土工試驗問題的探討

羅玉秋

摘要:土工試驗是解決土工問題的一個工作環節。試驗計劃進行過程中,要調整能減少意義不大的試驗,增加能加深認識土的性質和提高成果的試驗。本文主要探討了土工試驗中的幾個關鍵問題。

關鍵詞:土工試驗;勘探取樣;數據

1 土工試驗數據采集與處理系統自動化概況

土工試驗數據采集與處理的自動化是隨著電子計算機的推廣采用而產生的,20世紀70年代末,隨著我國改革開放政策的實施,一些土工科研單位開始了這一新技術的探索和研究,到了1980年建設部投資十余萬元在北京市勘察院進行試點工作,1982年與地礦部地球物理研究所使用研制出“GSX-1型工程地質試驗數據處理系統”,初步形成了我國自己的土工試驗數據采集和處理系統模式,由于多種原因而沒有正式推廣使用。

20世紀80年代中后期以來,土工試驗數據采集和處理自動化得到了較大的發展和普及,具代表性的有:北京空軍工程設計研究局研制的“KTG固結試驗檢測處理系統”;南京土壤儀器廠等研制的“JWJ土工試驗微機數據采集和處理系統”。把數據采集、數據處理,繪制曲線,打印成果熔為一體,同時還增加了直剪試驗、三軸試驗的數據采集及處理功能,完成了系統與微機的通訊,實現了分散采集,集中處理的多重功能。目前已批量生產,已在全國100多個試驗室使用。

2 土工試驗與設計、勘探的關系

土工試驗是解決土工問題的一個工作環節,它與勘探取樣、設計、施工都有關系,尤其與設計關系比較密切。因此,制訂好符合設計要求而且能反映實際情況的試驗規劃和對成果作出合理評價,首先要加強土工試驗與設計、勘探之間的聯系。

目前流行的解決土工問題的步驟是:設計人員接受土工任務后,向勘探和試驗單位下達勘探取樣和試驗任務。鉆探取樣人員往往按照勘測規范的一般要求進行勘探和取樣,然后把了解到的情況寫成報告連同土樣送交試驗室。雖然他們對土層的變化了解頗深,但由于對工程情況知道得不多,因此,容易忽略其中很薄的,但對該工程卻頗為重要的土層。

在制訂試驗計劃之前,設計和試驗人員很少與勘探人員一起參加部分野外鑒別工作,試驗計劃不是三方共同制訂,而是往往由設計單位提出比較原則的要求,試驗人員則按照《試驗規程》來完成試驗任務的。于是,不論是哪個工程,碰到的土是否具有特殊性質,或是否要求進行特種試驗,而勘探取樣、試驗項目和方法都基本相同,試驗重點也不太明確。在試驗過程中,設計人員不是經常到試驗室去了解試驗方法是否與所采用的設計計算方法相協調或試驗細節是否需要改造,他們主要從勘探報告中了解地層情況,從試驗報告中選擇土性質指標作為設計依據,建立在這樣基礎上的設計,難免出差錯。

3 擊實試驗

壓實質量的好壞體現在土擊實后的最大干密度和最佳含水量上。擊實試驗是確定土力學性能的重要試驗之一。

3.1 根據《規程》和《標準》給出的擊實操作方法,在實際操作時發現:粘性土和部分的粉土可以擊實成型,而粗粒土則較難擊實成型。盡管。有些文獻對低含水量細粒土的成型方法以及影響粗粒土的擊實因素進行了探討,但沒有給出操作的過程,而且由于不是《規程》和《標準》的規定,還不能在具體試驗中運用。

3.2 擊實試驗的余土高度應小于6mm,否則應補做試驗。實驗操作中發現,在最佳含水量前所用試樣重量隨含水量增加,最佳含水量后試樣重量隨含水量減少,接近最佳含水量時試樣重量按《規程》和《標準》要求稱量才能滿足要求,否則每一含水量擊實余土高度不是大于6mm,就是低于筒頂高度。因此《規程》和《標準》的要求非常嚴格,操作中有時難以實現。

3.3 根據《規程》和《標準》方法繪制擊實曲線時,一方面曲線線形差異大,另一方面根據擊實曲線獲取最大干密度和最佳含水率的誤差較大,特別是擊實曲線不能給出峰值時,補做試驗量較大。

4 土性質指標的選用

根據眾多土料的試驗成果,為某地或料場選擇土性質的指標值,應先詳細了解土層的變化情況和采取土樣的代表性、取樣方法以及試驗規劃的合理性,明確哪幾層土或幾種土對工程是關鍵的土層;然后,以最有代表性的土料的指標為主體,參考其它土樣的試驗結果,選擇出供設計用的指標值,且指標值中應留有一定的安全余地。由于試驗成果的可靠性取決于測試數次,經過統計分析后,往往發現指標的平均值與最大值、最小值相差較大,或發現各種保證率下的指標值也相差不少。面對這些數據仍難選擇可以反映實際情況的指標值,而不得不選擇偏于保守的指標值時,即使是按照上述要求確定了土的指標值,也仍具有一定的不可靠性。因此,應在施工過程中通過現場監測進行驗證,必要時需修改設計。

5 開展土工試驗方法的進一步研究

我國土工試驗工作者在長期的工作實踐中進行過大量實驗研究工作。其成果是有目共睹的:但就目前我國土工試驗的現狀看,仍有些問題值得進一步研究,大體上可分為兩類:

5.1 圍繞著現行的土工試驗規范、標準等,結合各自工作中遇到的新情況、新問題,開展研究和技術總結。如三軸試驗中一個試樣多級加菏剪切法的適用范圍,陜速固結試驗等一些半經驗法的適用性等等。

5.2 開展土工試驗等新方法,新問題的研究,如室內袖珍貫入儀試驗的研究與應用;非飽和土力學性質的試驗研究;黃土、軟土、鹽漬土等特殊土類試驗方法的進一步研究等等,這些成果的取得將會豐富土工試驗方法,解決一些新的土工問題,提高土工試驗的技術水平。

5.3 加強土工試驗的技術管理和行業管理

近年來,隨著市場經濟的不斷深化,一些單位逐漸演化了土工試驗的技術管理,土工試驗的行業管理也出現了一些混亂局面,主要表現在:一些單位放棄了土工試驗技術負責人和審核制度,實行包產到人、包產到組的承包方式,只管進度和效益,幣管試驗質量,從開土到提交成果報告由1～2人負責,沒有一套有效的技術管理程序來保證試驗質量。

6 土的相對密度、密度、含水量實驗

土粒的相對密度是一個相對穩定的值,決定于土的礦物成分,同一地區同一類型的土的相對密度基本相同,通常可按經驗數值選用,值得注意的是當土中含有有機質時,土的相對密度可降到2.4以下,此時應改用中性液體,如煤油、汽油甲苯和二甲苯,并采用抽氣法排氣。土的含水量,則是三個指標中最不穩定的,不同的土,含水量就可能不一樣;而且由于各種因素,如土層的不均勻、取樣不標準、取土器和筒壁的擠壓、土樣在運輸和存放期間保護不當等等,均會影響成果的準確度。在這些影響因素中,有的屬于土樣客觀存在,有的屬于人為造成,無論屬于哪種,都需要實驗人員結合實際情況,克服不利因素,測出土的比較準確的含水量。土的密度指標,雖然也是一個變化的值,不同的土樣重度值不同,但對于某-個土樣來說,它的值較穩定和比較容易測準的,土的這三個指標是基礎,土的其它指標也將通過換算計算出來,計算出來的指標,有時會出現和實際明顯不符的情況,如飽和度超過100等,這就說明,原始三個指標的測定有問題,而大多數情況下,問題出在含水量和相對密度的測定上,需要對這兩個指標作進一步的確定,以保證這兩項指標試驗值的準確,從而提高其它指標的準確度。