室内土工试验应注意的事项及试验数据的相互验证

孙小霞，魏荣华

(山东正元建设工程有限责任公司，山东 济南 250014)

1 工程概况

某国家高速公路某标段总长91.7 km，沿线施工主要以山岭区居多。现场施工条件较为复杂，勘察工作采取工程地质调绘、钻探等多种方式，从而确保勘察结果的可靠性。经过全面勘察后确定煤矿采空区的分布情况，验证其稳定性，评价其对于施工作业所造成的不良影响，以此作为工程设计与施工作业的参考。

2 室内土工试验的重要作用

室内土工试验可有效揭示土的特性，在此基础上合理划分土层，同时作为设计工作的关键参考指标[1]。由此表明，土工试验应严格依据规范有序落实到位，确保所得结果的准确性，否则将对后续工作的开展造成不良影响。但岩土的特殊之处在于其缺乏均匀性，取样、运输等环节都伴有诸多外界干扰因素，加之操作方法、仪器精度等方面的影响，易导致室内土工试验结果偏离实际情况。因此，以何种方式做好室内土工试验至关重要，也是每位试验专业人员亟需解决的问题。

3 室内土工试验的具体技术要点

3.1 确定工程要求，合理组织试验

土工试验具有系统性，各项工作必须以工程要求为核心依次落实到位[2]。土工试验人员不可独立工作，应积极与勘察人员以及设计人员沟通，明确工程的具体要求，以此为导向合理组织土工试验，权衡好主次关系。

3.2 开样记录的完整性和试样制备的可行性

1)开样记录。保证各项数据的一致性，例如送样单与土样标签的内容不可存在偏差，以土样编号为依据确定合适的实验室土样编号，以便给分析工作提供便捷的条件。开样记录应具有全面性与准确性的特征，应交由具有资质的人员完成此项工作，并采取用眼观察、用手按捏等多种方式，判断土样在状态、软硬程度等方面的情况，其中的各项信息都要得到完整的记录。开样记录必须足够详细，若仅仅停留在简单描述的层面，将导致无法准确反映土样特征，对试验结果的准确性以及后续施工作业的可行性都造成严重影响[3]。

2)试样制备。取样时的干扰因素较多，常伴有应力释放、结构扰动等问题，因此，必须以合理的方式制备试样。例如取样过程中应加强防护，以免土样质量偏离预期；在取样前做好全面的检查，明确切土刀的使用情况，如确认是否存在缺陷等，其必须沿刀外侧切削；以土样的软硬程度为主要参考因素，通过钢丝锯整平环刀两侧，施工期间也应加强检测，以保证制得的试样能够用于试验分析工作中，从而提高试验结果的可靠性。

需注意的是，在制备界限含水率样品时应注重前期的优化处理，即必须浸泡过夜，否则将导致试验结果低于实际值。而根据表1的内容也可得知，在未经过浸泡处理时，试样的试验结果相对更低。

表1 不同试验方法的界限含水率

3.3 土的液限与塑限

1)土的液限反映的是界限含水量，且建立在由可塑状变为流动状的前提下，而塑限则对应的是可塑状到半固体状态。相比之下，土的液限更具有参考价值，能够给土的分类定名提供可靠的依据，可在此基础上求得塑性指数和液性指数，进而评价细粒土地基的容许承载力。为确保所得实测结果的准确性，则必须依据规范做好相应操作，例如给予充分的搅拌。

2)现阶段，土液限及塑限检测过程中依然存在诸多待改进之处，例如测定值的可行性问题。根据《土工试验方法标准》(GB/T 50123—2019)规定可知，试验方法针对的是粒径<0.5 mm的土，但在实际操作中必然存在粒径≥0.5 mm的粗颗粒，此时应使用规格为0.5 mm的筛过滤处理，但带来的问题是经过处理后的材料实测值并不能准确反映其实际情况，这也很好地解释了为何室外观测与室内试验结果不符的问题。对此，在土中含砂量较大的情况下应做好颗分处理，以便得到更为准确的液限指数实测值。

4 土工试验数据的相互验证分析

室内土工试验全流程中，土的物理性质是重要影响因素，其对于土的力学性质将带来决定性影响，同时在外界环境变化的情况下，土体的强度也将随之改变。受土体结构特殊性的影响，导致其对外界环境具有极高的敏感度，若存在外力作用则容易发生变形现象。在土体受力条件下，土的物质组成将明显决定其力学性质。

经试验并确定具体的室内土工试验结果后，可分析数据指标的关联性，从而对结果做出客观的判断，剔除与客观规律不符的参数，对剩余的参数展开计算，确保所得试验结果具有足够的准确性。确定试验结果后，在各层土体中选择适量具有代表性的样品，反演指标并彼此相互验证，以便分析试验数据的真实性。对此，本文选取几组典型的土工试验数据，围绕其相关性展开验证，以期探讨具体结果。

4.1 土的压缩指数和回弹指数与土的液限

为明确各类土的压实性和固结性的实际情况，需通过压缩指数、压缩系数、回弹指数等相关指标展开综合分析。为探讨正常固结土和超固结土两类所具有的压缩性，此处提出了Cc-压缩指数和Cs-回弹指数，以期通过两项指标用于说明。

取压缩e-LgP曲线，其对应的斜率值k则等同于Cc值，指的是正常固结土所具有的压缩性；取回弹再压缩e-LgP曲线，经计算后确定其斜率k值，其等同于Cs值，指的是超固结土的压缩性。显然，伴随着Cc值的提升，在此变化条件下土的压缩性则越高。

若为同一试样，其具有的压缩指数在任何环境中始终维持稳定，无论压力如何变化其均为定值。压缩系数a则具有变化特性，主要受到压力的影响。土的压缩性主要与土的密实度有关，具体可通过孔隙比e、含水率w、液限含水率W1等相关指标反映。各项指标间具有紧密的关联，现阶段以太沙基及派克的经验公式较为典型，具体有：不扰动土Cc=0.009(Wl-10)，Wl=50时，Cc=0.36；重塑土Cc=0.007(Wl-10)，Cs=1/10Cc，具体关系如图1所示。

图1 实测E-LOGP关系示意图

4.2 土的压缩系数与孔隙比

压缩系数与孔隙比也具有特定关系，具体有：a1～2=0.384e2.7(e=0.56～1.80)。

根据上述公式，可以验证Cc、Cs及a的关系，以便分析实测值的准确与否。但土样表现出显著的地域性特征，在不同地区都有其特殊性，因此，需充分考虑到地区内丰富的试验资料，以此为依据创建经验关系，从而进行合理的验证，确保所得试验数据能够最为精准地反映实际情况。

4.3 土的击实性指标与液塑限

在击打作用下，土体内的气体将会逐步向外排出，此时仅有部分水分赋存在土的空隙内，可将其视为最优含水量。该项指标与土的液塑限具有紧密关联，在土的塑性不断增加的情况下，其对应的最优含水量也表现出随之加大的变化规律。

以所得的液塑限指标为基准，根据相关资料可查出与最优含水率最接近的值，再结合土的颗粒成分含量分析结果，基于上述指标即可得到土的最优含水量，并且还可验证击实试验，分析其对应的最优含水量是否具有准确性。

5 结束语

土工试验可帮助工程人员掌握现场土的基本性质，是岩土工程勘察中至关重要的一项活动，所得结果应具有足够的准确性，否则会给工程设计与施工带来错误的指导。土工试验专业人员应准确认识到土工试验的基本作用，明确现阶段的作业规范，以科学的方式做好土工试验相关工作，确保所得结果的准确性，在此基础上顺利开展剩余的工程活动。

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