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1、土的物性試驗及試驗中存在的主要問題

1.1土的比重、密度、含水量試驗

在土的物理試驗中,比重、含水量、密度是三個最基本物性指標,用它們可以換算土的干密度、孔隙比、孔隙度、飽和度等指標。這三項指標的正確與否,不僅影響其他指標的變化,而且還影響土的一系列力學指標。因此準確測定這三項指標有著重要的意義。在這三個基本指標中土粒的比重是一個相對穩定的值,它決定于土的礦物成分,它的數值一般是2.6~2.8,數值大小與所含礦物、粒度成分等有關,若含有機質較多時比重較小。由于同一地區同一類型土的比重比較接近,況且比重試驗的操作比較麻煩,現在許多單位都是根據本地經驗,直接采用了比重的經驗值,缺少實際依據。要減少差異,應通過收集整理這方面數據,建立適用于本地區各類土的比重值。當然對于重大工程和特殊條件下的土工試驗,如土中含有機質大于5%時,土的比重可降到2.4以下,應對土樣進行實測,才能真實反映土的工程特性。

土的密度取決于土粒的重量、孔隙體積的大小和孔隙中水的重量,其綜合反映了土的物質組成和結構特征。該項試驗較簡單,一般在取樣后立刻進行。需注意的是開土切樣時要用切土刀,將土樣取入環刀后,需用專門的刮土刀整平環刀兩端土樣。現在大多數實驗室人員直接用切土刀刮平,這是一種極其錯誤的操作方法。因為經常開樣,切土刀刃口經長期使用會磨損呈凹形,就會造成測得的密度偏大、孔隙比偏小、飽和度偏大等情況。因此對試驗人員從一開始就應當規范要求,如按規范操作與其本身物理性能指標不符,這時應及時查找原因,更換新的刮土刀或環刀以確保試樣質量,正確求得土的密度。試驗中應對照送樣單的野外定名,在合適的部位切取試件。

含水量是最不穩定的,不同的土有不同的含水量,而且由于各種因素,如土層的不均勻,取土不標準,野外取樣不規范,土樣在運輸及存放期間保護不當等,都會影響成果的準確度。所以要求野外人員取樣、運輸、保管樣品規范化,試驗人員應注意取樣的代表性及均勻性,及時裝盒加蓋避免水分的損失,準確測出這一指標。若為連續試驗,則土樣盒在使用中可能未洗凈或會受到一定腐蝕,因此必須在取樣前重新稱取盒重。依據試驗規程應取兩個以上的土樣進行平行試驗,去除離散較大的值后取平均值。

1.2土的液限與塑限試驗

做液塑限試驗時,有的使用錐式液限儀,有的使用液塑限聯合測定儀,這樣就難免因為手法不一致使得同一指標因試驗人員不同,得出的結果也不盡相同。還有因調土不均勻、不透,或使用磨損嚴重的圓錐儀,得出偏大的液限值。這樣本來可以判定為可塑狀的土,結果卻出現硬塑或堅硬,無形中增加了建筑的風險。做塑限試驗時,搓條法現在還被普遍認同,但標準不易掌握,人為因素影響較大,對低塑性土更為明顯。有的單位,不直接測定,而利用液、塑限之間的相關公式計算出塑限值。如果這種間接計算塑限值是限定在有大量對比資料基礎上的話,其誤差還能事先估計,問題在于將這種計算盲目擴大,套用失控,使測試成果嚴重失真。因此要想測出最真實的數據,必須提高試驗人員的素質,并且按照相應的規范嚴格執行。另外,粉土是粒徑大于0.075mm的顆粒,質量不超過總質量的50%,且塑性指數不大于10的土。在試驗中,由于顆分試驗較復雜,大多數實驗室仍存在僅按塑性指數不大于10來定名粉土的不全面、不準確的做法。若需要測得粘粒含量還須要用密度計法或移液管法進行測定。

2、土的力學性試驗及試驗中存在的主要問題

2.1固結試驗

固結試驗的目的是通過測量各級垂直荷載下土的變形來測定土的壓縮特性。除一些特殊工程要在現場做測試外,大多數試驗是在室內進行的。目前,固結試驗存在的問題是:gb/t501231999土工試驗方法標準未將一小時快速法列入固結試驗標準。為縮短試驗歷時,現在大多數單位習慣做法是容許黏性土最大固結壓力小于400kpa時,可用一小時加荷一級的快速法,采用綜合固結度校正。然而,有些單位在最大固結壓力大于400kpa時,仍采用一小時加荷一級的快速法,未按慢速法或用次固結增量法校正快速法。

2.2直接剪切試驗

土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力,是土的重要力學性質之一。在計算承載力,評價地基、基坑穩定性以及計算擋土墻上土壓力時,都要用到土的抗剪強度指標,因此正確地測定土的抗剪強度在工程上具有重要意義。抗剪強度的試驗方法有多種,在實驗室內常用的有直接剪切試驗、三軸壓縮試驗和無側限抗壓強度試驗。就直接剪切試驗而言,雖然其受儀器結構的限制,存在不少缺點,但由于直接剪切試驗指標在生產實踐中已積累了大量經驗,在一般工程中還是廣泛應用。本文就直接剪切試驗提出以下幾點常見問題:

直接剪切試驗受力條件復雜(如發生剪切位移時法向加荷由最初軸心受壓變為偏心受壓,剪切破壞面人為限制),排水條件不易控制,按gb/t501231999土工試驗方法標準第18條規定快剪試驗一般適用于滲透系數小于10-6cm/s的細粒土。粉質黏土滲透系數一般大于10cm-5cm/s,粉土滲透系數值更大,用直接剪切試驗已非常勉強,在室內對粉土及粉質黏土做直接剪切試驗時,發現四級荷載下很少存在峰值強度,絕大部分需剪切至位移6mm處,剪切強度指標回歸性差(尤其最后一級荷載強度偏低,再現性差),剪切強度指標僅能作為參考。另外,較軟弱的土即使滲透系數滿足要求,當二級荷載加上時會發生土樣擠入透水石與剪切盒之間縫隙的情況而無法剪切。雖然直接剪切試驗方便簡單,但其對粉土、粉質黏土及較軟弱的土強度指標可信度不足,因此對粉土、粉質黏土及較軟弱的土用直接剪切試驗時,應注意要明確加荷條件,控制剪切速率,對土質松軟的土樣,要分次輕輕施加垂直壓力,以防土樣擠出。在資料整理時應按最小二乘法或作圖法求出c,,避免隨意連線或無依據地給出參數。

3、其他一些共性問題

現在很多土工實驗室都存在一些共性問題,那就是人員素質的不一,試驗儀器的老化,以及缺少對試驗工作的校對審核審定制度、對工作質量的評定及驗收制度等等。

4、提高土工試驗成果的措施

1)建立健全各項土工試驗規章制度,規范各項試驗的基本操作過程。對試驗儀器進行定期的保養及檢測,并且做到經常性及定期檢查。對報廢不符合標準的儀器,應及時更新,對影響試驗質量的儀器應及時整修。

2)經常組織試驗人員學習國標和有關規范規程,要求人員對所做出的試驗數據能有正確的判斷,對出現偏差及異常的數據,能找出原因并且重新更正。有機會參加些技術交流和技術講座等活動,以提高試驗人員的技術業務水平。

3)聘任具有較高文化及業務水平、富有專業實際經驗的技術骨干把關,指導試驗工作,并檢查督促試驗人員嚴格遵守國標及規程,解決工作中的疑難問題,直至審核審定試驗成果報告。4)嚴禁未經專業培訓、無上崗證書及專業技術職稱的人員(特別是用臨時工)參加試驗操作。

5、結語

土工試驗是巖土工程勘察工作的重要組成部分,它是進行土類定名和劃分土層的重要依據,同時也可為工程設計和施工提供有效的測試結果。而測試結果的準確程度與否直接影響著工程質量和使用安全。因此對試驗本身應當高度重視,才能把各種質量隱患消除,保證測試成果的最終質量,為工程設計提供最準確的數據。

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