土工试验中应注意的问题及试验成果综合分析

廖秋凤

(福建省建专岩土工程有限公司，福建 泉州 362000)

0 前 言

由于岩土自身的多样性，取样运输过程中的扰动，以及试验仪器和操作方法的差异及试验人员的素质不同，使得土工试验中测试的结果存在差异，导致测试结果准确不高，在一定程度上影响工程设计的准确性，因此，把土工试验与野外勘察有机结合起来意义非常重要。

1 开样描述

开样过程中不仅要描述土样的颜色、矿物成分、软硬程度、塑性状态、结构构造、土质的均匀性及有无杂质、裂缝，更重要的是判断土样的扰动程度，查看与送样单是否相符；如怀疑土样在取样运输过程中有不同程度的扰动，应及时与现场技术人员交流，确定土样的扰动程度，同时对所切土样的物理力学指标值凭经验做一个估计值，并记录。

如室内试验人员一般只对来样负责，很有可能出现残积土得出的试验成果是淤泥；而淤泥、淤泥质土得出的试验成果是黏土或粉质黏土。残积土泡水很容易软化，软化后的残积土，含水量比天然含水量大很多，液塑限试验的试验成果塑性状态为流塑，压缩试验的试验成果压缩性为高压缩性土；淤泥、淤泥质土的干硬强度大，风干后的淤泥、淤泥质土，含水量比天然含水量小很多，液塑限的试验成果塑性状态很少为流塑。直剪、三轴试验得出的力学指标比天然的淤泥、淤泥质土偏大。如土的扰动程度对试验成果影响很大，开样过程中要初步判断土样是否被扰动。被扰动的土做出来的试样数据不可用。

2 土的物理性质试验及试验结果

2.1 土粒的相对密度ds、密度ρ、含水量w试验

土的物理性质中三个最基本指标是：土粒的相对密度ds、密度ρ、含水量w，它们可通过土工试验直接测定，也是最基本的三个试验，并且可以换算出土的干密度ρd、空隙比e、空隙率n、饱和度sr等指标，它们的变化也影响着土的力学性质。因此，准确测定相对密度ds、密度ρ、含水量w有着非常重要的意义。

在这三个基本指标中，土粒的相对密度ds是一个比较稳定的值，它决定于土的矿物成分，一般无机矿物颗粒的相对密度为2.6～2.8；有机质为2.4～2.5；泥炭为1.5～1.8。土粒相对密度可用比重瓶法测定，通常可按经验数值选用，一般土粒相对密度参考值见表1土的含水量w则是三个指标中最不稳定的。土的含水量一般用用“烘干法”测定，试验人员应取土样中具有代表性的试样，放入称量盒内，及时盖上盒盖和称重。

表1 土粒相对密度参考值

土的密度ρ虽然也是一个变化的值，不同的土样重度值不同，但对于某一个土样来说，它的值较稳定和比较容易测准。

2.2 土的界限含水量

对于工程来说，土的液限、塑限有着比较重要的实用意义。土的塑性指数高，表示土中的胶体黏粒较多。因此，界限含水量，尤其是液限，能较好地反映出土的某些物理力学特性，如压缩性、胀缩性等。而当前对土的液限、塑限的测定存在一些问题：①测定土的液、塑限时取标准样的问题，规程上大多规定土要过0.5 mm的筛才能进行实验，在实际操作中，有一些土用肉眼观察含有较多砂粒，一旦过0.5 mm筛后做实验，测出的土塑性指数可能很大，不能反映土的实际情况；②在实际操作中，有一些土样用肉眼观察不含大于0.5 mm的土粒和杂物，而实际土样中存在极少的粗颗粒，圆锥有可能刚好落在极少的粗颗粒上，造成三点不在一直线上(以含水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制表系曲线)，并且实验成果没有代表性；在制比较干的土样时，很容易出现软硬不均匀，特别是黏性较大的土，一不小心也会造成三点不在一直线上，从而只能重做实验。

3 土的力学性质试验及实验成果分析

直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种最常用手法。通常采用四个试样，分别在不同的坚向荷载下，施加水平剪切力进行剪切，求得破坏时的剪应力。然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数：内摩擦角和粘聚力。

众所周知，土样是具有差异性的，尽管是同一个样盒里面的土，其性质也是有区别的。在进行直剪试验时，试验人员应先按土的重量大小排列，依次把重量由小到大的土样放入坚向荷载由小到大的直剪容器内。如果不按重量大小排列，做出来的试验数据比较不规律，给试验之后的数据整理带来一定麻烦。

某直剪实验的成果见表2，将表2中的试验记录绘制成如图1所示的抗剪强度和垂直压力之间关系。

表2 直剪试验记录表

图1 抗剪强度与垂直压力之间的关系

图1所表示表2的直剪试验记录数据的线性相关性有误。垂直压力400 kPa对应的点离散比较大，可能是其土样中含粗颗粒，在剪切过程中刚好剪到粗颗粒，或是土样不均匀。垂直压力400 kPa对应的点没有代表性，应去除，再用其他三点求该土的内摩擦角和粘聚力如图2。得出该土的内摩擦角为0.8°，粘聚力为8.3 kPa。

图2 抗剪强度与垂直压力之间的关系

在以往考虑实验数椐的相关关系时，常常是求它们之间的线性相关系数，对于土工问题来说，这种相关性主要是由土体自身的性质引起的，指标的自相关函数通常是指数函数的形式，因此，土工实验数据的相关性不再是线性关系，也就不能用以往的求相关系数的方法来判别其相关性。

4 土工试验成果综合分析的必要性

土的各个指标之间是相互关联的，因此，各项目实验成果出来之后，应将同一个样各项实验成果放一起，进行对比分析，同时也要将同一种土各个样得出来的同项实验成果，进行对比分析，从而对各项指标的准确性进行判别。比如，某项目中13个淤泥的相对密度、密度、含水量的实验成果表如表3所示，第7个土样的含水率跟其他含水率相差较大，试验人员应检查原始记录及计算过程中有没有误，如都没有出错的情况下，应重做一次试验，检查试验操作过程有没有出错。

表3 相对密度、密度、含水量的实验成果表

5 土工试验过程中注意事项

土的密度、含水量实验应取有代表性的土样，特别是含水量相对不稳定，试验过程中应及时称量，称量盒从烘箱中取出后及时盖上盒盖，放入干燥容器内冷却到室温。

固结试验中应注意固结容器内的滤纸和透水板的湿度接近试样的湿度，如淤泥可以直接在固结容器内加水，残积土可根据土样的湿度在固结容器内包与土样湿度相当的湿布。

直剪度验中，常规的垂直加载等级是100、200、300、400 kPa。而土样千差万别，试验人员应根据土样的软硬程度及原处于深浅的土层进行垂直加载等级的调整。比如，流塑状的淤泥，在垂直压力200 kPa的情况下就被挤出，常规的垂直加载等级就只能得出一个100 kPa的结果，也就无法计算出土样的内摩擦角和粘聚力。再如，处于深层的坚硬黏性土，常规的垂直加载等级都使土样处于剪胀状态，这样便得出四个垂直下的抗剪强度几乎接近，计算出来的内摩擦角接近零及粘聚力非常大，根本就不是土样所属的力学性质。因此，在直剪试验中，垂直加载等级可根据土的软硬及原处于深浅地层进行调整。

[ID:010582]