对土工试验中几个常见问题的分析

对土工试验中几个常见问题的分析

1、土的物性试验及试验中存在的主要问题

1.1土的比重、密度、含水量试验

在土的物理试验中,比重、含水量、密度是三个最基本物性指标,用它们可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙度、饱和度等指标。这三项指标的正确与否,不仅影响其他指标的变化,而且还影响土的一系列力学指标。因此准确测定这三项指标有着重要的意义。在这三个基本指标中土粒的比重是一个相对稳定的值,它决定于土的矿物成分,它的数值一般是2.6~2.8,数值大小与所含矿物、粒度成分等有关,若含有机质较多时比重较小。由于同一地区同一类型土的比重比较接近,况且比重试验的操作比较麻烦,现在许多单位都是根据本地经验,直接采用了比重的经验值,缺少实际依据。要减少差异,应通过收集整理这方面数据,建立适用于本地区各类土的比重值。当然对于重大工程和特殊条件下的土工试验,如土中含有机质大于5%时,土的比重可降到2.4以下,应对土样进行实测,才能真实反映土的工程特性。

土的密度取决于土粒的重量、孔隙体积的大小和孔隙中水的重量,其综合反映了土的物质组成和结构特征。该项试验较简单,一般在取样后立刻进行。需注意的是开土切样时要用切土刀,将土样取入环刀后,需用专门的刮土刀整平环刀两端土样。现在大多数实验室人员直接用切土刀刮平,这是一种极其错误的操作方法。因为经常开样,切土刀刃口经长期使用会磨损呈凹形,就会造成测得的密度偏大、孔隙比偏小、饱和度偏大等情况。因此对试验人员从一开始就应当规范要求,如按规范操作与其本身物理性能指标不符,这时应及时查找原因,更换新的刮土刀或环刀以确保试样质量,正确求得土的密度。试验中应对照送样单的野外定名,在合适的部位切取试件。

含水量是最不稳定的,不同的土有不同的含水量,而且由于各种因素,如土层的不均匀,取土不标准,野外取样不规范,土样在运输及存放期间保护不当等,都会影响成果的准确度。所以要求野外人员取样、运输、保管样品规范化,试验人员应注意取样的代表性及均匀性,及时装盒加盖避免水分的损失,准确测出这一指标。若为连续试验,则土样盒在使用中可能未洗净或会受到一定腐蚀,因此必须在取样前重新称取盒重。依据试验规程应取两个以上的土样进行平行试验,去除离散较大的值后取平均值。

1.2土的液限与塑限试验

做液塑限试验时,有的使用锥式液限仪,有的使用液塑限联合测定仪,这样就难免因为手法不一致使得同一指标因试验人员不同,得出的结果也不尽相同。还有因调土不均匀、不透,或使用磨损严重的圆锥仪,得出偏大的液限值。这样本来可以判定为可塑状的土,结果却出现硬塑或坚硬,无形中增加了建筑的风险。做塑限试验时,搓条法现在还被普遍认同,但标准不易掌握,人为因素影响较大,对低塑性土更为明显。有的单位,不直接测定,而利用液、塑限之间的相关公式计算出塑限值。如果这种间接计算塑限值是限定在有大量对比资料基础上的话,其误差还能事先估计,问题在于将这种计算盲目扩大,套用失控,使测试成果严重失真。因此要想测出最真实的数据,必须提高试验人员的素质,并且按照相应的规范严格执行。另外,粉土是粒径大于0.075mm的颗粒,质量不超过总质量的50%,且塑性指数不大于10的土。在试验中,由于颗分试验较复杂,大多数实验室仍存在仅按塑性指数不大于10来定名粉土的不全面、不准确的做法。若需要测得粘粒含量还须要用密度计法或移液管法进行测定。

2、土的力学性试验及试验中存在的主要问题

2.1固结试验

固结试验的目的是通过测量各级垂直荷载下土的变形来测定土的压缩特性。除一些特殊工程要在现场做测试外,大多数试验是在室内进行的。目前,固结试验存在的问题是:gb/t501231999土工试验方法标准未将一小时快速法列入固结试验标准。为缩短试验历时,现在大多数单位习惯做法是容许黏性土最大固结压力小于400kpa时,可用一小时加荷一级的快速法,采用综合固结度校正。然而,有些单位在最大固结压力大于400kpa时,仍采用一小时加荷一级的快速法,未按慢速法或用次固结增量法校正快速法。

2.2直接剪切试验

土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力,是土的重要力学性质之一。在计算承载力,评价地基、基坑稳定性以及计算挡土墙上土压力时,都要用到土的抗剪强度指标,因此正确地测定土的抗剪强度在工程上具有重要意义。抗剪强度的试验方法有多种,在实验室内常用的有直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验。就直接剪切试验而言,虽然其受仪器结构的限制,存在不少缺点,但由于直接剪切试验指标在生产实践中已积累了大量经验,在一般工程中还是广泛应用。本文就直接剪切试验提出以下几点常见问题:

直接剪切试验受力条件复杂(如发生剪切位移时法向加荷由最初轴心受压变为偏心受压,剪切破坏面人为限制),排水条件不易控制,按gb/t501231999土工试验方法标准第18条规定快剪试验一般适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。粉质黏土渗透系数一般大于10cm-5cm/s,粉土渗透系数值更大,用直接剪切试验已非常勉强,在室内对粉土及粉质黏土做直接剪切试验时,发现四级荷载下很少存在峰值强度,绝大部分需剪切至位移6mm处,剪切强度指标回归性差(尤其最后一级荷载强度偏低,再现性差),剪切强度指标仅能作为参考。另外,较软弱的土即使渗透系数满足要求,当二级荷载加上时会发生土样挤入透水石与剪切盒之间缝隙的情况而无法剪切。虽然直接剪切试验方便简单,但其对粉土、粉质黏土及较软弱的土强度指标可信度不足,因此对粉土、粉质黏土及较软弱的土用直接剪切试验时,应注意要明确加荷条件,控制剪切速率,对土质松软的土样,要分次轻轻施加垂直压力,以防土样挤出。在资料整理时应按最小二乘法或作图法求出c,,避免随意连线或无依据地给出参数。

3、其他一些共性问题

现在很多土工实验室都存在一些共性问题,那就是人员素质的不一,试验仪器的老化,以及缺少对试验工作的校对审核审定制度、对工作质量的评定及验收制度等等。

4、提高土工试验成果的措施

1)建立健全各项土工试验规章制度,规范各项试验的基本操作过程。对试验仪器进行定期的保养及检测,并且做到经常性及定期检查。对报废不符合标准的仪器,应及时更新,对影响试验质量的仪器应及时整修。

2)经常组织试验人员学习国标和有关规范规程,要求人员对所做出的试验数据能有正确的判断,对出现偏差及异常的数据,能找出原因并且重新更正。有机会参加些技术交流和技术讲座等活动,以提高试验人员的技术业务水平。

3)聘任具有较高文化及业务水平、富有专业实际经验的技术骨干把关,指导试验工作,并检查督促试验人员严格遵守国标及规程,解决工作中的疑难问题,直至审核审定试验成果报告。4)严禁未经专业培训、无上岗证书及专业技术职称的人员(特别是用临时工)参加试验操作。

5、结语

土工试验是岩土工程勘察工作的重要组成部分,它是进行土类定名和划分土层的重要依据,同时也可为工程设计和施工提供有效的测试结果。而测试结果的准确程度与否直接影响着工程质量和使用安全。因此对试验本身应当高度重视,才能把各种质量隐患消除,保证测试成果的最终质量,为工程设计提供最准确的数据。