土工试验误差产生的原因研究

摘要：室内土工试验是是野外实地勘查的延续，是岩土地质实地勘查的重要内容，室内土木试验结果的准确性直接影响勘查结果的准确性和可靠性，在工程设计时应综合野外实地勘探结果以及室内土工试验结果综合对土样进行定量、定性分析以及评价，进而确保工程设计的准确性。然而由于土体本身的特性、试验仪器、试验方法以及操作等人为因素的影响，都会导致试验结果出现一定误差，降低了工程设计的准确性，也会影响后期工程施工的稳定性以及安全性。本文主要从土质本身的特殊性、现场土体取样的不规范、试验存在的缺陷以及操作方法等几个方面具体分析土木试验产生误差的原因，并总结了几点心得体会，希望为减少土木试验误差，提高工程设计准确性提供一定的参考依据。

关键词：土工试验；工程设计；实地勘查；误差；原因分析

随着工程建设行业的快速发展，人们对工程设计的要求越来越高，在工程设计之前，应深入施工现场进行实地勘查，收集可能影响工程施工的所有相关信息，其中地质环境的土质是影响工程施工的重要因素，因此设计前均会对施工现场土质进行严格测试。室内土木试验是野外实地勘查的延续，对土体的密度、比重、抗剪强度、含水率、土体的颗粒以及土体固结等指标进行定性、定量分析，为工程设计提供真实、合理、可靠的工程试验数据，确保工程设计的准确性。然而由于土是自然界的产物，具有复杂性及多样性的特性，且容易受到人为因素、化学因素、物理因素等影响，导致试验结果出现误差，由于土木工程的重要性及特殊性，我们应不断分析、总结试验误差原因，不断完善并改进试验，将误差降至最低。

1.土质本身的特殊性导致试验误差

土是由各种不同大小的土粒组成，土的性质会随土粒粒径的粗细变化而变化，因此即使是同一个施工场地，土质也会有所差异，只有通过土木试验分析所得的具体结果进行进一步分析。不同土体的形成原因、物理性质、组成结构以及力学性质等方面都不尽相同，因此土体的特征也会有所不同，因此土体性质比较复杂，极易造成误差。比如在某项实际工程的岩土实地勘查取得的土体样本，试验人员根据实地勘查人员对土质环境的描述，将土样初步鉴别为可塑状态。然而经过室内试验监测，土样具有较高的含水率，明显很难达到液限状态，试验结果直接否定了直观判断。经具体的试验数据分析可得，土样与絮状以及蜂窝状结构土的性质相似，由于长期的压密作用加强了土粒之间的联结强度，因此从直观上观察，土样为可塑状态。但是土粒的孔隙较大，孔隙中存在少量空气，基本被水填充，土粒之间的联结性主要由各接触点的表面力来维持，一旦有遭受到外力冲击，各接触点的结构会受到破坏甚至完全脱离。这种性质的土体含水率较大，说明土体的自由水含量较高，土体开始呈现流塑或软塑状态而不是可塑状态，试验结果表示该土体透水性大、抗剪强度差、土质松软、固结性差、压缩性强。

2.现场取样缺乏规范性导致试验误差

由于取样不规范导致的试验误差主要是由于现场工程技术人员粗心大意或者钻机人员操作不规范所致。比如某实际工程的地质实地勘查中，土样的取土深度范围为4-5m，根据现场技术人员对实地土样的描述应为粉土，经室内土木试验分析，土样的液限指数（Wl）：27.2，塑性指数（Ip）：11.3，塑限指数（Wp）：15.6，土质条件应为粉质粘土。对土样选取的剖面图进行进一步深入分析，地层结构具有多变性，该处土体颗粒松散且粗，在提钻时会自行脱落，技术人员观察到的是脱落在取土器下方的土样，呈现粘土性质，但这仅仅是土样的一小部分，进而导致误差。因此在进行现场取样时，应尽量避免在地层变化较处采集土样，且应仔细选取能够代表大部分土体性质的土样，尽可能减少误差。

3.试验本身的缺陷导致试验误差

现阶段，土木试验中常常采用碟式仪法以及圆锥依法测定土样的液塑限值，其中圆锥依法的使用已有几十年历史，实验室将液限标准定为土体下沉10mm，但其准确性较差。圆锥依法准确性较差的原因主要表现为以下几点：①圆锥依法主要利用圆锥尖处以上的环形线确定入土深度，因此试验技术人员在进行土体实验时，观察的视线与圆锥仪的环行线持平才可以准确测定界限含水量，一旦角度发生偏差，便会影响实验结果。②在进行土样的含水率调制试验时，主要凭借技术人员主观的手感为衡量标准，缺乏科学性和可靠性，极易造成误差。尤其是在进行粉土液限的测定时，锥尖慢慢插入土体后，其周围土体会随之凹陷，其水平面相对起算平面较低，而锥尖位置较远的土体平面相对起算平面较高，进而造成较大误差。利用碟式仪法进行液限测定时也会由于各种原因导致试验误差，主要是由于碟式仪法需要保持2r/s的速度，技术人员并不能准确拿捏，在试样振动的过程中，必须保证土样均匀受力，保证低槽两边土样的合拢度，一般情况下合拢长度的接触面为13mm的条件下，低槽两边土样才会均匀合拢，测得准确的结果。但是实际试验过程中，很多试验技术人员并不能准确把握振动状态下的合拢度，产生的误差较大。其次在整理试验结果绘制含水率的曲线图时，整理步骤较繁琐，且含水率曲线上25击次含水率需反复试验才能取得整数，容易产生误差。其次还有一种搓条法塑限试验测定法，该种测定法的塑限含水率主要方法是将土条揉搓成直径为4mm左右，会产生裂缝会有断裂趋势，该种状态下的含水率即为塑限含水率。该种测定法的误差主要体现为不同的人使用力度，裂缝产生以及开始断裂时的土体直径也会有很大差异，受到人为主观因素的影响较大。

4.操作方法不规范导致试验误差

同一种试验方法如果操作不规范对土方试验的结果会造成较大误差，比如目前实验室均采用固结仪加压系统进行土体的固结试验，加压方式包括加压砝码荷载、气压式以及液压式等，其中大多数生产单位较为常用的是加压砝码荷载的加荷设备，气压式以及液压式主要用于高精度、高压力的压力设备。然而随着工程建设的不断发展，建筑物以及施工设备都朝着高荷方向发展，砝码加荷方式的弊端与不足之处日益明显，主要是由于砝码的自重大，且数量较多，在高荷压力下，不管是杠杆、叉车等简单机械或人工协助都不可能在瞬间完全垂直完成，会产生撞击或振动造成误差。

5.经验总结

①建筑物沉降的主要原因是由于土体具有较大的压缩性，一般絮凝状或蜂窝状结构土体的压缩性较大，这些土体的颗粒孔隙较大，在外界压力下会缩小形成较大的压缩性。絮凝状结构的孔隙较明显，且不稳定，在遇水或一定扰动作用下，容易变形，强度会更低，蜂窝状结构土体的孔隙中会存在空气以及大量水，在外界荷载压力下，或在其上层覆盖土层会导致变形。因此不能将这两种土体作为自然地基。②液限值的圆锥仪测定法由于下沉10mm深度的测定结果存在较大偏差，应按照国际通用液限标准适当提高下沉深度17mm，同时应将以往规定的下沉时间（15s）调整至5s。为能够真实、合理的反应土体的物理状态，试验技术人员应不断实践总结，掌握误差产生的原因并不断改进。③在应用加压砝码荷载形式进行土体固结试验时，为尽量减少土体重量增加，很难在瞬间垂直完成加码导致出现钟摆现象，应把握好在各级压力荷载下的加荷节奏以及时间，经大量实验总结，在每块砝码的加压时间应控制在6s左右，每级荷载加压的节奏时间应掌握在1-12s左右。

总而言之，由于土体自身的特殊性、现场土体取样的不规范、试验存在的缺陷以及操作方法等客观因素以及人为因素影响导致试验结果出现误差，试验误差无可避免，但可以通过改进试验方法，规范试验操作等人为控制尽量减少误差。土方试验的各项内容都是为工程的经济性及安全，因此应不断分析、总结试验误差产生原因以及改进办法，提高试验结果的准确、可靠性，提高工程施工的经济效益以及安全性。

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