土工试验中的问题及数据处理

□王新民 □林军亮（河南省白龟山水库管理局）

一、土工试验

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，因此要制定好符合设计要求且能反映实际情况的试验规划，对成果作出合理评价。

二、土工试验成果综合分析

土的颗粒大小和矿物成分差别很大，土的三相间的数量比例不尽相同，且土粒与其周围的水分又发生复杂的物理化学作用，因此，造成了其物理性质的复杂性；那么，通过室内试验测出土的性质，就存在是否准确的问题，要对各项指标作出分析判断确定结果。

三、土的相对密度、密度、含水量试验

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，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。土的密度指标，也是一个变化的值，不同的土样密度值不同，但对于某一个土样来说，它的值较稳定和较容易测准的。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，有时会出现和实际不符的情况，如饱和度超过100%等，这就说明，原始指标的测定有问题，大多数情况下，问题出在含水量和相对密度的测定上，需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。

四、土的液限与塑限

液塑限的测定，存在不少问题，取样规定土要过0.5mm的筛，才能进行试验。在操作中，一些土用眼观察含有较多砂粒，一旦过0.5mm筛后做试验，测出的土塑性指数可能很大，不能反映土的实际情况，因此，对于这种土最好采用筛分法确定砂粒含量，如果砂粒含量已达确定该土为砂土的标准，那么就不必再做液、塑限试验，反之可进行相应的液、塑限试验确定土的名称。

五、土的压缩试验

测定土的压缩性，除一些特殊工程要在现场做测试外，多数试验是在室内进行的，影响成果准确度的因素也很多，如：在开土取土的过程中，感到土是较软的或测出的液性指数较低，测出的压缩系数小，这说明该操作有误或记录有误，要检查各环节，找不出原因要重新取土测试。

六、土的抗剪强度试验

该试验方法有多种，在试验室内常用的有直接剪切试验、三轴压缩试验和无测限抗压试验，在现场原位测试的有十字板剪切试验、大型直接剪切试验等。相对来说，室内试验的规律性，要比现场原位测试好得多，虽然如此，室内试验测出的结果，有时和理论上的数据存在很大的差距。因此，判断试验结果是否准确，要考虑多方面客观因素，结合实际分析，以便对土的受力情况有一个正确的判断，土是不均匀的，密度、含水量是影响抗剪强度的重要因素。因而测定试验前的密度、含水量可以了解试样的均匀性，按其变化规律，来判断试验成果的正确性。剪切试验方法及其指标的具体选用，应结合工程实际，考虑工程土体的透水性、含水率、受荷情况、应力分布及透水条件等因素，尽可能地选择与其固结排水条件相一致的剪切试验方法及其强度指标进行试验，才能保证数据既真实可靠又经济合理。

七、土工试验数据的整理

（一）数据整理

数据分析和整理可采用多次测定值的算术平均值，并计算出相应的标准差和变异系数，以反映实际测定值对算术平均值的变化程度，从而判别其采用算术平均值时的可靠性。对于主要计算指标的成果整理，如果测定的组数较多，此时指标的最佳值接近于实测值的算术平均值，仍可按一般特性指标的方法确定其设计计算值，但通常由于试验的数据较少，考虑到测定误差、土体本身不均匀性和施工质量的影响等，对初步设计和次要建筑物宜采用标准差平均值。一个标准差的绝对值，对不同应力条件下测得的某种指标，应经过综合整理求取，在有些情况下，尚需求出不同土体单元综合使用时的计算指标，这种综合性的土性指标，一般采用图解法或最小二乘方分析法确定。

（二）数据的校核

1.数据误差的原因和避免措施

可以从野外取样和室内试验两个方面，对土的试验指标与土的真实物性指标产生偏差的原因进行分析：

取样时对土样冲击次数多。有时取样器里的土样由于受到次数过多的冲击，人为无意的对土样冲击作用，使土样相当于受到一定的压力，水分从孔隙中被挤出，因而土样变硬，密度ρ变大，自然试验得出的结果是压缩系数a变小、压缩模量Es增大、孔隙比e变小等，而承载力又是根据这些数据确定的，由此试验结果所确定的承载力就会比实际土层的承载力大。

取出的土样为扰动土。取样时，孔内没清除残壁土或已经为扰动土样，仍误作原状土取出送至试验室，对该土样进行试验将得出压缩系数增大，压缩模量变小等，这样的试验数据不是原状土的各项指标，不能应用；为此要求野外技术人员认真取样，仔细清孔，室内试验人员要善于识别，对于已经扰动的土样只提供含水量、土名，除非是扰动样的试验。

取样位置与实际不符。有的工作人员不按规范要求取样，使土样没有真实代表性，比如：应在20m取的样，实际却在15m处取样，导致所测的物性指标失去真实性和代表性，这样的土样不能应用。

野外土样保管工作不好。野外取的土样保管处理不善，以至不良因素的影响，改变了其原状，直接影响着试验数据的真实性。

试验前的准备工作。应先拟定土工试验计划，且在试验前不应开启土样，试验前如需进行土样鉴别和分类必须开启时，则在检验后，应迅速妥善封好贮藏，尽量使土样少受扰动，以免影响试验结果真实性。

开土要按规范严格操作。开土时要小心开启原状土样包装皮，辨别土样上下和层次，整平土样两端，无特殊要求时，切土方向与天然层垂直，取样时应取整个样的最有代表性部分；同时含水量试验样应取贴进环刀部分，并且取样速度要快、以避免水分的散失，否则样品水分的散失将导致含水量w、孔隙比e、液性指数IL变小的试验结果，使地基承载力变大。

仪器、视觉、绘图的误差。同一指标、使用不同的仪器试验，其数值也会有所差别，如固结试验，同一密度的土样在不同的固结仪上进行试验，所得的数据会略有不同，从而所得压缩系数a、压缩模量Es也略有差别，人的视觉也会产生观察误差；同一数值，不同人读数，数值也可能为不同，液塑限的试验是采用联合测定法试验，通过作图求得液限、塑限的值；同一数值不同人在图上画得直线，其求得的液、塑限值也可能有差别；这三种误差虽不大，但为了确保试验的精确度，最好同一项试验由一人做，一人读、另一人过后再校核。

2.数据成果的校核

土工试验成果应在各项试验成果之间进行校核，因为土的性质指标之间至少是有定性关系的，如土的颗粒组成与液、塑、缩限，液限与渗透系数，渗透系数与固结系数，颗粒组成、密度与强度、压缩性之间的关系等，一般说来，某一土样的各种指标之间，应该符合一定规律，一旦发现异常，就应先检查单项试验是否有错，这往往是发现试验和计算错误的简捷方法，但有的时候，所谓异常情况恰好是土的特殊性质。所以，对于异常性质的土要了解深入一步，也是很有意义的研究，通过这些校核，可以帮助我们进一步认识试验所得到的数据的可靠性和适用性，以解决土工试验数据的多变性、复杂性和不确定性问题。