浅析室内土工试验方法存的问题和解决方法

摘要：为保证土工试验的结果更加可靠和精确，将土工试验中较为常见的强度试验测试问题进行归类总结，以期为工程的设计提供更优良的服务。

关键词： 土工试验 直接剪切 无侧限抗压强度 三轴压缩

Abstract: In order to ensure the soil test results are more reliable and accurate, will be more common in the soil test strength test test classified summary of the engineering design in order to provide better service.

Keywords: soil test, direct shear, unconfined compressive strength, triaxial compression

中图分类号：TU411文献标识码： A 文章编号：

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。

一、直接剪切

直剪试验是最直接的测定抗剪强度的方法，仪器结构简单、操作方便。直接剪切仪可分为应变控制式和应力控制式两种，目前我国采用较多的是应变控制式直剪仪。试验原理根据库伦(Coulomb)定律,公式表示为:τ=c+σtanφ。土的内摩擦角与剪切面上的法向力成正比。将土制备成几个土样,分别在不同的法向应力下,沿固定的剪切面直接施加水平剪切力进行剪切,得破坏剪应力,即抗剪强度τ,然后,确定土的抗剪强度指标c、φ值。

受应力条件、排水条件、仪器结构的影响，直接剪切试验存在以下缺点：一是土体破坏都是沿着土体最薄弱的部分进行破坏，但是室内直剪试验破坏面是剪切盒上下面之间的固定平面，与实际情况并不相符。二是《土工试验方法》中规定，直剪试验主要用于慢剪，并适应于细料土，且国外规范中仅用于慢剪。对于固结快剪、快剪误差都比较大。试验过程中不可能实现完全意义上的不排水剪，所以快剪仅适应于渗透系数很小的细粒土。三是施加荷载时，要轻轻地逐级增加，尽量减少振动和冲击对试样的影响。四是试验结果受剪切速率的影响很大，不同的人员进行剪切，结果也会有不同，所以试验过程中最好由同一人员操作，以便较好地控制剪切速率。直接剪切试验具有简便、易操作等优点，故为一般工程广泛采用。

二、无侧限抗压强度

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。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，《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：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。因此，野外取样、运输过程及室内制样时尽量避免土样受扰动，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。现场取样必须及时密封样品，制样及试验时防止试样水分蒸发。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。

三、三轴压缩

三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法，它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σ1-σ3），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。三轴压缩试验的结果直接影响岩土工程勘察的质量，试验过程中最好能提供孔隙水压力资料，利用有效应力原理，得出抗剪强度。在试样制备时，要尽量减少对原状土的扰动，制作试样时，要特别重视孔隙水压力的排气环节，全面检查孔隙水压力测量系统有无积气。影响试验精度的主要因素有：孔隙水压力测量的误差，轴应变误差、体积变化误差、量力环误差、传感器精度等，均对试验结果有一定的影响，试验过程中要引起注意。一般来说，三轴试验的结果还是比较可靠的。三轴压缩试验的主要缺点是试验操作比较复杂，对试验人员的操作技术要求比较高。另外，常规三轴试验中的试样所受的力是轴对称的，与工程实际中土体的受力情况不太相符，要满足土样在三向应力条件下进行剪切试验，就必须采用更为复杂的真三轴仪进行试验。

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