谈谈土工试验中的有荷载膨胀率试验

雷 玲

(中国建筑材料工业地质勘查中心湖北总队，湖北 武汉 430034)

1 引言

土工试验中的有荷载膨胀率试验是试验人员讨论和争议比较多的一项试验。GB/T 50123-2019《土工试验方法标准》已于2019年10月1日正式实施，该标准对原GB/T 50123-1999《土工试验方法标准》中的有荷载膨胀率试验做了部分修改。在对比2019版标准和1999版标准之后，就土的有荷载膨胀率试验谈谈自己的一些想法。

2 1999版标准中的有荷载膨胀率试验

2.1 1999版标准中的有荷载膨胀率试验

1999版标准中的有荷载膨胀率试验方法适用于测定原状土和扰动粘土在特定荷载和有侧限条件下的膨胀率。该项试验过程主要分两个阶段：第一阶段为施加特定荷载后的试样压缩变形至稳定过程(沉降过程)；第二阶段为浸水后试样膨胀至稳定的过程(胀升过程)。

2.2 1999版标准中有荷载膨胀率试验的不足之处

1999版标准对有荷载膨胀率的定义为：试样在特定荷载及有侧限条件下浸水膨胀稳定后试样增加的高度(稳定后高度与初始高度之差)与试样初始高度之比，用百分比表示。1999版标准中特定苛载下的膨胀率计算公式为：

式中：δep--某荷载下的膨胀率(%)；

Zp--某荷载下膨胀稳定后的位移计读数(mm)；

Z0--加荷前位移计读数(mm)；

h0--试样的初始高度(mm)；

λ--某荷载下的仪器压缩变形量(mm)。

为了便于问题的陈述，绘制了在特定荷载下膨胀率试验过程中，土试样的沉降和胀升示意图如图1a和图1b所示。从图中可以看出，有荷载膨胀率试验中试样的膨胀变形量宜为膨胀稳定后的试样高度与压缩变形稳定后的试样高度的差值，即示意图中的△h。依据在1999版标准中其膨胀变形量为膨胀稳定后的试样高度与试样初始高度的差值定义，两种试验结果的计算情况如下。

(1)结果一：试样浸水膨胀稳定后的高度＜试样初始高度，则有(试样浸水膨胀稳定后的高度-试样初始高度)△h为负值，且由此计算得出的有荷载膨胀率值为负值。

(2)结果二：试样浸水膨胀稳定后的高度＞试样初始高度，则有(试样浸水膨胀稳定后的高度-试样初始高度)＜△h，因而由此计算得出的有荷载膨胀率值偏小。据此认为，1999版标准的试验结果不能清晰地反映试样的胀升情况，此为1999版标准有荷载膨胀率试验的不足之处。

图1 特定荷载下膨胀率试验土试样沉降、胀升示意图

3 2019版标准中的有荷载膨胀率试验

3.1 2019版标准中的有荷载膨胀率试验

2019版标准要求试验用土样应为原状试样或击实试样，这与1999版标准要求的原状土或扰动粘土略有区别。2019版标准中特定荷载下的膨胀率计算公式为：

式中：δep--压力P作用下的膨胀率(%)；

Zw1--压力P作用下变形稳定后的量表读数(mm)；

Zw2--压力P作用下膨胀稳定后的量表读数(mm)；

h0--试样初始高度(mm)。

3.2 2019版标准中有荷载膨胀率试验的修订处

对比以上式(1)和式(2)很容易看出，2019版标准修改了1999版标准中的有荷载膨胀率的计算方法。

2019版标准对土的有荷载膨胀率试验的释义为：为了模拟建筑物地基上的覆压力或某一特定荷载条件下，地基土在有侧限约束、浸水以后的膨胀变形量。在2019版标准的有荷载膨胀率试验中，土试样的膨胀变形量为其膨胀稳定后的高度与压缩变形稳定后的高度的差值，而非1999版标准中的膨胀稳定后的试样高度与试样初始高度的差值。用2019版标准中的方法得出的试验结果切合实际地反映出了试样的胀升情况。可以认为2019版标准对1999版标准做出了恰当合适的修改，修改后的试验结果更具科学性。

4 2019版标准有荷载膨胀率试验的几个要点

2019版标准对土的有荷载膨胀率试验中的某些操作环节提出了要求，或做了相应的解释说明。

(1)因为试验中用到的透水板的水分可能会影响初始读数，2019版标准要求透水板先烘干，再埋置在切削下的碎土内1h，使其与试样的湿度大致相同。同样试验用滤纸的湿度也应与试样的相近。在试验中注意这些细节操作，有助于提高测试数据的准确性。

(2)在试验过程中土试样会发生沉降和胀升两种情况，在安装百分表时要予以考虑。GB 50021-2001《岩土工程勘察规范》要求当土的自由膨胀率＞40%时，应做有荷载膨胀率等试验。试验人员可根据土样自由膨胀率试验结果以及土样试验前的状态来安装百分表。通常安装百分表时，将短针对准整数3或4，长针对零。

若土样膨胀性较强，而施加的荷载相对较小时，浸水后下端土可能会膨胀挤冒，使压缩仪杠杆失去平衡，此时应注意要随时将压缩仪杠杆调水平。

(3)试验要求的荷载可一次施加或分级施加。分级加荷时，试验人员会根据砝码的具体情况，对试样进行卸荷和再加荷，因而可能会产生一定的变形量；也可能会出现试样在荷载施加过程以及稳定后，其压缩变形量反而较之前变小了。有荷载膨胀率试验的膨胀起始条件是，在一定荷载下土试样已经达到固结(压缩)稳定状态，此状态下试样的压缩变形量是整个压缩过程中最大的。因此，应测读因试样卸荷—再压缩所产生的变形量，并将该变形量从试样的起始厚度中扣除。

(4) 2019版标准特定荷载下的膨胀率计算公式未用到仪器变形量。因为施加荷载所引起的仪器变形量已经通过调整量表指针调零的方式扣除，而膨胀引起的仪器变形量难以准确测量，因此，计算特定荷载下的膨胀率时，可不计试样卸荷—再压缩所产生的变形量以及荷载引起的仪器变形量。

(5)有些试样在试验中会出现注水后压缩的情况，此时可终止试验，或根据需要换用低一级荷载进行试验。为了保持试样始终浸在水中，要求注水至土样顶面以上5mm，为便于排气，宜采用逐步加水的方式。