土工试验项目分类与试验数据之间关系的探讨

张丽敏　张红亮

摘 要： 对土工试验各类试验方法、试验结果、成果的应用进行归纳，及对各项数据指标之间关系进行了分析，从而提高了试验数据分析的能力和增强试验操作的能力，从而更好地从事土工试验工作，为工程建设服务。

关键词： 土工试验;分类;数据分析

【中图分类号】TU411 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）09-0218-02

土工测试大致分为在现场直接测定的原位测试试验和从现场采取土样送至实验室做的室内试验两大部分。这次重点介绍室内土工试验。室内土工试验是对岩土试验进行测试，并获得岩土的物理性指标、力学性指标、渗透性指标及动力性指标等的试验工作，从而为工程设计和施工提供参数，是正确评价工程地质条件不可缺少的依据。

1 土的物理性质试验

1.1 含水量试验，采用烘干法、比重法、炒干法，试验结果是含水量，用于计算土的基本物理性指标。

1.2 密度试验，采用环刀法、蜡封法、灌水法、灌砂法，试验结果是土的密度、土的干密度，用于计算土的基本物理性指标及土的压实性。

1.3 土粒比重试验，采用比重瓶法、浮称法、虹吸筒法，试验结果是土粒比重，用于计算土的基本物理性指标。

其中，土的物性试验中，最常见的是土的相对密度、密度、含水量，是其中三个最基本的试验，用它们可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙度、饱和度等指标，它们的变，不仅影响其它指标的变化，而且将使土的一系列力学性质随之而异。因此，准确测定他们的值，有着重要的意义。在这三个基本指标中，土粒的相对密度是一个相对稳定的值，它决定于土的矿物成分，它的数值一般是2.6～2.8。淤质土为1.5～1.8，有机质土为 2.4～2.5。

1.4 液塑限试验，采用圆锥仪法、蝶式仪法、联合测定法，试验结果是液限。塑限试验：采用搓条法、联合测定法，试验结果是塑限，用于塑性图进行土的工程分类，判定土的状态。根据塑性指数的大小可将粘性土分类如下：

30.075mm的粒径含量不超过50%）

10

Ip>17 粘土

当天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的粉质粘土或天然孔隙比大于1.3的粘土称为淤泥质土。

对于工程来说，土的液限、塑限有着比较重要的实用意义。土的塑性指数高，表示土中的胶体粘粒含量大，同时也表示粘土中可能含有蒙脱石或其它高活性的胶体粘粒较多。因此，界限含水量，尤其是液限，能较好的反映出土的某些物理力学特性，如压缩性、胀缩性等。

1.5 颗粒分析试验，采用筛分法、密度计（比重计）法、移液管法，试验结果颗粒大小分布曲线、有效粒径、不均匀系数、曲率系数，用于土的工程分类及作为材料的标准。

1.6 土的物性指标之间的对比分析，土的物性指标间是相互关联的，因此，当这些指标出来以后，可以将这些指标放到一起，进行综合的分析，从而对这些指标的准确性进行判别。比如，在有些成果中，会出现饱和度超过100%的现象，这就说明，在某些实验数据中，存在误差或者错误，就需要根据实际情况进行调整，必要的情况下要重做实验。再如：本来在开土的时候，发现土是处在硬塑状态，而结果却是土处在流塑状态，这种情况，一则说明含水量测定有问题;二则可能液限、塑限结果存在误差。大多数情况下，会是因为天然含水量不准造成土的状态确定不准。通过一系列对物性指标间关系统一分析，使得实验成果的精度进一步提高，为工程建设提供准确的数据。

2 土的力学性质试验

2.1 固结（压缩）试验，采用标准固结试验、快速固结试验、应变控制连续加荷固结试验，试验结果是孔隙比与压力曲线、压缩系数、体积压缩系数，压缩指数、回弹指数、前期固结压力，用于计算粘性土体的沉降量。

2.2 直接剪切试验，采用慢剪试验、固结快剪试验、快剪试验、反复剪试验，试验方法：内摩擦角、内聚力，用于计算抗剪强度。

土的固结实验成果与抗剪强度之间的联系，土的压缩特性和抗剪强度有着一定的关系，利用这种关系，我们可以直观判断压缩结果和抗剪结果是否准确。一般情况下，土的压缩性越高，压缩模量越低，而它的快剪强度则越小。当然，在有些情况下，要求做固结快剪，那么，这种关系可能就不成立了，需要按实际测出的强度情况判断。

土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。在计算承载力，评价地基稳定性以及计算挡土墙的土的压力时，都要用到土的抗剪强度指标，因此正确地测定土的抗剪强度在工程上具有重要意义。在现场原位测试的有十字板剪切实验、大型直接剪切实验等。相对来说，室内实验的规律性，要比现场原位测试好得多。虽然如此，室内实验测出的结果，有时和理论上的数据存在很大的差距。比如，无粘性土的C值应为0，而在大多數实验中，测出的值不一定为0，这实际上也是正常的，因为在我们所测出的抗剪强度指标中，并不是说C值完全代表土的凝聚力，而Φ值也不完全代表内摩擦力，而是两者互相包含，都代表土的抗剪强度的一部分。在有些直接剪切实验结果中，有时甚至会出现粘聚力C为负值现象，主要原因在于取标准样时，所取试样的性质相差太大所致。也就是说不是同一种性质的土拿到一起做实验，结果自然不会符合规律。

2.3 击实试验，采用轻型击实试验、重型击实试验，试验结果是含水率与干密度曲线、最大干密度、最优含水量，用于填土工程施工方法的选择和质量控制。

2.4 三轴压缩试验，采用不固结不排水试验、固结不排水试验、固结排水试验、一个试样多级加荷试验，试验结果是肉摩探角、内聚力。

在三轴压缩实验中，如果采用不固结不排水剪，那么从理论上讲，抗剪强度包线应为水平线，即内摩擦角Φ为0，但是实际测出的结果中，总是或多或少地存在一定倾角Φ。造成这种现象的原因，一方面是取土质量问题，另一方面在安装试件时对土产生了一定的扰动，使土得到了不同程度的固结等原因。但这并不能说结果是错误的，因为它反映了土中的应力分布实际情况，对于实际工程来说，有着很大的实用意义。因此，我们在判断实验结果是否准确，不能仅从理论上确定，而要考虑多方面客观因素，结合实际分析，以期对土的受力情况有一个正确的判断。

3 物理性试验成果和力学试验成果的统一对比与分析

土的物理性质和力学性质是紧密相关的。通常情况下，土的物理性质基本上能够决定土的力学性质。在室内试验中，也可以此为依据做一比较。比如对于不同的密度、含水量、液、塑限的土，它的抗剪强度、压缩性质有怎样的变化，随着做试验时间的增长，慢慢可以从中找出一定的规律。当然由于土的形式的复杂性，经常出现一些意外情况，需要我们本着实事求是的态度，保证测出结果的准确性。如果将土的物性和力学性质统一起来，必将有利于我们对土的性质的认识，其中的规律也有待我们进一步探讨。

4 土的水理性质试验

渗透试验，采用常水头法、变水头法，试验结果是渗透系数，用于有关渗透问题的计算。

应用不同渗透仪测定不同粗、细土渗透系数k，以便了解土的渗透性能大小，用于计算土的渗透，建造土坝等挡水构筑物时选择土料，计算基坑渗水，计算饱和粘性土上建筑物的沉降和时间关系等。

5 土的特殊性质试验

5.1 黄土湿陷试验，采用湿陷系数试验、自重湿陷系数试验、湿陷起始压力试验，试验结果是湿陷系数、自重湿陷系数，用于黄土湿陷性分析和处理。

黄土的湿陷性，应按室内浸水（饱和）压缩试验，在一定压力下测定的湿陷系数δs进行判定，并应符合下列规定：①当湿陷系数δs值小于0.015时，应定为非湿陷性黄土，②当湿陷系数δs值等于或大于0.015时，应定为湿陷性黄土。湿陷黄土的湿陷程度，可根据湿陷系数δs值的大小分为下列三种：①当0.0150.03时，湿陷性轻微，②当0.03<δs0.07时，湿陷性中等，③当δs>0.07时，湿陷性强烈。

5.2 自由膨胀率试验，采用水中自由膨胀，试验结果是自由膨胀率，用于膨胀土的初判。

5.3 膨胀率试验，采用有荷膨胀率试验、无荷载膨胀率试验，试验结果是特定荷载膨胀率、无荷载膨胀率。

5.4 膨胀力试验，采用加荷平衡法，试验结果是膨胀力，用于测定土体吸水膨胀时所产生的内应力。

5.5 收缩试验，采用室温收缩法，试验结果是缩限、收缩比、休缩、线缩，用于判定土的状态。

膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩，具有较大往复胀缩变形的高塑性黏土。膨胀土地基能使基础位移，建筑物和地坪变形、开裂、甚至破坏，对建筑物的使用和安全造成的危害性不可忽视。膨胀土的黏粒成分主要由蒙脱石和伊利石等强亲水性矿物组成，基液限大于40%，塑性指数于于17，多数在22-35之间，具有明显的吸水膨胀和失水收缩性能。这种土的胀缩机理与它的矿物成分、盐基交换性质和土的结构有着密切关系。

6 结论

各类工程的成敗，在很大程度上取决于土体能否提供足够的承载力和差异变形等。地基承载力和地基变形计算中的参数主要是通过土工试验来确定的，所以土工试验是从根本上保证岩土工程设计的精确性及经济合理的重要手段，也是岩土工程规划和设计的前期工作。如果各项岩土参数测试不正确，那么不管设计理论和方法如何先进、合理，工程的精度仍然得不到保证。

参考文献

[1] 土工试验方法标准（GB/T50123-1999）[S].

[2] 徐张建，刘南元.工程勘察试验员培训教程[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：181-184.

[3] 高向阳.土工试验原理与操作[M].北京：北京大学出版社，2013.8：1-6.