合理、正确测试原状土的无侧限抗压强度

土的抗剪强度指标常用于评价工程建筑地基土的承载力、挡土墙土压力、基坑及边坡的稳定性，是一项重要的力学性质指标，是基础设计的依据。试验结果的准确性直接影响到工程设计人员对场地土体强度的判断，在实际工程建设中，正确测定并合理取用土的抗剪强度指标是非常重要的。在土工试验中由于无侧限抗压强度试验简单快捷，试验设备操作方便，因此常用原状土的无侧限抗压强度试验代替三轴不固结不排水剪试验，采用原状土的无侧限抗压强度评价地基土的承载力及其抗剪强度；经常依据原状土的无侧限抗压强度试验结果所反映的土体强度比原位测试结果所反映的土体强度小得多，尽管我国现有的土工试验方法标准、规范、规程对原状土的无侧限抗压强度指标的测试都有详细规定，但其试验结果难以准确反映土体的实际强度及其工程特性。

1 现行国家标准不完善
通过比对试验证实国家标准《土工试验方法标准》无侧限抗压强度试验方法不完善，试验结果偏小。现执行的国家标准《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）的条款规定原状土的无侧限抗压强度试验适用于饱和粘性土，条款规定试样直径宜为35～50mm（有的行业土工试验规程规定试样直径为40～50mm），试样高度为直径的2.0～2.5倍，其试验条件：原状土试样在不排水、不固结，无侧面压力情况下施加轴向（即垂直向）压力，直至试样发生破坏，测力计出现峰值或取轴向应变15%所对应的轴向压力作为试样的无侧限抗压强度，其物理意义：原状土试样在侧面不受任何限制的条件下，抵抗轴向压力的极限强度。即

式中：qu为土的无侧限抗压强度，kPa；P为试样破坏时（或轴向应变15%所对应）的轴向压力，N；Aa为校正后试样的断面积，cm2。
经常原状土的无侧限抗压强度试验试样直径采用35～50mm范围内，所得结果与土的实际强度偏离较大，其所反映的土体强度比原位测试结果所反映的土体强度小得多，如何合理、正确测试原状土的无侧限抗压强度？通过多次采用同一土层原状土样品制成不同直径的试样进行比对试验，并与野外十字板剪切试验、静力触探试验等原位试验结果作比较，证实直径采用70～85mm原状土试样的无侧限抗压强度所反映的地基土容许承载力值与原位试验结果所反映的地基土容许承载力值较接近，并与地区经验值较接近，见广州南沙东方国际集装箱生产基地不同直径原状土的无侧限抗压强度与原位试验结果的比对（附表），该基地饱和粘性土普遍分布且平均厚度达18.71m，于饱和粘性土层中布十字板剪切试验孔、静力触探试验孔共96个，选200组饱和粘性土做无侧抗压强度试验，试验时采用直径35～50mm与70～85mm试样进行比对试验（由于无侧限压缩仪传压板直径和仪器高度的限制，直径70～85mm试样的高径比采用1：1，试验时试样底部及顶部垫上直径85mm厚度5mm钢板垫块），试验结果显示直径70～85mm原状土的无侧限抗压强度所反映的地基容许承载力值与原位试验结果所反映的地基容许承载力值较接近，并与地区经验值较接近，直径35～50mm原状土的无侧限抗压强度所反映的地基容许承载力值偏小；比对试验结果说明国家标准《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）无侧限抗压强度试验方法不完善：(1)试验条款规定原状土试样直径采用35～50mm范围内不合理，由于试样直径较小制样时对样品边缘产生一定的扰动，引起样品整体强度降低较大，导致试验结果偏小，实际上试样直径越小制样时受到的扰动越大；(2)试验条款对原状土试样尺寸精度未作出要求，如沿试样高度各直径误差、两端面的平整度及与试样轴线及侧面的垂直度未作出要求，测试人员在制样时由于没条款可依对试样尺寸精度把握不准。

容许承载力值的确定：依据《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001) 10.7经验公式，qu修正值取峰值强度的70%，Υ-土的重度，h-基础埋深，假设基础埋深为1.00m。
qu =2cu 《土力学》公式6-16•华南理工大学出版社容许承载力值的确定：依据《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001) 10.7经验公式，cu修正值依据土的塑性指数＜20及液性指数＞1.1取峰值强度的70% 。承载力特征值的确定：依据《工程地质手册》表3-3-5经验公式
地基容许承载力值偏小地基容许承载力值合理地基容许承载力值合理地基承载力特征值合理
附表

2原状土无侧限抗压强度试验结果偏小的原因
对直径35～50mm原状土的无侧限抗压强度试验结果偏小的原因作如下分析：饱和粘性土的形成为细粒土经水流的搬运或冲刷在地形低洼处沉积形成，按其沉积环境分为滨海相沉积、湖泊相沉积、河滩相沉积、沼泽相沉积，为第四纪地层，欠固结土；饱和粘性土层中常夹大量贝壳、未分解的腐植质等生物残骸碎屑、或与粉细砂层交错沉积，河流支沟或冲沟地段饱和粘性土常夹碎石、卵石、砾石、砾砂；由于饱和粘性土在地形低洼处沉积形成，因此饱和粘性土具天然含水率高、天然孔隙比大（常eO＞1）、流塑或软塑状、压缩性高、强度低、灵敏度高的特性；因此饱和粘性土稍受外力作用下受扰动较大，甚至在自重作用下也会发生下沉及变形，如野外取样时厚壁取土器进入土层产生摩擦阻力对土样的扰动，及土样与取土器内壁摩擦引起土样产生压密扰动，土样在运输过程中受到颠簸震动，以上因素造成饱和原状土的扰动使其强度降低，是造成原状土无侧限抗压强度试验结果偏小的部份原因。除此外，现行的国家标准《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）试验条款规定原状土无侧限抗压强度试验试样直径为35～50mm范围内，由于试样直径过小且试样呈流塑、软塑状，前面说到饱和粘性土中常见大量贝壳、未分解的腐植质、碎石、卵石、砾石等粗粒物质，这些粗粒物质大小不等，也常见直经大于50mm者，含量不定，土样中粗粒含量越多粒径越大，制样时对土样边缘的扰动范围越大，因此饱和粘性土较难制成直径35～50mm的标准圆柱体，实际是棱形多面体，沿试样高度各直径误差大，试样侧面总是凹凸不平整，要用余土进行修修补补，试样直径越小扰动带所占的比例越大，试样直径的不合理是造成原状土无侧限抗压强度偏小的主要原因；试验证明原状土试样的强度受试样的形状、尺寸影响，如圆柱状试样的强度高于棱柱状试样的强度，大尺寸试样强度比小尺寸试样强度高。

3 合理、正确测试原状土的无侧限抗压强度
(1)野外取样、运输过程及室内制样时尽量避免土样受扰动，由于饱和粘性土易受扰动，室内制样时较难制成标准圆柱体，为了方便室内制样避免土样侧面再次受扰动，野外取饱和粘性土样时建议采用外径为100mm薄壁取土器，采用静力连续压入法取样，取土器内取土管采用可分半合式以方便取出土样并避免受到扰动。
(2)现场取样必须及时密封样品，制样及试验时防止试样水份蒸发。
(3)试样采用合理的直径进行试验：较均匀饱和粘性土试样直径建议采用70～100mm，试验证实较均匀饱和粘性土试样直径大于70mm较合理，其原状土无侧限抗压强度试验结果较接近土体的实际强度，当试样中含有粗粒时（如贝壳、腐木、碎石、卵石、砾石），试样直径应大于最大粗粒直径的10倍，试样高度为直径的2.0～2.5倍；室内制样时若土样边缘受扰动程度较小，沿高度直径误差小于0.5mm，可直接采用土样的原直径测定其无侧限抗压强度；若土样边缘受扰动应削除受扰动部份土体，边缘不平应视情况选择削平或补平，尽量保持试样的直径大于70mm。
(4)制样时试样尺寸精度应滿足如下要求：沿试样高度直径的误差应小于0.5mm，试样两端面要互相平行、平整且与试样轴线及侧面互相垂直。
(5)改进无侧限压缩仪：无侧限压缩仪上、下传压板的直径应能满足大直径的试样进行试验，建议上、下传压板直径大于100mm，无侧限压缩仪的螺杆、加压框架高度应能调整适合不同高度的试样进行试验，为了使不同高度的试样试验时操作方便快捷，建议无侧限压缩仪加配钢板垫块。

4 结束语
通常送至实验室做物理力学试验的土样，多为工程勘察钻探时采用薄壁取土器取样，土样的直径为75～100mm范围内，是规格的圆柱体，多数土样沿高度直径误差小于0.5mm，而且土样边缘受扰动较小，可直接采用土样的原直径仅削平两端面测定原状土的无侧限抗压强度，这样既可避免土样因制样再次受较大的扰动，又可以节省大量的工作量及时间，试验结果更加接近土体的实际强度；现代的工程建设在保证质量保证安全的前提下，也非常讲时间效率，我们的土工试验方法标准、规范、规程的试验条款在不影响试验结果的准确性的同时，应结合实际情况减少无关的试验操作，土工试验理论要结合实际，试验方法要不断完善，不合理、不正确的试验条款要及时修改、更新，测试工作者在土工试验中要克服室内试验存在的缺陷，尽量减少人为因素造成试验结果的偏离，合理、正确测试土的各项物理性质、力学性质指标，使试验结果能合理、准确地反映出土体的实际强度及其工程特性。

参考文献：
[1] 国家标准《土工试验方法标准》GB/T 50123-1999
[2] 行业标准《公路土工试验规程》JTG 40-2007
[3] 国家标准《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001
[4] 广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ 15-31-2003
[5] 工程地质手册第三版•中国建筑工业出版社