岩土工程师发表论文之土工试验成果在岩土工程勘察中的应用

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　　摘要：土工试验则是岩土工程勘察中重要的一个环节，在岩土工程理论研究和实践中起到重要的作用。各种土力学的理论的创立和发展都是基于土工试验的成果，其测定的土性参数为岩土工程的科学设计提供根本的基础性的数据，并为经济和合理的施工提供基础依据。因此对土工试验的成果进行合理的分析是十分必要的。本文首先分析了对土工试验成果进行合理分析的意义，然后详细阐述了土工试验成果的主要组成部分，最后结合实例就室内土工试验成果数据在岩土工程勘察中的实际应用做了简单分析阐述。

　　关键词：土工试验成果,应用,固结试验,渗透系数,评价

　　一、土工试验成果进行合理分析的意义

　　土是地壳表层的岩石风化后产生的松散堆积物，由固、液和气三相组成,其性质受密度、湿度、粒度以及孔隙水中化学成分等因素的影响。当土体与建筑物共同作用时，其力学性状又因受力状况、应力历史、加荷速率和排水条件而变得更加复杂。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的复杂性；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，又呈现不同的变化。如土的应力-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，土对扰动还特别敏感等等。这就要求我们对测试的各项指标进行分析判断确定结果的合理性。

　　二、土工试验成果的主要组成部分

　　（一）土的相对密度、密度、含水量

　　土粒的相对密度是一个相对稳定的值，决定于土的矿物成分。不同的土，含水量不一样，且该值的准确度受土层不均匀性、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因素影响。土的密度指标，也是一个变化的值，不同的土样密度值不同，但对于某一个土样来说，该值较稳定，较易测准。这三个基本指标变化，不仅影响其它指标的变化，而且影响土的力学性质。

　　（二）土的界限含水量

　　随着含水率的变化，粘性土可处于不同的状态，如固体状态，可塑状态和流动状态。粘性土的这种由于含水量的不同而表现出不同状态的特性称为稠度，通俗地说，就是土的稀稠程度。而各种状态的分界用界限含水率来表示。

　　表粘性土的稠度和稠度界限

　　对工程来说，有实用意义的主要是液限（流限），塑限和缩限。液限是可塑状态的上限，也就是土的流动状态和可塑状态的界限含水率；塑限是可塑状态的下限，也就是土的可塑状态与半固体状态界限含水率，含水率低于缩限时，水分蒸发时的体积不再缩小。

　　（三）土的固结实验

　　固结实验是测定土体在压力作用下的压缩特性。在实际工程中，由于土层的压缩，致使其上部建筑物或构筑物沿重力方向产生沉降。如上下土层的压缩性不等，或上部建筑物荷载不一，皆可促成同一平面上的不均匀沉降。在天然地基设计中，常需根据设计的要求，控制建筑物的沉降量；或其他各部的沉降差在某一允许范围之内，以满足使用上的要求及建筑物的安全条件。因此，要测定土的压缩性借以计算建筑物或构筑物的沉降量，作为设计的控制数据。除一些特殊工程要在现场做测试外，大多数实验是在室内进行的。影响成果准确度的因素也很多，有一些是比较容易找到原因的，如：在开土取土的过程中，感到土是较软的或测出的液性指数较低，而测出的压缩系数小，这说明实验操作有误或记录有误，要检查各个环节。实在找不出原因采取补救措施的话，就要重新取土测试。

　　（四）土的抗剪强度实验

　　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。抗剪强度的实验方法有多种，在实验室内常用的有直接剪切实验、三轴压缩实验和无测限抗压实验。在现场原位测试的有十字板剪切实验、大型直接剪切实验等。相对来说，室内实验的规律性，要比现场原位测试好得多。

　　目前，测定天然强度室内有以下几种方法：

　　（五）渗透系数

　　渗透系数的大小是衡量土的渗透性强弱的一个重要的力学性质指标。细粒土常使用变水头渗透试验方法测定渗透系数，影响因素有土的种类、孔隙比、水的温度等。因此，为了准确地测定土的渗透系数，必须尽力保持土的原始状态并消除人为的影响。天然粉土的渗透系数一般<10-4cm/s,在水利工程中，填土一般为夯实土，密度较大，视土中的粘粒含量多少而言，渗透系数更是<10-4cm/s，有的能达到10-4cm/s或更低，能满足工程的防渗要求。

　　（六）快剪参数

　　对于含水率高、凝聚力大的淤泥(或淤泥质土)，不能直接将室内试验检测成果应用于工程实际。因为当土体受到的压力超过其先期固结压力时，土体将产生瞬时的急剧破坏,工程地质人员在将土工检测成果应用于工程实际时，应根据现场试验、工程的实际用途和收集到的相关资料对室内检测成果进行处理，并给出该工程中相关参数的建议值。

　　（七）击实试验

　　测定土的密度与含水率的关系采用击实方法，进一步得出土的最大干密度与最优含水率，从而为地基处理及地基检测工作提供依据。

　　三、土工试验成果分析在具体工程中的应用

　　（一）工程概况

　　某建筑为六层住宅五栋，结构类型为砖混结构。场地区域位于平原向山岭过渡地带，此处第四系松散堆积物较厚，其下为白垩纪形成的风化沉积岩层，地貌单元为丘陵，相对高差较大。

　　场地地基土层主要分为四层和一个夹层。

　　第一层为表土，局部为杂填土，黑色为主，欠固结，厚度为0.5～1.0米。

　　第二层为粉质粘土（粘土），黄色，可塑，个别出现硬塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度高，韧性高，含水量22.6%～28.8%，孔隙比0.803～0.964，液限30.6%～38.3%，塑限15.9%～21.9%，塑性指数11.9～20.1，液性指数0.23～0.65，压缩系数0.23～0.92MPa-1，压缩模量2.12～7.92MPa，厚度2.0～3.5米。

　　夹层为粉质粘土，局部出现，仅出现于ZK5、ZK15、ZK16、ZK17、ZK18孔中，灰黄色，可塑至软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度低，韧性低，含水量26.8%～32.1%，孔隙比0.906～1.019，液限31.7%～34.2%，塑限18.7%～22.3%，塑性指数10.7～13.1，液性指数0.47～0.96，压缩系数0.39～0.53MPa-1，压缩模量3.80～4.99MPa，厚度1.0～2.0米。

　　第三层为粉质粘土，黄褐色，可塑，个别出现硬塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，含水量22.3%～31.9%，孔隙比0.788～1.027，液限29.9%～37.4%，塑限16.6%～22.7%，塑性指数10.9～16.8，液性指数0.2～30.68，压缩系数0.20～0.82MPa-1，压缩模量2.42～8.95MPa，厚度1.0～7.0米。

　　第四层为全风化页岩层，黄褐色，散体结构，软岩，在4号楼、5号楼各孔中出现，埋于深层，揭露厚度1.0～4.0米。场地内各孔均发现地下水位，因此地下水对本工程不会产生影响。

　　（二）岩土工程分析

　　1、场地稳定性及抗震稳定性评价

　　场地内从地质概况及勘察时所揭露的土层来看，水平方向地层分布连续，下部地基分布稳定，无不良工程地质现象，地基稳定性较好，抗震设防烈度为小于六度。

　　2、地基土评价

　　第一层为表土层：黑色，在场地中分布较稳定，无实际工程意义；第二层为粉质粘土和粘土层：黄色，在场地中分布较稳定，承载力特征值是175kPa；夹层为粉质粘土层：灰黄色，在场地中分布不稳定，承载力特征值130kPa；第三层为粉质粘土层：黄褐色，在场地中分布稳定，承载力特征值为160kPa；第四层为全风化层：黄褐色，散体结构，软岩，承载力特征值200kPa。

　　3、基础类型选择

　　根据场内工程地质条件建议，可采用条型毛石基础或有筋扩展基础，以第二层粉质粘土和粘土层为基础持力层，建议基础埋深在2.5米左右。

　　结语

　　综上，土工试验是为工程地质勘察提供有效地质参数必要手段，其测试成果直接影响工程质量及工程投资。成果报告是否可靠，除需对测试过程参数进行监控外,还需通过数据分析和整理的方法对测试结果加以检验，以保证成果准确、客观、真实。

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