上海地区岩土工程勘察室内土工试验问题及处理

黄晖

（上海市地矿工程勘察（集团）有限公司，上海200072）

1 引言

众所周知，工程勘察工作对于工程建设具有非常重要的意义，一方面，它可以为工程设计提供必要的岩土参数，保证工程安全；另一方面，根据勘察成果，充分利用岩土体自身稳定性及承载力，采取针对性的设计，可以避免工程浪费，使工程具有更好的经济性。在岩土工程勘察中，具有核心地位的就是岩土物理力学参数，而岩土的物理力学参数，除现场测试及工程经验外，主要通过室内土工试验取得。如果土工试验的成果不能客观地反映岩土的物理力学性质，则可能对工程的安全性、经济性造成极大的影响。

勘察工作是岩土工程施工建设和施工设计的核心，岩土工程的施工质量和设计质量受勘察数据的直接影响，而勘察数据靠准确的土工试验数据支撑。分析土工试验时，要高度重视试验过程中的重点注意事项，防止整个工程建设出现原则性的失误，确保岩土工程的施工质量满足设计标准。

2 岩土工程勘察概述

随着国家对建筑质量要求的不断提高，试验技术的发展为建筑质量的提高创造了有利条件，为满足人们日益提高的质量要求奠定了坚实的基础。岩土工程勘察试验工作是保证施工质量的有效途径和重要手段。岩土工程勘察的目的是确定地质条件，分析地质环境，对施工区域的地质环境进行专业评价，以便采取正确的施工措施。

近年来，由于建设项目数量的快速增长，勘察工作也越来越多。由于隐藏在项目之外的勘察工作的特点和参与调查的大量新手工程师对勘察工作不到位和不详细，或者项目完结后系统自动填充内容不准确生成错误的勘测报告，给工程设计和施工带来了巨大影响，不仅会使项目遭受重大经济损失，而且容易导致安全事故。因此，全面掌握岩土工程勘察工作的内容，明确当前岩土工程勘察和岩土试验中存在的问题，积极采取相应的处理措施已成为改进岩土工程勘察工作的重中之重。只有这样，才能真正服务于建设项目的具体要求，为工程建设提供可靠的依据。

3 土工试验数据不准确的原因分析

3.1 取样

室内土工试验的所有土样都是在室外钻探得到。影响土样质量的因素主要包括取样器切入岩土层的速度、钻孔孔底的清洁度、钻孔对土样的扰动以及钻孔的垂直度、取土器类型等。例如，在取出土样以前，由于受到钻具提拉停顿的振动和缓冲作用的影响，加之土样自身重力的影响，容易发生脱水与脱节问题。

在取土的过程中，若钻孔孔底清理不干净，有些土渣会残留在里面，这时，若依然按照原状土样开展相关试验工作，会增大测试土样的压缩系数，使土样的压缩模量偏小。由于单套岩心管取样器为中空套管，上接钻杆，直接取样不符合规范要求。对黏性土进行取样，会使其力学指标降低；对砂土进行取样，受超钻和压钻的影响，会使土样的密度增大、含水率降低、孔隙比偏小、强度指标增大；对浅层的砂土进行取样，会使黏粒含量偏高，直接影响对场地液化趋势的判别，对工程设计带来巨大的不利影响。

使用双套岩心管取样器时，必须同时配备同心内管，由顶部用滚轴连于外管。外管转动时，内管不动，冲洗的液体须流经于内外管间，不可扰动岩芯。若需要对岩芯做试验，须于内管内置可劈开的薄管。岩芯管内应放置岩芯夹，防止软弱或破裂易脆的岩心溜出。

3.2 室内试验

室内试验环境、仪器设备和人员是否规范操作也会影响土样的土工试验结果。目前的仪器设备都是比较精密的电子设备，从客观的角度分析，试验仪器的精度、使用环境以及对仪器的操作要求都会影响测试结果，当这些微小的误差累计后，就会造成最终的试验数据失真。所以，试验环境一定要满足仪器设备对试验的环境要求。电子设备使用前，必须提前30 min进行预热，并检查各传感器的灵敏度和完好性。试验结束后，必须清洁仪器，试验人员装样后严禁戴着手套进行电子设备的操作，严格按照操作步骤进行试验。

4 提高土工试验数据准确性应该注意的问题

室内土工试验都是在制样基础上进行，具有代表性的、合格的制样才能得出后续试验的准确数据。制样过程中，应细心观察土样的情况，包括颜色、气味以及土样是否均匀，有无裂缝等，并且应做好记录，要做到3个一致：留样与试样一致、试样与定名一致、定名与留样一致。

采用环刀法时，需注意以下事项：

1）环刀壁与试样中间不要有缝隙，试样的试块要大于环刀，用力要均匀，如果用力不均匀，会产生空隙，导致试验得出的土样天然密度偏小；

2）如果与环刀接近的试样试块中包含大粒径的颗粒，需要将其剔除后将原状土补齐；

3）高灵敏度等易于发生触变的土样，不能多次刮削表面，需要使用刃口平整的切土刀施工。

使用刮土刀刮土时，刃口和环刀长时间使用会出现磨损问题，使试验孔隙比和密度偏小，这就会使土样自身的物理性能指标出现偏差，此时要更换刮土刀或环刀，保证试验质量达到规范要求。所有的制样工作要确保小心、仔细，最好不要给土样带来扰动，且不宜采用真空饱和法，试验过程中，尽量使土样保持原有的状态。

土的强度不仅取决于土的种类，而且在更大程度上取决于土的密度、含水率、初始应力状态、应力力度和试验中的排水条件等因素，所以，准确测定土的强度指标极为困难。目前，直接固结快剪是最常用的测定土样抗剪强度的试验方法，通常需要3～4个试样在不同竖向压力下进行，第1级垂直压力宜接近土的自重压力，第4级垂直压力宜接近土的自重压力与附加压力之和。跳点是试验报告中最常发生的问题，解决此问题首先要保证3～4个试样是同一土性，它们之间的密度差＜0.05 g/cm3。然后进行排列，最接近平均密度的2块试样分别对应第1和第4级压力。直剪仪剪切过程中存在试样有效面积减小，主应力方向改变，剪切面上剪应力分布不均匀以及预定剪切面未必是试样最弱面等缺点。所以，在平时要对直剪仪用标准砂进行同步性调试，还要及时更换剪切盒底部的透水板[1]。

岩土的热物性试验由于受含水率和密度的影响较大，故在测定热物性参数时，应同时测定其物理性质，在使用平面热源瞬态法时，试样必须与室温保持一致，防止产生温漂，影响试验数据。由于目前检验检定机构没有对于此类仪器的有效校准方法，故对于数据的有效性要有验证记录。

5 试验资料整理

土的物理性质与力学试验是存在紧密联系的。土的物理性质直接决定土的力学性质，土的整体强度会伴随周围环境改变发生相应的变化，由于土体具有结构性的特点，因此，对外界的干扰十分敏感。在外界压力作用下土体产生变形现象主要是土粒集合体、水以及孔隙中的空气相互移动导致的结果。土体在受到外力作用后，其主要的力学性质与土的物质成分以及结构特点等有密切的关系，土在压缩后的形状也和土壤的成分以及构造等有一定的相关性。

得出室内土工试验结果后，即可根据各个数据指标之间的关联性对检测结果进行分析，通过查看留样并结合经验，将其中与实际不符的数据以及不符合规律的各项参数进行返工或调整，以提高试验数据的准确率。得出试验结果后，每层土选取代表土样，根据反演指标与实测指标对比分析、相互验证，从而判断土工试验数据的可靠性与准确性[2]。

分析和整理所得数据时，要确保试验数据的实用性和可靠性满足设计要求。在数据整理过程中，一旦发现存在明显异常的数据，要立即采取措施予以处理，分析数据异常出现的原因，仔细检查相关试验环节，通过补充试验的方法提升试验结论的准确性，使存在问题的数据得到及时的更正。

6 室内土工试验工作建议

6.1 严格管理试验人员

土工试验室中的所有工作人员都要经过专业的岩土工程专业知识培训，试验人员要具有娴熟的试验技术操作能力，在上岗前要经过岗前培训，岗前培训考试合格的人员持证才能上岗。工作中，要提高试验人员的业务水平，定期组织试验人员集中学习最新的技术标准和规范，针对不同的试验项目开展专项操作培训，使试验人员的专业技术水平和操作能力不断提升[3]。

6.2 土工试验仪器设备的管理

6.2.1 采购仪器设备

仪器设备对土工试验数据的准确性由直接影响，因此，土工试验室应科学配备试验仪器设备。选择仪器设备时，要全面考虑仪器设备的使用范围、测量数据的稳定性和准确性，防止在试验过程中出现较大的偏差。试验仪器设备供应商要具有国家规定的资质，还要具有制造计量器具许可证，生产的仪器设备应具备出厂检验合格证。新采购的测量仪器设备，要经市场监督管理部门授权的计量检定部门检验合格后方能使用。

6.2.2 维护保养仪器设备

土工仪器的日常维护和保养非常重要，要安排专人管理仪器设备，定期开展仪器设备维护和保养工作，同时做好相关信息的记录，使仪器设备始终保持良好的运行状态。要确保测试密度的环刀和测试含水量的铝盒的质量，定期安排专人检查环刀的刃口是否出现变形，量筒内径、液塑限仪及圆锥仪的磨损情况等，所有的检查结论要详细登记，为后续工作开展做好充分的准备。

7 结语

岩土工程勘察重要环节之一为土工试验，土工试验数据的质量对工程勘察报告有直接影响，因此，整个试验过程要做到严谨，任何一个小的细节问题都会影响试验结论。所以，岩土工程勘察室内土工试验人员要严格按照国家的有关标准进行各项试验，提高专业技术水平，及时更新设备，建立完善的实验室认证制度，从而确保土工试验结果真实、可靠。