土工试验浅析

摘 要：本文简要阐述了土工试验在岩土工程设计和施工中的重要性，分析总结了土工试验中含水率、密度、固结等试验的常见问题以及各指标间的相关性。

关键词：土工试验；重要性；含水率试验；密度试验；固结试验；常见问题；相关性

中图分类号：U655.56文献标识码：A

土工试验的重要性

土工试验作为一门土的试验技术在岩土工程理论研究和实践中的作用和地位是不容忽视的。土工试验是岩土工程勘察的重要组成部分，是野外勘察工作的持续，在工程设计和施工中有着非常重要的意义。土工试验可提供土的物理力学性质指标，不仅供设计计算时使用，各种土力学理论的创立和发展都基于土工试验的成果，它的结果更是对工程的勘察效果产生巨大影响。在解决各类岩土工程实际问题中，必须把野外勘探与室内土工试验有机地结合起来，才能准确完成土样的定性、定量分析与评价，提供准确的土体参数，进而可以从根本上保证岩土工程设计的精确性、代表性和经济合理性，最终为建设单位提交合格的勘察成果。

土工试验中的常见问题

由于土自身的不均匀性，取样和运输过程中的扰动，试验仪器设备、试验人员以及试验方法的差异等诸多影响因素会导致土工试验数据失真，所以在试验过程中，出现问题必须及时采取合理的措施进行解决。

含水率试验

含水率是最不稳定的，不同的土有不同的含水率，而且由于各种因素，如土层的不均匀，取土不标准，野外取样不规范，土样在运输及存放期间保护不当等，都会影响成果的准确度。所以要求野外人员取样、运输、保管样品规范化。在室内含水率试验过程中，若操作不当也会导致试验结果偏差。

常见问题及解决办法，总结为以下五个方面：（1）铝盒要干燥、清洁，铝盒质量要定期标定。（2）取样的代表性及均匀性。不同的土，取样量应严格按照规范，不宜过多或过少，样品过少不具有代表性，过多以免烘干的不够充分。原状样取含水率样时，应取靠近环刀且靠近原状样中间的部分。（3）称量要及时准确。取好样后，盖好盒盖，并且尽快称量（准确至0.01ｇ），避免水分的散失对试验结果造成影响。（4）根据规范标准的要求，选择正确的烘干温度和烘干时间。对于有机质含量超过5%的土、含石膏和硫酸盐的土，要选择一个特殊烘干温度，即65～70oＣ。（5）进行平行试验。依据规范要求应进行平行试验，去除离散较大的值后取平均值。

密度试验

土的密度试验过程中，制样是关键。首先应确保环刀、削土刀符合试验要求。环刀使用时间长了之后，容易出现变形，质量损失，所以应定期对环刀的质量、体积进行标定。切土刀刃口经长期使用会磨损呈凹形，就会造成测得的密度偏大、孔隙比偏小、饱和度偏大等情况。因此除了提高试验人员的业务水平外，还应及时更换新的环刀、削土刀，这是密度试验的基本前提。其次是削样操作要规范，以减少削样过程中对原状土样的扰动。操作要点：（1）在环刀办壁涂一层薄薄的凡士林，以减少环刀与土样间的摩擦；（2）环刀应垂直下压，并边削边下压，避免环刀倾斜下压，使土样一侧相对压实，而另一侧土样与环刀之间出现缝隙；（3）在对土样顶端进行修平时，应将环刀样置于玻璃板上，一方面保证土样接触面的平整，另一方面减少土样水分的散失。最后，进行平行试验。土样削好之后，应及时准确称量并记录，计算土的密度，两次平行测定的结果的差值不得大于0.03ｇ/ｃｍ3，取两次测得值的平均值作为土的密度。

土体固结试验

土的固结试验，是通过测定土体在各级垂直荷载作用下的变形来测定土的压缩模量和压缩系数的手段。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。首先，制样很关键，这是固结试验成功的前提（具体操作在密度试验中已阐述）。制样若是出现了错误，那一切后续试验的准确性根本无从说起。第二，所有的仪器设备都要定期检定，并做好维护保养、期间核查、仪器比对等工作，确保仪器设备满足试验要求。第三，滤纸及透水石的湿度应接近试样的天然湿度。若太湿或太干，会导致土样吸水或失水，都会引起土样结构的变化，进而导致固结试验结果失真。 第四，严格按照规范要求安装试样。土样上、下两面必须紧密接触上、下带有滤纸的透水石。第五，百分表的安装与归零调整。百分表的安装位置应准确到位，即表头应处于变形传感器的中央，使得表头、变形传感器、荷载作用点于垂直一线上。百分表调整归零时，应保证百分表有足够的量程，以避免遇到高压缩性土时因百分表的量程小于土的变形而导致的试验结果误差。第六，遵循判稳标准。施加每级荷载后，每小时变形达0.01mm时即判定变形稳定，即可施加下一级荷载。若每小时的变形大于0.01mm即判定为变形不稳定，则需要继续读数直至稳定才能进行下一步的试验。

综合分析土工试验各指标之间的相关性

土的各项指标都是紧密相关的，当试验成果出来以后，应对各项试验指标进行综合分析。试验成果综合分析时，正确的试验结果，各项指标之间应彼此协调一致，否则会出现反常的现象。因此，通过分析对照各项试验指标之间的相互性，可以从中发现问题，避免提出错误数据。

3.1含水率、密度、土粒比重与干密度、孔隙比、孔隙度、饱和度之间的相关性

含水率、密度与土粒比重是土最基本的物理性质，不仅能表明土的密实程度和含水状态，反映土的物质组成和结构特征，还能通过含水率、密度与土粒比重换算出土的干密度、孔隙比、孔隙度、饱和度等指标，它们的变化，还将使土的一系列力学性质随之而异。

干密度与含水率成反比，与密度成正比。孔隙比、孔隙度与比重、含水率成正比，与密度成反比。饱和度与密度成正比，与含水率成反比。从理论上说，饱和度达到最大值时应为 100%，但在实际试验中，因各方面的误差，可能会出现超过100%的现象，当超过 100% 时就应检查含水率及密度两指标测定结果是否有问题。

3.2土的压缩性与孔隙比的相关性

土的压缩性具体表现为压缩系数和压缩模量两个指标，它与孔隙比有着非常直接的关系。孔隙比大压缩性较大，即压缩系数大，压缩模量小; 孔隙比小时，压缩性较小，即压缩系数小，压缩模量大。孔隙比是通过含水率、密度与土粒比重换算出来的，所以土的压缩性和含水率、密度、土粒比重也是紧密相关的。

结语

应当高度重视土工试验，不断完善试验室的管理体制，努力提高试验人员的业务水平，更进一步提高土工试验成果报告水平，使土工试验成果报告能够科学、公正、准确、高效，为工程设计提供最准确的数据。

首先，采用最新的国家、行业产品检验方法，关注行业内的新动态，及时更换土工试验的技术标准、规范。严格按照有关规范规定进行试验操作。不按国标及有关规范规定进行试验操作，试验成果的准确性就无从谈起，因此应尽量杜绝违反规范的做法。

第二，仪器设备要定期检定，并做好维护保养、期间核查、仪器比对等工作，确保仪器设备满足试验要求。对于不合格的仪器设备应及时维修或予以停用淘汰，绝不能因为仪器设备的问题影响试验结果的准确性。

第三，加强试验室人员管理。建立健全试验室质量管理体系，做好各项质量工作，确保各项试验工作可溯源。还应建立健全系统的培训制度和继续教育制度，加强土工试验人员的专业培训和继续教育，通过系统的培训和教育，使土工试验人员深入地、系统地掌握专业知识，了解土工试验的任务和性质，掌握各项试验操作，提高解决试验问题的能力，得到准确的真实的试验数据。

参考文献:

[1]中华人民共和国国家标准，GB/T 50123-1999，土工试验方法标准[s].

[2]中华人民共和国行业标准，JTG E40-2007，公路土工试验规程[s].

[3]中华人民共和国国家，GB/T 50021-2001，岩土工程勘察规范(2009年版)[s].

[4]陈希哲，土力学地基基础。