对工程中土工试验的研究与分析

Abstract: This paper analyzes the soil test basis, pay attention to the problem and the results should be noted, and explained the necessity analyzed the soil test results and how to improve the accuracy of the overall analysis.

Key words: soil test; problem; experimental indicators; test results; analysis

土是分散的、多矿物的、多相的和多孔的不均匀体，在取样、运输过程中常常发生扰动，加上试验仪器和测试方法的相异以及试验人员的水平不同，使得测试结果存在这样或那样的问题，出现异常，在一定程度上影响了工程设计的准确性。因此，研究土工试验，对实际工作具有一定指导的意义。

一、土工试验的作用及必要性

(一)土木试验的作用

岩土体是自然界的产物，其形成过程、物质成分以及工程特性是极为复杂的，并且随受力状态、应力历史，加载速率和排水条件等的不同而变得更加复杂。所以，在进行各类工程项目设计和施工之前，必须对工程项目所在场地的岩土体进行土工试验及原位测试，以充分了解和掌握岩土体的物理和力学性质，从而为场地岩土工程条件的正确评价提供必要的依据。

土工试验是对岩土试样进行测试，并获得岩土的物理性指标、力学性指标、渗透性指标以及动力性指标等的实验工作，从而为工程设计和施工提供参数，是正确评价工程地质条件不可缺少的依据。所有的工程建设项目，包括高层建筑、高速公路、机场、铁路、隧道等的建设都与它们赖以存在的岩土体有着密切的关系，在很大程度上取决于岩土体能否提供足够的承载力，取决于工程结构不至于遭受超过允许的地基沉降和差异变形等，而地基承载力和地基变形计算中的参数又主要是由土工试验来确定的。因此，土工试验对于各类工程项目建设是不可缺少的。

(二)土工试验成果的必要性

土是地壳表层的岩石风化后产生的松散堆积物，它具有三个特性：

1、土是松散性材料，不是连续的固体，因此，在一定程度上具有流动性。

2、土是由颗粒(固相)、水(液相)和气体(气相)三相物质组成。

3、土是自然地质历史产物，非人工制造产物。基于此，土具有不同于其它建筑材料的特征。

一般的建筑材料可由设计人员指定品种和型号，品种、型号一经确定，力学性质参数也就确定。土则不同，建筑物是以天然土层作为地基，拟建地点是什么，土设计人员就以该种土作为设计对象。由于各种土的颗粒大小和矿物成分差别很大，土的三相间的数量比例不尽相同，而且土粒与其周围的水分又发生了复杂的物理化学作用，因此，造成了土的物理性质比较复杂。土的物理性质又在一定程度上决定了它的力学性质，不同地区的土，有不同的变化。土的物理性质和力学性质，相对于其它材料来说，是比较复杂的，如土的应力一应变关系是非线性的土的变形在卸荷后一般不能完全恢复，土的强度也不是一成不变的、土对扰动与存放时间等外部因素特别敏感。那么，通过室内试验测出的物理、力学指标，就存在一个是否准确的问题。如何确定数据的准确性，以及各个指标存在那些必然的联系，对于工程勘察设计有很大的指导意义。

二、土的物理试验及试验成果

(一)土的比重、密度、含水量试验

在土的物理试验中，比重、密度、含水量是三个最基本的实测指标，用它们可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙度、饱和度等指标。它们的变化，不仅影响其它指标的变化，而且将使土的一系列力学性质随之而异。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，比重是一个相对稳定的值，它决定于土的矿物成分，一般砂土为2.65～2.69，粉土为2.70～2.71，粉质粘土为2.72～2.73，粘土为2.74～2.76，同一地区同一类型的比重基本相同。值得注意的是当土中含有有机质时，土的比重可降到2.4以下，此时应改用中性液体测定，如煤油、汽油甲苯和二甲苯，并采用抽气法排气。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，取样不标准，取土器和筒壁的挤压，土样在运输和存放期间保护不当等等，都会影响成果的准确度。

(二)土的液限与塑限

液限、塑限分别是细粒土处于可塑状态的上限和下限含水量。对于工程来说，土的液限、塑限有着比较重要的实用意义，用它可计算塑性指数和液性指数，评价细粒土地基的容许承载力，并可按塑性指数或塑性图进行土质分类。而当前对土的液限、塑限的测定，存在不少问题。如：测定土的液限、塑限时如何选取标准样的问题，规程上大多规定±要过0.5mm的筛孔，才能进行试验。在实际操作中，有一些土用眼睛观察含有较多砂粒，一旦过0.5mm筛后做试验，测出的土塑性指数可能很大，不能反映土的实际情况。因此，对于这种土最好能采用筛分法确定砂粒含量，如果砂粒含量已达到确定该土为砂土的标准，那么就不必再做液、塑限试验，反之则可进行相应的液、塑限试验来确定土的名称。

(三)土的物性指标之间的对比分析

土的物理指标间是相互关联的，因此，当测出这些指标以后，可将其放到一起，进行综合的分析，对其准确性进行判别。比如，在有些成果中，会出现饱和度超过100%的现象，这就说明，在某些试验数据中，存在误差或者错误，需要根据实际情况进行调整，必要时要重做试验。再如本来在开土的时候，描述土是处在坚硬状态，而测试结果却是土处在流塑状态，液性指数>1，这种情况，就要对含水量、液限、塑限的测定结果进行复核。通过一系列对物性指标间关系的统一分析，可使试验成果的精度进一步提高，为工程建设提供准确的数据。

三、土的力学试验及试验成果

(一)土的固结试验

土的固结试验是测定土体在压力作用下产生变形的过程。其目的是测定试样在有测限与轴向排水及受稳定荷重作用下的变形和压力、孔隙比和压力、以及变形和时间的关系。通过计算求得的各项压缩指标，可用来分析判别土的压缩特性和天然土层的固结状态，从而计算土工建筑及地基的沉降量，并估算区域性的地面沉降量。为了准确提供这些压缩指标，首先要抓好土样的验收和管理工作，注意观察试样是否扰动。在试验过程中，要严格按国家标准进行操作，消除各种不利因素。

(二)土的抗剪强度试验

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，评价地基稳定性以及计算挡土墙的土的压力时，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，在试验室内常用的有直接剪切试验、三轴压缩试验和无测限抗压试验。在现场原位测试的有十字板剪切试验、大型直接剪切试验等。相对来说，室内试验的规律性，要比现场原位测试好得多。

(三)土的固结试验成果与抗剪强度之间的关系

土的压缩特性和抗剪强度有着一定的关系，利用这种关系，我们可以直观判断压缩结果和抗剪结果是否准确。一般情况下，土的压缩性越高，压缩模量越低，而它的快剪强度则越小。当然，在有些情况下，要求做固结快剪，那么，这种关系可能就不成立了，需要按实际测出的强度情况判断。