美标欧标和国标关于土工试验成果分析研究

何险高 李建常 汪 凌

(江苏省地质工程勘察院，江苏 南京 221018)

1 概述

随着中国“一带一路”逐步推进，中国企业越来越多走向了国际市场，特别是基础建设行业，在欠发达国家尤为突出，很多国家自身建筑行业标准不完善，早年常为美、英殖民地，受其影响，建筑行业标准，经常应业主要求采用美标或者英标。为了匹配岩土工程设计采用的美标或英标，土工试验也必须相应采用美标或英标。

2 试验方法的差异

每种标准试验方法都有所不同，这里重点介绍液塑限测定、固结试验、剪切试验这三种方法的差异。

2.1 液塑限测定

1)美标。依据ASTM D4318-10，液限采用卡萨格兰德碟式液限仪完成，仪器为机械装置，手工摇动，自动落碟和计数，试验前经校准合格，调整好落高10 mm。采用多点法(一般4个点)，取下落击次为25击所对应的含水率作为液限；塑限采用滚搓法，把试样滚搓到直径达3.2 mm时刚好出现断裂或裂纹时的含水率作为塑限含水率，做2份为平行试验。称量容器经称量校准。试验称量至0.01 g。

2)英标。依据BSI BS EN ISO 17892-12 2004-10，液限采用圆锥仪法，液塑限联合测定仪经校准合格，试验前经过实测对比。使用80 g/30°圆锥仪，采用多点法(一般4个点)，取下沉深度为20 mm所对应的含水率作为液限；塑限采用滚搓法。称量容器经称量校准。试验称量至0.01 g。

3)国标。依据GB/T 50123—2019，液限采用圆锥仪法，液塑限联合测定仪经校准合格实验前经过实测对比，使用76 g/30°圆锥仪，取下沉深度10 mm所对应的含水率作为液限，塑限采用滚搓法，将试样滚搓成3 mm时产生裂隙并开始断裂则试样的含水率达到塑限含水率。分别取2份作为平行试验，称量容器经称量校准，精确至0.01 g。

2.2 固结试验

各标准差异较小,试验步骤相似。

都是用内径61.8 mm，高度20 mm的环刀制备试样，量程10 mm，最小分度值为0.01 mm的百分表或精确度为全量程0.2%的位移传感器。

将制备好的试样安装至容器内，施加接触压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表或传感器调整到零位或测读初读数。

荷重比LIR=1，一般荷重序列为12.5 kPa,25 kPa,50 kPa,100 kPa,200 kPa,400 kPa,800 kPa,1 600 kPa,3 200 kPa，施加每级压力24 h后测定试样高度变化作为稳定标准，按此步骤逐级加压至试验结束。

存在的差别主要有：

1)接触压力：美标是5 kPa，当5 kPa荷载会导致明显固结时，应不大于3 kPa，国标是1 kPa，英标不大于2 kPa。

2)初始荷载：美标和国标为12.5 kPa，英标要求对坚硬土对于原位土层上覆有效压力，硬土小于原位土层上覆有效压力，软土小于原位土层上覆有效压力，一般为25 kPa，很软的土为6 kPa或12 kPa，以免土挤出。

3)注意到美标固结方法分为方法A 和方法B。方法A至少读取两级荷载规定时间的轴向变形量，且至少有一级荷载是大于第一先期固结压力的。临近固结结束阶段，要读取足够的数据以验证主固结是否已完成。一般荷载持续时间为24 h，一些土可能需要超过24 h才能完成固结，此时荷载持续时间应为24 h的倍数，且在报告中注明。方法B是每级荷载均读取规定时间的轴向变形量，荷载持续时间为常数并且对于按时间平方根法或时间对数法算得的固结时间。

4)英标荷载持续时间一般为24 h，但应该通过第一级荷载的变形量数据加以验证。少部分土可能需要48 h，有些土可能不小于24 h或更短，此时可以提高加核频率。

5)美标和英标对有膨胀的土做了相应的规定。

2.3 剪切试验

各标准的试验仪器均为应变控制式直剪仪，仪器的形式和组成大致相同。试样的规格和形状有所差异。国标试样是圆形的，直径61.8，高度20；英标试样是方形的，边长60～100，高度20～25；美标试样为方形或圆形，边长或直径不小于50，高度不小于13。

试验步骤大体相同，包括试样制备、检查设备、安装试样、施加轴向荷载、固结、剪切直至剪损、停机。

标准的差异主要是固结完成的判定标准和剪切速率不同。

国标的标准是0.005 mm/h。按实测的时间变形曲线，用时间对数法求得t50,总的剪切时间t=50t50,用预估的剪损位移计算剪切速率。

英标的标准按实测时间变形曲线,用时间平方根法得到t100,总剪切时间tf=12.7t100。

用预估的达到剪损的水平剪切位移值除以tf计算剪切速率。

美标ASTM D6528—2017固结完成的标准判定方法是用最大荷载增量的固结变形—时间平方根曲线判定主固结完成。荷载保持时间，在10倍t90或1d与t95之间取小值。在曲线上求得t90,以t90对应的固结变形量为准，再增加1/18的固结变形量，在曲线上求得t95。剪损时间要求超过2倍t90，速率要足够小，以使剪切产生的超静孔隙水压力消散。经验上速率可取5%/h。

3 工程实际试验数据对比分析

3.1 项目概况

孟加拉国某污水处理厂位于孟加拉国达卡市郊，拟建场地为河流冲积平原，勘察时最深钻孔为65 m，揭露地层主要为第四系全新统和更新统冲积的黏性土、砂土为主。黏性土为软塑黏土，细砂层、硬塑黏土和密实的细砂层等。为了更好匹配美标、欧标、中国标准中岩土设计参数的需要，本次勘察针对同一层土取了多组样品，分别采用上述3种标准进行土工试验。

3.2 试验成果对比

现场取样，分别用上述3种方法测出来的结果，经数理统计，同一层土不同指标的平均值见表1，表2。

表1 物理指标结果统计表

表2 力学指标结果统计表

3.3 结果分析

1)对比分析以上测试成果，其中液限数值呈现明显差距，测试结果欧标>美标>国标，其他的几项指标含水量、压缩模量、压缩系数、黏聚力、内摩擦角则没有呈现出明显差距。

2)液限的差距，导致计算值液限指数(IL)、塑限指数(IP)均会有很大区别。在我国国内的岩土工程勘察报告中，塑限指数(IP)通常是用来作为土的定名依据，液限指数(IL)通常是用来评价土的软硬状态的。为了方便使用岩土工程勘察规范和建筑地基基础设计规范等国内已有规范，试验采用了圆锥下沉深度10 mm时的含水率作为液限标准，导致了以上差异。国标土工试验方法标准中碟式仪法也作为标准列入，同76 g锥下沉深度为17 mm标准等效。 而在美标、欧标中，通常只拿液限(ωL)来定名。土的软硬状态则通用SPT击数来区分。要说明的是，美标和欧标利用塑性土对细粒土进行分类与国内分类有所差异。这也是我国国标和美标、欧标最大的差别之处。

3)对比压缩模量、压缩系数，虽然试验所用环刀尺寸不一致，加荷时间和顺序不一致，但最终结果，美标、欧标的压缩模量、压缩系数和国标的标准固结试验结果没有明显的差异。

4)对比黏聚力、内摩擦角结果，虽然剪切速率不一致，但最终结果，美标、欧标测出的黏聚力、内摩擦角和国标的慢剪试验结果没有明显的差异。

4 结论

通过对比分析美标、欧标和国标对同一种土的试验结果，可以获得一些基本思路。

1)在一些项目中，有中国设计人员，使用当地勘察公司提供的美标或者欧标勘察报告中，对正确选取、使用勘察报告中的岩土参数，有个基本认知。

2)中国的勘察单位，在一些国外项目勘察过程中，要求执行美标或者欧标，在试验操作过程中有一定参考和借鉴。同时在勘察报告编写时，如何正确评价各土层性质，更好把握各评价岩土参数有一个基本认识。

3)熟练掌握勘察过程中的美标、欧标和国标，和国际接轨，能更好服务于“一带一路”项目。

4)相比国内标准，美标和欧标比较重视试验过程，如样品信息、样品描述、取样方法、样品制备描述、仪器检查、方法选择、试剂等影响因素，在报告里都要说明。