浅谈土工实验中取样与试验分析的现状与对策

程明

摘要：土样的质量实质上是土样的扰动问题。土样扰动表现在原位应力状态、含水率、结构和组成成分等方面的变化，它们产生于取样之前、取样之中以及取样之后直至试样制备的全过程之中。土样扰动对试验成果的影响也是多方面的，使之不能确切表征实际的岩土体。本文介绍了岩土工程勘察中原状土取样质量等级的划分及对试验成果的影响，阐述了原状土取样试验的现状，并提出相应解决措施。

关键词：原状土；取样；试验；现状；解决措施

前言

原状土取样与试验是岩土工程勘察中一项必不可少的、经常性的、极为重要的基础工作。原状土样质量低劣就不可能正确反映地基土层的真实性状，既可能导致对地基的估计过高，使工程设计偏于危险；更多的是导致对土质的评价偏低，无形中浪费大量宝贵的建设资金。可见其成果质量的高低，直接影响到整个岩土工程的设计与施工。然而，这一关系重大的基础性工作，一直是岩土工程勘察中的薄弱环节，就此谈点看法。

1土试样质量等级的划分

我国传统土试样只分为原状土样和扰动土样两类，原状土样可做各种物理力学性质试验，而扰动土样(一般是保湿土)仅做含水量、液塑限、颗料分析等试验。绝对不扰动的原状土样是无法取得的，因此Hvorslev将“能满足所有室内试验要求，能用以近似地测定土的原位强度、固结、渗透以及其它物理性质指标的土样”定义为“不扰动土样”。根据勘察设计要求，不同试样的用途是不一样的。例如，有的试样主要用于分类定名；有的主要用于研究其物理性质；而有的除上述外，还要研究其力学性质。由于不同试验项目对土样扰动程度有不同的控制要求，因此许多国家的规范或手册中都根据不同的试验要求来划分土样质量级别。《岩土工程勘察规范》GB50021--2001中根据试验项目将土试样质量分为4个等级，见表1。

从表1看出，I级土样可进行全部物理力学性质试验，Ⅱ级土样只能做物理性质试验，Ⅲ级及Ⅳ级土样只用于鉴定描述。Ⅱ级土样原则上不能做力学试验，但由于I级土样的取土器和取土技术要求比较严格，在工程技术要求允许的情况下可以Ⅱ级试样取代，但事先宜对土试样受扰动程度作抽样鉴定，确定能否用于试验，并结合地区经验使用试验成果。

2取样质量对试验成果的影响

探槽内刻取的块状土样与钻孔内采取的原状土样试验成果统计情况表明,两种取样方法所取的土样,各种指标的试验成果差异很大。为明确钻孔土样与探槽土样试验指标的差异大小,采用“影响程度(%)”参数,其数值为钻孔土样与探槽土样试验指标差的绝对值与探槽土样试验指标比值的百分数。统计结果见表2、表3。

2.1天然干密度

两种取样方法相差0.15～0.17g/cm3,以探槽土样试验成果为基准,影响程度为10.1%～11.6%,已相当明显。密度为土体的基本指标,其大小将影响到土体的孔隙比、渗透系数、压缩系数、压缩模量、湿陷系数、粘聚力及内摩擦角等土体物理和力学性质指标。

2.2孔隙比

试验成果平均值相差0.154～0.201。根据钻孔土样的孔隙比与液性指数查表确定土体的承载力时,将导致承载力偏高。假定土体的液性指数为0.50,承载力将偏高65～86kPa,影响较大。

2.3压缩试验

统计结果表明,钻孔土样压缩模量偏大,压缩系数偏低。表2、表3统计成果均表明探槽土样试验成果为高压缩性土或接近高压缩性土(0.47～0.62MPa-1),而钻孔土样试验成果为中等压缩性土(0.20～0.26MPa-1),试验成果差异已影响到土的压缩性类别,利用钻孔土样的试验指标计算沉降将导致沉降量偏小,可能影响到建筑物的运行安全。

2.4渗透系数

钻孔土样试验成果偏小,表2统计成果表明:两种取样方法的渗透系数相差两个数量级,将影响设计有关渗流量、渗透变形分析及边坡稳定分析计算的准确性。

2.5湿陷系数

钻孔土样试验成果偏小,影响到湿陷性黄土的类型和等级划分,进而影响到建筑物地基处理措施的选择及工程的安全运行。

3原状土取样与试验的基本现状

3．1对提高原状土取样与试验质量的有利因素

近年来，随着国家建设的蓬勃兴起，深、大、高、重及许多重要建筑物对地基的要求越来越高，对岩土物理力学性质比以往任何时候都更侧重于定量分析评价。原状土取样与试验亦越来越被人们提到更突出的位置。原状土取样与试验的技术方法、理论研究、仪器设备等方面都有很大进步。随着市场经济的建立，勘察设计单位向企业化转变，参与国际竞争与国际标准接轨的意识增强，这对推进原状土取样与试验的标准化和规范化提供了条件。

微机一体化试验装置应用于土工试验，使得三轴试验、压缩试验等试验数据采集、处理、成图自动完成，提高了土样测试精度。这对于原状土样试验成果质量的提高也创造了一个有利条件。

有关原状土取样与试验的规范、标准化较齐全。已颁布实施的国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021--2001、《土工试验方法标准》GB／T50123—1999、《原状土样取样技术标准》JGJ89—92等规范、标准对土样的分级、不同级别土样的不同功能和作用、不同级别土样的采取必须采用不同类型规格的取土器、各种类型规格取土器技术标准、取样技术与操作等都有明确的规定。这样就使原状土取样与试验标准化规范化有了依据。

3．2对提高原状土取样与试验质量的影响因素

长期以来，没有把原状土取样与试验的重要性放到应有的位置，原状土取样与试验质量意识不强，对原状土取样与试验没有严格执行现行有关标准、规范，这种现象依然存在。取样设备虽有改进，但进展较慢，还没有形成针对各种不同土层的取样器标准系列。实际工作中往往是用同一种取土器在不同的土层中进行取样，难以取得高质量原状土样，也直接影响了试验成果的质量。

原状土取样与试验的收费标准明显偏低，没有形成按质论价的市场机制，致使在岩土工程勘察中多用岩芯管直接取样充当原状土样进行地基土的物理力学性质指标试验。土工试验人员的总体技术水平不高，严重阻碍了土工试验新技术的推广应用，大部分工程勘察单位土工试验新技术的应用水平较低，试验成果受人为因素的影响较大。勘察市场不正当竞争仍很严重，勘察周期随意缩短，低质低价把优质高价迫人困境，取样只认数量不认质量，使许多试验项目长期难以广泛开展。

4原状土取样与试验的对策

4．1加强管理约束与监督

在进一步完善各种规范、标准的基础上，最主要的是强化行政主管部门的管理约束与监督。首先是监督各种规范标准的执行，如《岩土工程勘察规范》对取样与试验的规定，使其真正得到落实。在这一点上，岩土工程勘察应施行监理制，除加强工程的招投标外，还应加强勘察施工过程的监督；同时各勘察单位应推行全面质量管理，把原状土取样与试验这一薄弱环节抓好。其次是约束不正当竞争，规范市场行为，取样与试验的收费应按质论价，要体现技术含量。勘察成果质量评定，应充分考虑取样与试验是否符合规范要求。

4．2完善取样设备与试验手段

加速完善原状土取样设备的标准化系列化，在充分考虑与国际接轨的同时，应形成具有我国特色的产品系列。在试验方面应推广计算机辅助测试技术在土工试验中的应用，充分利用高新技术研制的性能好、自动化程度高的土工试验仪器，采取各种形式加强土工试验人员的技术培训和继续教育，提高试验人员的总体技术水平，尽量减少人为因素对试验结果的影响，这对提高土工试验成果质量，具有显著成效。

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