岩土工程勘察土工试验中常见问题研究

张 淼（中铁第五勘察设计院集团有限公司东北分院，黑龙江 哈尔滨 150006）

岩土工程勘察工作中，土工试验是一项必不可少的关键工作，其实施的核心要点在于将室内试验与野外勘探进行有效结合，提高勘察环节的科学性与有效性，提高工程分析与评定的整体水平，进而为工程建设施工企业提供更为可靠的工程勘察条件与结果。精心勘察、精心分析是岩土工程勘察工作的基本要求，但岩土工程勘察工作自身存在诸多不稳定因素，如场地条件、勘察人员水平以及设备的专业程度等，这些因素的存在也很容易破坏后续工程建设。很多工程建设单位为加快工程进度，大幅压缩岩土工程勘察时间，且勘察过程所采用的技术手段过于简单，最终导致勘察结果质量长期处于较低水平，这也为后续工程施工埋下诸多隐患。

1 岩土工程勘察土工试验的试样制备

1.1 精准划分土样级别

工程人员在获取土样后，需要对所有样品的质量进行具体检查，并根据行业规范标准，对样品的质量等级进行划分，依据主要包括施工现场的观测、X射线检测、回收率测定以及室内试验等，而这些环节的实施，对于工程样品划分而言十分关键。在实际应用中，如果是甲级工程，那么所使用的样品不可存在较大的扰动。甲级工程以外的工程人员可根据具体需求酌情选用样品。如果样品自身存在较大问题，那么工程人员只能对其实施土类定义以及含水量进行检测，对于那些完全震动形式的样品，则仅可进行土类定义，而无法进行其他检测工作。此外对于检测工作而言，以上任何样品等级都不能应用在强度测试工作中。

1.2 依照工程的具体要求进行制样

样品制作过程中，工程人员需使用环刀。在使用前，需要在环刀内部涂抹一层较为均匀的凡士林，提高环刀内部的润滑度，进而避免环刀表面与样品之间发生摩擦。此外，样品制作过程也要避免出现震动现象。但很多从业人员没有真正关注这一环节，环刀的使用保养以及过程中避免震动都没有很好落实。

环刀在下压过程中，应保持刀尖与水平方向垂直，且力量施加过程不能过快，这样可以避免出现一端压密而另一端出现空隙的异常现象，并可同步避免出现压缩模具或容重等失真问题。环刀下压时，应保持边压边削的控制方式，这样可有效避免环刀与样品之间出现较大摩擦，并同步引发局部区域过度压密的状况。

环刀压入土层以后，工作人员需要对样品的上下两端进行削平，这样可有效提高样品质量。如果样品是软土，为避免削平过程对土样的扰动，工作人员可使用钢丝锯，如果是其他刀具，且土质过软，那么二次扰动现象将无法避免，最终的试验结果也会失真。

1.3 对样品记录进行完善

样品制作环节中，工作人员需要对样品的颜色、外观、成分、温湿度、塑性程度、软硬程度以及样品的基本构造等特点要素，进行具体描述与记录，进而为后续试验以及数据分析提供更为科学有效的参考，并可帮助技术工作者对样品的实际情况有更多的了解。

2 物理性质试验

2.1 土样含水率测试

工作人员在对土样进行物理试验时，应重点关注影响土样含水率的各类因素，例如测试过程中的扰动问题、土层是否均匀、样品保存是否良好以及测试过程是否存在设备挤压现象等。样品获取成功后，工作人员需要在指定试验室内部对土样含水率进行检测，检测过程也要严格遵照相关规范与原则，如果出现操作不规范的情况，那么最终测试结果与实际含水率之间将会存在较大差距。对于含水率试验工作而言，其数据变化主要受以下几个方面因素的影响：

首先，取样点不同所带来的样品含水率的变化，以粉质黏土为例，粉质黏土的上层、中层与下层的实际含水量会随着采样点的变化而变化，而这种试验过程也将很难保证最终结果的准确性，对此，工程人员可将不同样点的样品进行混合。

样品烘干过程中，为确保水分蒸发效率与实际的烘干保持一致，应使用铝盒，并在指定位置开口。铝盒质量也要在试验前进行检测，铝盒结构不能存在氧化或破损现象。此外，样品的烘干温度与烘干时间也会影响样品含水率变化，尤其是黏性较高的土质样品，这种土壤含水量较高，且水分很难蒸发，样品表面积很大，对水体的吸附能力很强。因此烘干过程应持续8h以上，且温度需控制在110℃左右，只有这样长时间的高温烘烤才能让水分彻底蒸发。

2.2 土粒密度检测

土粒的密度主要是指土粒的质量与同体积的蒸馏水在温度为4℃环境下的实际质量的比值，土粒密度是衡量土质的重要指标，从理论角度分析，想要精准完成样品中土粒密度值的测定非常困难，其不仅受环境因素影响，也同样受到不同标准的影响。工作经验表明，土粒密度测试工作中，颗粒的直径也会对土粒的密度造成一定的影响。通常情况下，颗粒直径越小，则土粒密度越大。此外，颗粒密度试验的流程与其他试验流程存在很大的差异，其过程极为烦琐，但不同类别的土粒密度值也通常会处于一个相对稳定的数值区域，并且在试验过程中，土粒密度也同样允许存在0.02左右的误差，而这种条件的存在，也让土粒密度试验工作难度得到控制。此外，颗粒直径这一指标很难通过常规的测试方式测得，但相关研究表明，颗粒直径与塑性指标之间存在必然的相互联系，颗粒直径越大，塑性指数将会随之降低，而颗粒直径与塑性指标这两种数据类别都是无量纲的数据。因此，需要利用数学统计法建立两者之间的相互关系，而这种方式同样可控制实际测量试验工作的难度，提高工作效率并保证实际试验工作的准确性。

2.3 界限含水量试验工作

土质界限含水量试验也是土工试验作业流程中的关键环节，而在对界限含水量进行测定时，工作人员也要严格遵守具体的规范与操作要求。

首先，工作人员需要将土样放置在特定的容器当中，并在容器内部放入适量的水进行搅拌，确保搅拌均匀，而这种样品是实施界限含水量测试的前提条件。

其次，工作人员需要将制作好的样品放入到盛土杯中，盛土杯中的样品应保持均匀性，通常情况下，如果样品含水量较低，其在盛土杯中的具体表现也会存在很大差异，如果含水量较高，盛土杯中的样品将会出现孔洞现象。此外，盛土杯杯口的样品应保持足够平整，不能使用调土刀进行抹平，否则将会严重干扰最终测量结果的准确性。

同时，在实际操作过程中，工作人员需要对同一种样品的两侧分别进行测试，随后判断样品的整体结构是否均匀。根据行业规范，样品含水率测试，应在同一种样品中选取3个以上的测量点，测量点具体位置应保持在锥尖下方13mm左右。在此条件下，平行试验工作将得到良好保障，并可对三点回归性现象进行补救。

3 力学性质试验工作

3.1 土体固结试验过程

土体固结试验对于岩土工程而言十分关键，其将直接决定后续建设工作所要采用的工艺手段。土体固结试验中，工作人员需要获取到土体在受到外界压力的情况下，其实际的固结系数、压缩模具以及压缩系数等，而这些数据也是判断岩土工程沉降量的核心参数。试验工作者在进行固结试验操作时，应从以下几点入手，保证最终试验结果的稳定性与准确性。

a.工作人员需定期对试验仪器进行校正，避免仪器设备误差对最终试验结果的不良影响；

b.工作人员应重点控制透水石含水量，避免这一因素影响到土体固结试验的稳定性，并将其纳入后续技术工艺的影响条件；

c.相关试验仪器归零后，也要对试验设备进行调整，避免设备自身问题影响测量结果，也同样保证设备的使用寿命；

d.百分表归零后，工作人员需确保活动轴具备足够的量程，确保最终试验数据的完整性。

3.2 土质抗剪强度试验

3.2.1 土质直接抗剪强度试验

直接抗剪强度试验工作相对简便，同时，这种测量手段也是当前岩土工程勘察环节中的常用策略。结合行业内部的库仑定律，工作人员在实施土质直接抗剪强度试验过程中，土质的载荷点应保持在一定的线性关系条件下。此时，抗剪强度的试验结果可利用线性回归方程来获取。此外，工作人员在对线性回归方程进行计算时，也要考虑到四级载荷对抗剪试验精度的影响，如果四级载荷对应的抗剪试验点位于相同的直线内部，那么计算过程必须采用三角中心法。

3.2.2 土质三轴压缩试验

三轴压缩试验与直接抗剪试验相比，其过程可控性更强，试验结果的影响要素相对较少，最终试验结果精准度也能得到保障，而这些优势的存在，让三轴压缩试验成为当前岩土工程勘察活动中的常见试验方法，尤其是一些大型重点工程。三轴压缩试验需利用三轴仪进行，而三轴仪在土工试验领域的应用十分广泛，同时，这一仪器在应用过程中同样存在自身的问题与缺陷。例如，试验过程很容易出现柔性误差。对于三轴压缩试验而言，柔性误差主要是指工作人员在对样品进行高速测量时，透水板等结构会随着试验的推进而出现形变，橡皮膜结构的嵌入也将对高速测量结果带来很大的影响，最终导致土体在刚度试验时获取到的数据与真实数值之间存在很大差距。为解决这一技术手段存在的缺陷，工作人员可将测量装置转移到压力室内部，并同时将三轴仪设置在样品上，这样可保证样品高度与直径的测量结果有足够的准确性。

4 岩土工程土工试验发展策略

4.1 强化实验室硬件条件

土工试验实施机构应重视各类硬件设备在试验环节中的影响，加强对仪器设备的科学管控，针对当前实验室仪器设备使用环节存在的问题，加强设备质量管理以及设备更新工作。相关仪器设备的采购环节应对比不同的生产厂家，以满足岩土工程土工试验环节需求为目标，注重仪器设备的使用寿命与维护保养的难易程度。设备维护与保养应严格遵守具体规范与标准实施，每次试验完成后，保养工作应及时跟进，避免试验环节使用的各类材料对仪器设备造成腐蚀与破坏，从而避免因设备误差而影响到土工试验数据精度。

4.2 完善土工试验规章制度

土工试验工作实施环节应严格遵守相关制度与章程，每一项试验都有着对应的规范与标准。因此，监管部门可结合当前土工试验行业的具体现状，制定相应的技术法规与规范体系。此外，我国复杂的地质结构与地貌特征，让不同地区所执行的标准存在一定的差异。对此，监管部门可在原有法律法规的基础上，对这些具体操作过程进行优化与完善，实现试验操作制度层面的统一性与合理性，为各项土工试验工作的开展打下良好基础，避免人为因素对土工试验结果的负面影响。

4.3 注重含水率试验环节处理手段的优化

土工试验工作人员应注重具体手段的针对性与有效性，结合土工试验的最终目的，对试验方法进行优化，合理分析相关数值，确保含水率试验数据的真实性。含水率试验通常会配合剪切试验与密度试验，因此，取样环节应沿着上面或下面进行横切，取样后获得的样本需要满足其他试验环节的使用需求，确保试验数据结果与真实数据之间的差异最小化。此外，含水率试验环节也要注重温度控制，避免试验样本有机质因高温而分解，影响到最终结果的准确性。

4.4 加强土工试验重要性的宣传工作

针对岩土工程土工试验环节经常出现的人员操作问题，为提高最终试验结果的真实性，相关机构应明确实际土工试验的具体步骤与注意事项，加强土工试验工作重要性宣传，让每一位参与土工试验的工作人员都能秉持认真严谨的态度。此外，土工试验机构应加强合作，定期开展技术交流，针对土工试验过程的一些难点与关键内容进行分析，加强认知，不断提升土工试验工作者的综合素养。

5 结语

综上所述，土工试验的准确性与可靠性不仅受到样品质量的直接影响，也同样与试验过程中的控制手段及技术手段息息相关。因此，对于试验工作者而言，应在实际试验操作时，加强细节控制，对可能影响试验结果的各类问题与要素实施合理控制，进而为后续分析与勘测评定提供更为准确且合理的数据指标。