為8.3 kPa。

圖2 抗剪強(qiáng)度與垂直壓力之間的關(guān)系

在以往考慮實(shí)驗(yàn)數(shù)椐的相關(guān)關(guān)系時，常常是求它們之間的線性相關(guān)系數(shù)，對于土工問題來說，這種相關(guān)性主要是由土體自身的性質(zhì)引起的，指標(biāo)的自相關(guān)函數(shù)通常是指數(shù)函數(shù)的形式，因此，土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性不再是線性關(guān)系，也就不能用以往的求相關(guān)系數(shù)的方法來判別其相關(guān)性。

4 土工試驗(yàn)成果綜合分析的必要性

土的各個指標(biāo)之間是相互關(guān)聯(lián)的，因此，各項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)成果出來之后，應(yīng)將同一個樣各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果放一起，進(jìn)行對比分析，同時也要將同一種土各個樣得出來的同項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果，進(jìn)行對比分析，從而對各項(xiàng)指標(biāo)的準(zhǔn)確性進(jìn)行判別。比如，某項(xiàng)目中13個淤泥的相對密度、密度、含水量的實(shí)驗(yàn)成果表如表3所示，第7個土樣的含水率跟其他含水率相差較大，試驗(yàn)人員應(yīng)檢查原始記錄及計算過程中有沒有誤，如都沒有出錯的情況下，應(yīng)重做一次試驗(yàn)，檢查試驗(yàn)操作過程有沒有出錯。

表3 相對密度、密度、含水量的實(shí)驗(yàn)成果表

5 土工試驗(yàn)過程中注意事項(xiàng)

土的密度、含水量實(shí)驗(yàn)應(yīng)取有代表性的土樣，特別是含水量相對不穩(wěn)定，試驗(yàn)過程中應(yīng)及時稱量，稱量盒從烘箱中取出后及時蓋上盒蓋，放入干燥容器內(nèi)冷卻到室溫。

固結(jié)試驗(yàn)中應(yīng)注意固結(jié)容器內(nèi)的濾紙和透水板的濕度接近試樣的濕度，如淤泥可以直接在固結(jié)容器內(nèi)加水，殘積土可根據(jù)土樣的濕度在固結(jié)容器內(nèi)包與土樣濕度相當(dāng)?shù)臐癫肌?/p>

直剪度驗(yàn)中，常規(guī)的垂直加載等級是100、200、300、400 kPa。而土樣千差萬別，試驗(yàn)人員應(yīng)根據(jù)土樣的軟硬程度及原處于深淺的土層進(jìn)行垂直加載等級的調(diào)整。比如，流塑狀的淤泥，在垂直壓力200 kPa的情況下就被擠出，常規(guī)的垂直加載等級就只能得出一個100 kPa的結(jié)果，也就無法計算出土樣的內(nèi)摩擦角和粘聚力。再如，處于深層的堅(jiān)硬黏性土，常規(guī)的垂直加載等級都使土樣處于剪脹狀態(tài)，這樣便得出四個垂直下的抗剪強(qiáng)度幾乎接近，計算出來的內(nèi)摩擦角接近零及粘聚力非常大，根本就不是土樣所屬的力學(xué)性質(zhì)。因此，在直剪試驗(yàn)中，垂直加載等級可根據(jù)土的軟硬及原處于深淺地層進(jìn)行調(diào)整。

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