室内土工试验与试验数据的探讨

王太春

（重庆川东南地质矿产检测中心，重庆 400038）

室内土工试验的过程，就是试验人员按规范现程、试验委托要求，使用仪器设备对土样进行测试，以得到土体的物理、力学性质指标的一组有序的活动。其最终试验成果以供工程设计和计算时使用，是岩土工程勘察的重要工作内容。而在实际情况下，土工试验数据往往受土样自身的不均匀性，取样、运输过程中的扰动，测试人员水平、测试环境、仪器设备精度、采用的方法手段等因素的影响，使土试样的测试结果与土体实际性状之间存在不同程度的差别，且这种差别很难完全通过数据分析来准确检验，其可能的问题有时在后续的施工中才能暴露。

1 制样中应注意的问题

对土样，先用削土刀将其圆柱土样的两端面削平，用眼观察用手按捏，描述土样的颜色、矿物成分、软硬程度、塑性状态、结构构造，查看与送样单是否相符，同时对所切土样的物理力学指标值凭经验作一个估计值，并记录。对岩样，在切样过程中也要对其颜色、矿物成分、结构构造、风化程度、岩石名称进行详细的描述，并凭经验对岩石强度进行估计。对岩土样物理力学性质的描述和估计，有利于后期数据整理时进行对比，得出符合工程实际的试验数据，同时也有助于试验人员积累经验。

2 土的物理性试验应注意的问题及对试验数据准确性的影响

土的物理性质表明土的密实程度和含水状态，反映土的物质组成和结构特征。在含水量、密度、比重三个物理指标中，含水量是最容易变化的，不同的土有不同的含水量；由于各种因素，如土层的不均匀，取样不标准，土样在运输和存放期间保护不当而失水等等，都会影响结果的准确度。土的密度虽然也是一个变化的值，不同的土样密度值不同，但对于某一个土样来说，它的值较稳定，一般要作平行测定，如果平行测定值相差较大，主要原因是土质不均匀造成的，或是环刀变形，刮刀磨损呈凹形。因此，在试验过程中经常检查环刀，刮土刀是否符合质量要求。土的物理性试验各项指标之间是互相关联的，当试验指标出来以后，应对这些指标进行分析，从而对指标的准确性进行判断。如有些结果中出现饱和度超过100%的现象，就说明在天然含水量，天然密度，土粒比重的测试中存在问题，应根据开土记录综合考虑，可从含水量、密度中选择反映土实际情况的指标。比重的大小决定于土的矿物成分，当粘土矿物成分较多时，比重值较大；一般砂土为 2.65～2.69，粉土为 2.70～2.7l，粉质粘土为 2.72～2.73，粘土为2.74～2.76；土粒的比重变化较小，同一地区同一类型的土基本相同。但是，当土中含有有机质时，土的比重可降到2.40以下，此时应改用中性液体测定，如煤油、汽油等，并采用抽气法排气。土的液限、塑限分别是细粒土处于可塑状态的上限和下限含水量，目前对土的液限、塑限的测定。规程上规定土要过0.5 mm筛，才能进行试验，但在实际操作中，有一些土用眼睛观察含有较多砂粒，一旦过0.5 mm筛后做试验，测出的塑性指数可能很大，不能反映土的实际情况。因此，对于这种土应先采用筛分法确定砂粒含量，如果砂粒含量已达到确定该土为砂土的标准，就应该按砂土的要求来进行定名和测试其有关指标。

3 土的力学性试验应注意的问题及对试验数据准确性的影响

土的固结试验是测定土体在压力作用下产生变形的过程。通过计算求得的各项压缩指标，可用来分析判别土的压缩特性和天然土层的固结状态，借以计算建筑物或构筑物的沉降量，作为设计的计算数据。为了准确提供压缩指标，首先要控制好土样的验收和管理工作。注意观察试样是否扰动。在试验过程中，要严格按国家标准进行操作，出现问题要及时解决。如在开土的过程中，感到土是较软的或测出的液性指数较大，而测出的压缩模量较大，说明实验操作有误，或记录有误，或是仪器有较长时间没有校正，致使仪器变形量过大等，要检查各个环节。如在开土时感到土较硬而测出的压缩模量较小，则可能是所取土样中已存在扰动结构面或已进水。

土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质指标之一。在计算承载力，评价地基稳定性以及计算挡土墙的土的压力时，都要用到土的抗剪强度指标，因此正确地测定土的抗剪强度在工程上具有重要意义。抗剪强度的试验方法有多种，在试验室内常用的有直接剪切试验，三轴压缩试验和无测限抗压试验。室内测出的结果有时和理论上的数据相差很大。如抗剪强度试验测出粘聚力C值有时会出现负值的现象，主要原因是所取的一组试样的性质相差太大，自然不符合规律，故土样制作时需取有代表性的土样。

土的压缩特性和抗剪强度有着一定的关系，利用这种关系，可直观判断压缩结果和抗剪结果是否正确。一般情况下，土的压缩性越高，压缩模量越低，而它的抗剪强度则越小，即压缩模量与抗剪强度指标正相关。当然，在有些情况下，要求做固结快剪，这种关系就不一定成立，需要按实际测出的强度情况判断。

4 土的物理、力学性质指标的相关性

土的物理性质和力学性质是紧密相关的。土的物理性质在很大程度上决定了它的力学性质，土的强度随外界环境的变化而变化，天然土体具有结构性，对扰动较为敏感，土在外力作用下的变形实质上是土粒集合体及水和气体相互作用与移动的结果。在受力条件相同的情况下，其力学性质主要取决于土的物质成分、结构和构造特点及密度与含水量等，其压缩曲线的形状与土样的成分、结构和构造以及密度与含水量等有关。

当所有的试验指标出来后，根据指标之间的相关性对实测指标进行分析，对不符合规律和不符合实际情况的各项指标作适当调整或必要时应重新补充试验。如土粒比重Gs决定于土的矿物成分，当粘土矿物含量较多时，其值越大；而塑性指数Ip的大小与土中结合水的含量有关，粘土矿物越多，可能形成的结合水含量越高，Ip值就越大，即土中粘土矿物含量较多时，Gs和Ip值均较大，Ip与Gs三正相关。土的塑性指数Ip与抗剪强度也有～定的相关性，对同一类土，Ip越小，内摩擦角中值越大，即Ip与负相关。含水率ω对土的力学指标的影响最为明显，一般情况下，同一类土，含水率越大，压缩模量Es、内摩擦角、粘聚力C越小，反之亦然。

5 结语

土工试验是为岩土工程勘察工作提供测试结果的有效手段之一，而测试结果的准确程度与否，直接影响着工程质量和使用安全。影响室内土工试验结果的准确性，除了以上需注意的问题之外，还有仪器设备、环境、制度等方面因素的影响，明确土工试验对基本建设所起的重要作用，使用符合标准的仪器设备，建立必要的技术管理规章制度，注意提高土工试验专业人员的技术素质及加强职业道德的教育，才能确保并提高室内土工试验成果的准确性。

[1]段保春.岩土工程勘察土工试验数据自动化处理实现方法[J].河北地质矿产信息.

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