浅析室内土工试验中的部分问题

莎日娜

内蒙古第十地质矿产勘查开发院 内蒙古赤峰 024000

1 试验过程简述及存在的问题分析

1.1 含水率试验

试验采用的方法为烘干法和酒精燃烧法。烘干法就是取偶数个铝盒进行编号（除盒上刻有编号的），然后在天平上称出空铝盒的重量并做记录，每个盒取待测土样15-30g进行称重、记录，需注意的是同一组的土样-盒总重应相当，因为测含水率测的就是细微的差别，且盒中土样的水分不多，在环境中易蒸发。记录完毕需将盒和土样放入105-110℃的烘箱中烘至恒重，黏质土不少于8h，砂类土不少于6h，需强调的是烘干过程中禁止对铝盒加盖，否则水分在盒中难蒸发，烘好后取出土样冷却至室温方可称重记录[1]。

试验过程中发现用于铝盒编号的标签在烘干后易脱落，对试验造成误差。一张标签的重量在0.05g左右，如果烘干后忽略了脱落的标签的重量，最终的含水率会偏离0.6%左右。另外标签上的黏结剂在高温下也会发生变化，从而影响最终试验数据的准确度，因此购买器材时请求厂家在盒身上刻录编号。

酒精燃烧法是用工业酒精（不是医用酒精）倒入装有细粒土的铝盒，使其刚好淹没土样，这样反复燃烧三次，最后一次燃烧完毕后立即盖好盒盖称干土与盒质量。每盒装入代表性土样量为黏质土5-10g，砂质土20-30g。由于燃烧过程中火焰呈淡蓝色，当燃烧到一定程度，肉眼无法判断火焰是否熄灭，这时可用引物去判断，需要注意的是零星火焰未完全熄灭，切勿倒入酒精。试验发现，当细粒土中存在黏结的小颗粒时不宜使用酒精燃烧法测含水率，因为即便是燃烧，小颗粒内部的水分也不能彻底蒸发，同时燃烧过程中会有新的小颗粒形成，所以试验土样宜保证绝对细、均匀。

1.2 界限含水量试验

采用液、塑限联合测定法测定土样的液塑限，基本步骤总结起来就是，取一定量过筛的土样放入调土盘里通过加水、吹干反复操作制备土样，制备成功的判别依据是制备好的土样装入盛土杯中，将杯放在液、塑限联合测定仪上，按下控制按钮使质量为76g的圆锥自由落体下锥入土体中，不同的含水率下锥入深度分别能达到3-4mm，7-9mm，15-17mm即为成功。成功后需静待5s才能记录实际锥入深度，并取杯中部土样装入铝盒中测定含水率，最后将数据绘制成曲线，经过几何处理得到土样的液、塑限。过程简单，但是要测好测准就比较难，试验过程受人主观性控制。试验中发现在把制备好的土样装入盛土杯的过程中，用力压实土样为错误的操作，根据经验装入时是从杯四周逐渐向中心装入土样，通过轻微的挤压使其密实，而非用力压实。翻阅规范，并未提及如何装入，水利部编订的《土工试验方法标准》GB/T50123-1999规定：将制备的试样搅拌均匀，填入试样杯中，填样时不应留有空隙，对较干的试样应充分搓揉，密实地填入试样杯中，填满后刮平表面[2]。南京水利科学研究院编订的《土工试验规程》SL237-1999规定：将制备好的土膏用调土刀充分调拌均匀密实地填入试样杯中，应使空气逸出，高出试样杯的余土用刮土刀刮平，随即将试样杯放在仪器底座上。两种规范均讲到密实这一效果，却没讲如何密实。笔者理解的是用力按压或用辅助物端头敲击，在一定程度上会破坏土体结构，且使土样水分分布不均，圆锥锥入的阻力变大，锥入深度就会减小，与实际情况不符。

1.3 直剪试验

直剪试验分为慢剪、固结快剪和快剪试验，试验设备为四连直剪仪。试验采用是快剪方法，首先将直剪仪剪切盒的销钉固定，调试试验各部件间的接触，使百分表接触受力，并使指针留有富余的转动空间，记录百分表的初始读数，然后在剪切盒内壁涂上少量凡士林，盒底放上透水石和塑料薄膜，将环刀里的土样压入盒中，上部分别放上塑料薄膜和透水石，然后盖上盒盖，放上传力装置，加载接触。特别强调试验是在拔掉销钉的前提下进行的，否则会将仪器剪坏。如果是连剪仪，未进行试验的几台需与转动杆断开，一般是将连接处的螺栓提起即为断开。试验中强调将滤纸替换成塑料薄膜，这一点需要重视，不能只垫透水石，也不能用滤纸代替塑料薄膜，之所以这样是和工程中的实际问题对应的，快剪试验类似三轴试验中不固结不排水试验，在实际工程中反映的是上部荷载较快施加，地基土还来不及固结和排水就开始受到剪切的情况。因此用塑料薄膜就是用来模拟地基土的不排水，所以试验中不能变更，否则测得的参数反映不出实际问题。

1.4 固结试验（标准固结）

在固结仪中分别放入滤纸和透水石，透水石需用水浸湿，与土样的湿度相当，将装有土样的环刀放入固结仪中，套上护环，然后在试样上放薄滤纸、透水板和加压盖板，置于加压框架下对准加压框架的正中安装量表，安装百分表时也需预留指针转动空间，防止固结的过程百分表接触头脱离加压框架，试验无法继续。安装好各个部件后挂上托盘，保证各个接触部位接触良好，记下百分表初始读数。需要注意的是在试验开始之前要进行杠杆的调平，同时对于非饱和土样需在加压盖四周用棉花进行孔隙的密封，防止试验过程中水分大量蒸发。所有工作都准备好后方可进行标准固结试验，通常每隔24h加载一级，直到加至目标荷载。标准固结试验的数据记录是一个耗时的过程，需要几天才能完成，所以务必保证试验操作步骤的正确。笔者在试验的过程中就发现，在高压固结的情况下，当达到一定荷载时，杠杆会搭接到仪器桌的横梁上，导致固结难以进行[3]。所以若仪器桌没有横梁，就不会考虑这个情况，若有，则要在某级荷载稳定的情况下，以最快的速度再次进行调平，预留足够的距离进行高压固结。

2 结语

室内土工试验是获取土样力学参数的一种手段，通过规范操作得到的数据可为设计施工方提供参考，为了保证这一参考价值，试验人员在试验开始前一定要认真研读相关规范，试验过程中需留意试验现象，对于不确定、规范又未说明的问题，可以做探究试验，如标签的影响、仪器的影响、取土的部位等；在试验的过程中发现问题，解决问题。试验数据要做到及时整理，避免数据和试验不对应；在进行数据处理时尽可能使用计算软件，如Excel、matlab等，规避人的主观性和手工计算误差。