浅谈取样扰动和试验操作对室内土工试验的影响

王齐建

（海南省核工业地质大队，海南 海口 571100）

0 引言

土是自然界的产物，其形成过程、物质成分极为复杂。各类工程在很大程度上取决于土体能否提供足够的承载力，因此取样是在岩土工程室内试验之前必不可少的工序，目的在于获得代表所取土（岩）层的试验样品，然而在取样过程中，取样过程中钻头对土样产生挤压，使土层的原状结构产生了破坏，使所取土样孔隙比发生变化，取样后的运输和储藏、试验室的湿度和温度、试验样品的削切和安置等均会引起土样的扰动，所以取土样时应具有代表性，尽量让土样受到最小程度的扰动，尽可能保持土的原状结构和天然湿度以减少试验误差对工程质量带来的影响。

1 对含水率、比重、密度试验的影响

含水率、比重、密度是在土的物理试验中的三个最基本物性指标，测出它们的数值可用公式换算出干密度，孔隙比，饱和度的数值。所以不仅能影响到物理指标，还能影响到土的力学指标的变化。

1.1 含水率是试样在105～110℃温度下烘至衡重时所失去的水质量和干土质量的比值，以百分率表示，它是是土工建筑物施工质量控制的依据。而含水率是最不稳定的，当土样从地下取出后，土的周围压力解除，体积趋于膨胀，对于饱和土同时可导致含水量发生变化，同样野外技术人员由于取样好后没能有效保护把样品置于阴凉处，在阳光下暴晒，至水分蒸发，这样在稠度、饱和度、物理力学性质方面会发生明显变化，影响试验结果。再加上试验中用烘干法测量含水率时，试样取得过多，为了节省时间没有做到充分烘干，使得含水率失真，影响到其它数据结果的准确性。

1.2 土的密度定义为单位体积质量，它是土的重要物理性指标之一。

由于在野外钻探和取样过程中，由于操作不当导致外来土的混入，孔隙比发生变化，同时使原始密度发生变化。在室内试验时，通常在开样后用环刀法进行，由于粘性土比较均匀，所以密度比较准确，但沙质土通常含砂砾比较多，这跟样品扰动和试验操作人员取样部位和方法有关，试样取的不一样和取样时的用力压挤样品，都会造成孔隙比和密度变化大，容易造成试验结果偏差。

1.3 土的比重是一个相对稳定的值，它是由土的矿物成分决定。它的数值一般在2.64～2.76之间，粘性土比重在2.69～2.76之间，砂性土在2.64～2.69之间。可见它们数值之间相差不大，由于比重试验操作起来费时麻烦，各地实验室一般都采取经验值，根据土类定名来决定土的比重，这样对试验数据误差比较小一些，以上含水率、密度、比重均要求进行二次平行测定，使误差在规定范围之内。

2 对液塑限和颗粒分析试验的影响

2.1 液限和塑限是指细粒土处于可塑状态的上限含水量和下限含水量，是粘性土的两个重要物理指标，土随着含水量变化，其物理性质和力学性质也在不断发生变化，当处于液限状态时，土体中结合水饱和，出现自由水，没有联结力，变为流动状态。当处于在塑限状态下，结合水膜变得很薄，土颗粒粘结力很强，因重力作用下能保持形状，有一定的抗剪强度。所以液限和塑限可判断黏性土的软硬程度，估算地基的承载力。由于野外在钻探过程中，由于泥浆中的化学物质进入土样，孔隙水溶液中存在离子交换，化学物质沉淀形成粒间联结等，使得土的稠度降低，再加上在阳光下放置一段时间，不能保持天然湿度，会影响室内液塑限试验，在实际工作中，通常使用锥式液限仪做液塑限试验，当取试样做试验时，尽量取中部的土样，这是因为水分由于重力作用自上往下渗。粘性土中的如含小砾石等夹杂物时，要将杂物挑出，不然圆锥下沉时会落到杂物上，影响锥入深度，进而影响试验结果。沙质土中往往含有较多砂砾、岩块，如果土中粉粘粒较多，土要取过0.5mm的筛下粉粘粒做液塑限试验。对一些含砂量比较多的粘性土，有些试验人员仍用滚搓法测定塑限，所谓滚搓法，就是取接近塑限含水率的试样，用手放在毛玻璃板上将其搓成椭圆形，当试样发生裂缝或断裂时，相应的含水率即为塑限，所以即便勉强搓成土条，也是毛细压力构成的“假塑性”，只是毛细压力使土粒结合在一起，而不是土的内部凝聚力起作用，由于滚搓法人为因素影响较大，每个试验人员手法不一样，发生裂缝或断裂的部位和时间掌握不一样，此时测得的塑限准确度很低，无形中增加了建筑工程质量的风险。有些实验室采用液塑限之间的相关公式计算出塑限值，盲目套用，测试结果严重失真。对某些高液限的粘性土，试样静置时间可影响液限和塑限，所以开样后要尽快进行液塑限试验，总之，试验人员手法不一致，得出的结果也不尽相同。有时会测出偏大的液限值，就判定为高液限土，高液限土含水量高，土的液限越大说明越容易吸水，容易涨缩，在干燥状态下强度比较高，一旦遇水则迅速软化，膨胀率迅速上升，强度降低，水稳定性极差，压实性差，且压实后压缩性仍较高，变形稳定时间长，这对工期要求紧张的工程来说是行不通的，但是对于某些路段这类土量很大，如果全部换土，势必增加成本并延长工期。这就要求试验人员除应严格按照土工试验规范规定进行液塑限试验操作外，还应在试验中时有足够的耐心，认真试验，尽可能得出准确结果。

2.2 颗粒分析试验也是土类定名和土层划分的重要依据之一，是用来测定干土中各粒组含量占该土总质量的百分数。在钻进和取样过程中，由于操作不当，外来土的混入及土样内部各层间土粒的混淆，有可能改变颗粒占的百分比，进而影响试验结果的土类定名。室内土工试验中通常采用筛析法，在实际操作中，容易产生误差，当土样颗粒处于各层筛孔上并受到振动时，有的土颗粒不能通过有的可以通过筛孔，被堵在筛孔中，在实际操作过程中每一级筛子都会不同程度的堵筛现象，这就要求试验人员耐心细心的堵筛的颗粒重新分筛，但大多数情况下都是一次性过筛，这就造成每一级土的留筛质量变化，进而影响到各粒组含量占该土总质量的百分数。在不同试验人员，取试样量也不同的情况下等因素下，会对土的定名和划分产生不同程度的影响，使土的定名与土的实际天然状况存在着差异。

3 对直接剪切和固结试验的影响

3.1 土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的力学性质重要指标之一，建筑物由于土的原因引起的工程事故中，强度问题比沉降问题要严重的多，所以在计算承载力，计算挡土墙上的土压力以及评价地基，基坑稳定性时，都要用到土的抗剪强度指标，为确保各项工程的质量稳定安全，必须为其提供土体的准确抗剪强度指标。由于野外钻探和取样的扰动，使土层的原状结构发生破坏，层理弯曲，层厚改变，孔隙比变化，使土粒错动，土的粒间联结弱化等都会影响到土的抗剪强度。室内试验中直接剪切试验通常采用四个试样在不同的压力下，按照100，200，300，400kPa施加水平剪切力，求破坏时最高剪切值，然后根据库仑定律求出内摩擦角和凝聚力。所以破坏值的选取非常关键，但在实际试验操作过程中试验人员都是凭经验取值，或者是百分表读数过了峰值后才读取，这样求出的破坏值就会有误差。况且每台剪切仪都有自己的铜环系数，使用时间久了又发生新的变形，系数就会发生改变，在没有检定校准的情况下使用原来的铜环系数计算，这样也会使结果误差。

3.2 固结试验的目的是通过测量各级荷载下土的变形来测定土的压缩性，在室内试验时，利用标准固结试验测得的土的压缩系数和压缩模量试验周期时间较长，难以满足紧张的工期需要，为了节省时间，许多实验室仍然采用快速固结试验法来测定土的压缩性指标。即用1小时加载一级的快速法，通常采用由压力P1＝100kPa(0.1MPa)增加到P2＝200 kPa(0.2MPa)时所得的压缩系数和压缩模量来评定土的压缩性，压缩系数越大，则土的压缩性越高。压缩模量越大，则土的压缩性越低。野外取样时由于钻探使孔底扰动，土变松，可引起试验试样附加压缩，压缩模量减小。试验人员用环刀切取原状土样时，反复的压入会使密度增大，使土的凝聚力增加，土中含有小杂物如砾石等，会影响土的力学试验，若挑出砾石后，压缩系数会增大。试验人员在试验时没有考虑环刀与侧面之间存在摩擦会影响试验结果，为了减小它们之间的摩擦，要在环刀内壁涂上凡士林润滑剂，这样可以提高压缩的准确性。所以压缩性试验是沉降计算的重要环节，沉降量的大小直接影响到建筑物的质量安全。

4 结语

可见取样是岩土工程勘察重要的工作内容，而室内土工试验是为工程的设计和施工提供可靠的参数，尽管野外人员对取样各个环节都非常娴熟和对土样的细心的保护，但当土样从钻孔中取出后，由于应力释放及一定的湿度和温度的变化，导致土的三要素同时发生变化，可见在目前的技术条件下，我们无法得到真正不扰动的土样，这就要求取样要有代表性，做到尽量保持天然结构，再加上试验人员在试验时的规范操作，这样测定的结果才更能反映土的真实性。

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