土工试验技术现状与发展趋势

胡 晨

(山西省地质矿产勘查开发局二一一地质队，山西 忻州 034000)

土工试验技术现状与发展趋势

胡 晨

(山西省地质矿产勘查开发局二一一地质队，山西 忻州 034000)

介绍了土工试验技术包含的主要内容及其试验类型，从土工试验仪器、设备、自动化系统及试验方法标准等方面着手，探讨了当前土工试验技术的现状，并对土工试验技术的未来发展趋势进行了展望，推动了岩土工程理论的研究发展。

土工试验，试验仪器，自动化系统，试验方法

就土工试验技术而言，其主要包括试验仪器、设备以及方法、标准等内容，就试验内容而言，包括土的物理性质、力学性质、化学性质等试验类型。具体而言，物理性质试验还可分为含水率、土粒、颗粒分析、界限含水率、砂相对密度、密度等试验类型；而力学性质试验可分为击实、回弹模量、固结、三轴压缩、承载比、渗透、黄土湿陷、自由膨胀率、收缩、冻结温度等试验；化学性质试验分为酸碱度、石膏、易溶盐碳酸钙、有机质、离心含水当量等试验类型。土的化学试验主要包括如下：易溶盐总量及相关离子组成、中溶盐石膏、难溶盐碳酸钙、酸碱度及有机质等试验类型，这些都是土中化学性质比较活跃的物质，会对岩土工程中土的工程性质产生较为显著的影响。在工程实践中，必须结合具体情况、规范要求等，来选取所需试验项目。

1 土工试验仪器与自动化系统

1.1 物理试验仪器

土工物理性质试验，指的是对土的含水量、密度、比重三大基本指标，以及颗粒、液限塑限等进行分析的过程，此类试验不仅工作量大，而且面广，耗时、耗力，若改进仪器设备将会收到显著的效益，并获取极具价值的试验资料。1)电子天平。这是物理性质试验中利用频率最高的设备之一，就使用种类而言，感量包括1 g，0.1 g，0.01 g，0.001 g，分别对颗粒、击实、含水量、重度、液塑限等进行分析和试验。2)颗粒分析仪。就粒径超过0.075 mm的颗粒而言，通常需要通过系列标准筛进行分析，筛时多采用的是振筛机，就粒径小于0.075 mm的颗粒而言，则需要借助于悬液沉降分析方法，就多数单位而言，所采用的是密度计法，当然，也有部分采用的是移液管法。3)液塑限试验仪。就多数单位而言，当前所采用的多为圆锥仪、搓条等方法，来对液限塑限进行确定，但是，对于铁路、公路、水电等很多部门而言，已开始全面推广和应用液塑限测试仪，该仪器解决了人为因素的影响，提高了测定结果的精确度。

1.2 力学试验仪器

1)固结试验仪。近几年，固结试验仪的种类、规格开始朝着系列、多功能等格局转变，主要包括如下类型：一是砝码杠杆式仪，这已经成为最传统的固结试验仪器，但也实现了系列化。就施加压力程度而言，低压固结仪能够对50 cm2的面积加压到400 kPa，中压、高压固结仪分别可达到800 kPa，1 600 kPa～2 000 kPa。就30 cm2的面积而言，中压固结试验仪能够加压到1 600 kPa，高压固结试验仪则能够加至3 200 kPa～4 000 kPa，并适用于进行高压回弹试验。这种固结仪具有直观、稳定性能佳、精确度高等优势，但由于自动化水平不高、劳动强度较大，砝码过程中的振动会影响结果等问题，因而应用越来越少；二是气压式固结仪。就单联、四联低压式固结测试仪，可加至600 kPa，而单联、双联高压式固结测试仪可加到2 000 kPa。该试验仪器采用高压气体作压力源，不仅加荷过程方便，而且操作简便，减弱了劳动强度，提高了自动化水平，但易出现漏气、压力不稳等一系列问题。2)直剪试验仪。就土抗剪强度试验而言，主要采用如下类型：一是双速电动等应变直剪仪，其应变速度可以达到0.8 mm/min或2 mm/min，能够进行固结或快剪试验；二是三速电动等应变直剪仪，应变速度较双速而言增加了0.02 mm/min，还可以同时开展慢剪试验；三是四联等应变直剪仪，其集四台直剪仪于一体，通过变速箱转变为0.02 mm/min，0.8 mm/min，2.4 mm/min三种剪切率，能够进行慢剪、固结快剪、快剪三种试验，且具有手摇加荷装置，无须调节砝码。3)静三轴试验仪。当前，勘察时常采用三轴压缩仪，结合土类、工程等需求，分别进行不固结不排水、固结不排水、固结排水等试验。

1.3 土工数据采集及自动化处理系统

计算机等高新技术的应用，推动了土工试验数据的自动化采集与处理。该技术将数据采集、处理、曲线绘制、打印等融合于一体，并增加了三轴、直剪等试验数据采集、处理，实现了分散化采集、集中化分析和处理等多种功能。

2 土工试验方法标准

当前，国内有关土工试验方法的标准包括：《土工试验方法标准》，土工试验室执行国家、行业标准，铁路、公路、水利行业标准等，其中所规定的试验方法几乎相同，只是结合各行业特点，在细节方面进行了具体要求，或增减了试验项目。为了有效规范土工试验市场，需要进一步出台更为规范的标准。

3 土工试验技术未来发展趋势

1)试验环境日趋优化。当前土工试验标准还未对土工试验环境提出明确规范要求，但已经有很多企事业单位配备了完善的温湿调节器，实现了试验区的独立化管理，基本满足了土工试验环境要求，但仍有单位为节省开支，采用条件较差的场所进行试验，致使土样变质，难以确保土工试验结果的科学性。未来我国将出台一系列规范，土工试验环境将得到逐步优化。2)土工试验技术人员综合素质逐步提升。土工试验对于相关技术操作人员的要求很高，技术人员通常都具有正规教育，在实践过程中有专人帮带，并开展技术评比等多项活动，积累丰富经验。但依然存在部分技术人员虽文化基础高，但缺乏实际操作能力，加之缺乏吃苦精神，致使土工试验技术能力不高，随着经济发展步伐的加快，对于土工试验技术人员的要求也越来越高，不少单位开始关注技术人才引进和现有人才培训，未来我国土工试验技术人员的综合素质将逐步提高。3)行业准入及监管制度日趋完善。随着勘察市场改革的逐步深入，外业钻队逐渐实现了劳务分包，勘察资质对于土工试验单位的要求较弱，某些缺乏资质的单位也能够承揽项目。随着土工试验逐步被推向市场，我国势必将出台行业准入、监管规范，并进一步加以完善。

4 结语

作为一门土的试验技术，土工试验技术在岩土工程领域的地位和作用不容置疑。随着土工试验技术的逐步发展，其对于岩土工程理论及实践发展均将带来巨大的推动作用。

[1] 孙秀英.工程勘察中土工试验应用流程研究.科技创新导报,2013,11(12):392-393.

[2] 牟太平,张 嘎,张建民.土坡破坏过程的离心模型试验研究.清华大学学报(自然科学版),2006,46(9):1522-1525.

On civil engineering test technology and its development

Hu Chen

(No.211GeologicalBrigadeofShanxiGeologicalMiningSurveyandDevelopment,Xinzhou034000,China)

The paper introduces the main contents of the civil engineering tests and its test types, explores its status from the civil engineering testing devices, equipment, automatic system and testing standards, and has the prospect for the civil engineering test technology, so as to enhance the theoretic development of the geotechnical engineering.

civil engineering test, testing device, automatic system, testing method

2015-09-28

胡 晨(1986- )，女，助理工程师

1009-6825(2015)33-0093-02

TU411

A