土工试验问题的探讨

罗玉秋

摘要:土工试验是解决土工问题的一个工作环节。试验计划进行过程中,要调整能减少意义不大的试验,增加能加深认识土的性质和提高成果的试验。本文主要探讨了土工试验中的几个关键问题。

关键词:土工试验;勘探取样;数据

1 土工试验数据采集与处理系统自动化概况

土工试验数据采集与处理的自动化是随着电子计算机的推广采用而产生的,20世纪70年代末,随着我国改革开放政策的实施,一些土工科研单位开始了这一新技术的探索和研究,到了1980年建设部投资十余万元在北京市勘察院进行试点工作,1982年与地矿部地球物理研究所使用研制出“GSX-1型工程地质试验数据处理系统”,初步形成了我国自己的土工试验数据采集和处理系统模式,由于多种原因而没有正式推广使用。

20世纪80年代中后期以来,土工试验数据采集和处理自动化得到了较大的发展和普及,具代表性的有:北京空军工程设计研究局研制的“KTG固结试验检测处理系统”;南京土壤仪器厂等研制的“JWJ土工试验微机数据采集和处理系统”。把数据采集、数据处理,绘制曲线,打印成果熔为一体,同时还增加了直剪试验、三轴试验的数据采集及处理功能,完成了系统与微机的通讯,实现了分散采集,集中处理的多重功能。目前已批量生产,已在全国100多个试验室使用。

2 土工试验与设计、勘探的关系

土工试验是解决土工问题的一个工作环节,它与勘探取样、设计、施工都有关系,尤其与设计关系比较密切。因此,制订好符合设计要求而且能反映实际情况的试验规划和对成果作出合理评价,首先要加强土工试验与设计、勘探之间的联系。

目前流行的解决土工问题的步骤是:设计人员接受土工任务后,向勘探和试验单位下达勘探取样和试验任务。钻探取样人员往往按照勘测规范的一般要求进行勘探和取样,然后把了解到的情况写成报告连同土样送交试验室。虽然他们对土层的变化了解颇深,但由于对工程情况知道得不多,因此,容易忽略其中很薄的,但对该工程却颇为重要的土层。

在制订试验计划之前,设计和试验人员很少与勘探人员一起参加部分野外鉴别工作,试验计划不是三方共同制订,而是往往由设计单位提出比较原则的要求,试验人员则按照《试验规程》来完成试验任务的。于是,不论是哪个工程,碰到的土是否具有特殊性质,或是否要求进行特种试验,而勘探取样、试验项目和方法都基本相同,试验重点也不太明确。在试验过程中,设计人员不是经常到试验室去了解试验方法是否与所采用的设计计算方法相协调或试验细节是否需要改造,他们主要从勘探报告中了解地层情况,从试验报告中选择土性质指标作为设计依据,建立在这样基础上的设计,难免出差错。

3 击实试验

压实质量的好坏体现在土击实后的最大干密度和最佳含水量上。击实试验是确定土力学性能的重要试验之一。

3.1 根据《规程》和《标准》给出的击实操作方法,在实际操作时发现:粘性土和部分的粉土可以击实成型,而粗粒土则较难击实成型。尽管。有些文献对低含水量细粒土的成型方法以及影响粗粒土的击实因素进行了探讨,但没有给出操作的过程,而且由于不是《规程》和《标准》的规定,还不能在具体试验中运用。

3.2 击实试验的余土高度应小于6mm,否则应补做试验。实验操作中发现,在最佳含水量前所用试样重量随含水量增加,最佳含水量后试样重量随含水量减少,接近最佳含水量时试样重量按《规程》和《标准》要求称量才能满足要求,否则每一含水量击实余土高度不是大于6mm,就是低于筒顶高度。因此《规程》和《标准》的要求非常严格,操作中有时难以实现。

3.3 根据《规程》和《标准》方法绘制击实曲线时,一方面曲线线形差异大,另一方面根据击实曲线获取最大干密度和最佳含水率的误差较大,特别是击实曲线不能给出峰值时,补做试验量较大。

4 土性质指标的选用

根据众多土料的试验成果,为某地或料场选择土性质的指标值,应先详细了解土层的变化情况和采取土样的代表性、取样方法以及试验规划的合理性,明确哪几层土或几种土对工程是关键的土层;然后,以最有代表性的土料的指标为主体,参考其它土样的试验结果,选择出供设计用的指标值,且指标值中应留有一定的安全余地。由于试验成果的可靠性取决于测试数次,经过统计分析后,往往发现指标的平均值与最大值、最小值相差较大,或发现各种保证率下的指标值也相差不少。面对这些数据仍难选择可以反映实际情况的指标值,而不得不选择偏于保守的指标值时,即使是按照上述要求确定了土的指标值,也仍具有一定的不可靠性。因此,应在施工过程中通过现场监测进行验证,必要时需修改设计。

5 开展土工试验方法的进一步研究

我国土工试验工作者在长期的工作实践中进行过大量实验研究工作。其成果是有目共睹的:但就目前我国土工试验的现状看,仍有些问题值得进一步研究,大体上可分为两类:

5.1 围绕着现行的土工试验规范、标准等,结合各自工作中遇到的新情况、新问题,开展研究和技术总结。如三轴试验中一个试样多级加菏剪切法的适用范围,陕速固结试验等一些半经验法的适用性等等。

5.2 开展土工试验等新方法,新问题的研究,如室内袖珍贯入仪试验的研究与应用;非饱和土力学性质的试验研究;黄土、软土、盐渍土等特殊土类试验方法的进一步研究等等,这些成果的取得将会丰富土工试验方法,解决一些新的土工问题,提高土工试验的技术水平。

5.3 加强土工试验的技术管理和行业管理

近年来,随着市场经济的不断深化,一些单位逐渐演化了土工试验的技术管理,土工试验的行业管理也出现了一些混乱局面,主要表现在:一些单位放弃了土工试验技术负责人和审核制度,实行包产到人、包产到组的承包方式,只管进度和效益,币管试验质量,从开土到提交成果报告由1～2人负责,没有一套有效的技术管理程序来保证试验质量。

6 土的相对密度、密度、含水量实验

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,同一地区同一类型的土的相对密度基本相同,通常可按经验数值选用,值得注意的是当土中含有有机质时,土的相对密度可降到2.4以下,此时应改用中性液体,如煤油、汽油甲苯和二甲苯,并采用抽气法排气。土的含水量,则是三个指标中最不稳定的,不同的土,含水量就可能不一样;而且由于各种因素,如土层的不均匀、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等,均会影响成果的准确度。在这些影响因素中,有的属于土样客观存在,有的属于人为造成,无论属于哪种,都需要实验人员结合实际情况,克服不利因素,测出土的比较准确的含水量。土的密度指标,虽然也是一个变化的值,不同的土样重度值不同,但对于某-个土样来说,它的值较稳定和比较容易测准的,土的这三个指标是基础,土的其它指标也将通过换算计算出来,计算出来的指标,有时会出现和实际明显不符的情况,如饱和度超过100等,这就说明,原始三个指标的测定有问题,而大多数情况下,问题出在含水量和相对密度的测定上,需要对这两个指标作进一步的确定,以保证这两项指标试验值的准确,从而提高其它指标的准确度。