深入探討巖土工程測試中的幾個問題

韓艷芬

（貴州地質工程勘察院，貴州 貴陽 550008）

巖土工程勘察工作，隨著建筑物類型的多樣化、建筑功能的復雜化以及在地質條件復雜的地區進行建設的不斷增多，對巖土測試的樣品、項目確定和取值等提出更高的標準。同時，設計、施工對工程勘察工作提出了一系列新的要求。不僅需要進行勘察、測試、提供地質資料及巖土參數，而且需要根據工程的要求和巖土性狀等具體條件，提出對策及方案。

1 對巖土測試樣品的要求

巖土測試結果(參數)能否反映巖土體的工程性狀，可以說在很大程度上取決于所取的樣品是否符合要求。不符合要求的試樣(如原狀樣變成擾動樣)，儀器精度再高，測試人員再努力，測出的結果也很難反映出原狀土的性狀。對試驗樣品的具體要求如下:

①所取的樣品應具有足夠的代表性，即所取的樣品必須能代表并反映該巖、土體所在位置的工程性狀及特征。

②要求在天然狀態下測定各種參數的巖土試樣，在采樣時必須保證原來結構不受破壞擾動、含水率不改變，這點更為重要。

結構擾動、含水量改變了試樣，可以肯定測定結果不可能反映天然巖土體的工程性狀。但是很難取到完全不擾動的原狀土樣。實際上在取樣過程中無論是用厚壁或薄壁取土器，還是用貫入(垂擊、靜壓)或回轉鉆進都不可避免地產生某種程度的擾動。只是要求把受擾動程度降低到最低限度。如果采用回轉法取樣，必須用單動三重管或雙動三重管取土器，切不能用單管鉆出來裝入土筒就了事。

③樣品的規格、數量要滿足各試驗項目所需的要求。

土常規試驗一般要求土樣直徑>70mm、長200mm；巖石單軸抗壓強度每一種試驗狀態(如天然、飽和、風干)要保證能制備3-6塊φ50mm×100mm的標準試件。一些特殊性試驗項目對試樣規格、數量要求，應根據所采用的方法、儀器設備、樣品本身最大顆粒直徑而定，如巖石的三軸或抗剪斷試驗，三軸每組要制備φ50mm×100mm樣品10～15件;抗剪斷要制備:50mm×50mm×50mm樣品8～12件。試樣高度宜為直徑的2～2.5倍，一般需要3～4個試樣分別在不同周圍壓力下進行試驗，才能確定C、φ值?？梢姴蓸訒r應根據土體中最大顆粒粒徑的大小決定所取土樣直徑的大小和數量。

當前取樣普遍存在的問題是:取土樣不用取土器，而用單層巖心管鉆出來再裝入土筒，這樣不僅結構擾動，而且不是吸水就是燒干或泥漿水混入使含水量改變;取巖樣則是試樣規格不符，數量嚴重不足，測定天然狀態下巖石性質的樣品不密封 (尤其是軟巖即使進行飽和試驗，最好也是密封起來送實驗室，否則可能制不成試件，或測得結果不能反映實際性質)，導致測定結構不可靠和難以進行統計分析對比。

實驗方法和條件選擇不當也是造成試驗結果相互矛盾的重要原因。

2 測試項目的確定及試驗條件的選擇

對常規試驗項目及要求巖土技術人員(包括測試人員)比較熟悉，但對一些特殊性的測試項目，有的人清楚，也有的不一定清楚。故對當前一些建筑場地需要進行試驗的項目討論如下：

2.1 固結(壓縮)試驗

土的固結試驗可以說是土工程試驗中的最主要項目之一，它既是常規(低壓)試驗，又是具有特殊性的試驗項目。主要目的是為建筑物地基進行沉降計算提供重要參數。應根據不同變形計算方法或不同的目的，選用不同的試驗方法。

①當用一般有側限壓縮試驗的壓縮模量，按分層總和法進行沉降計算時，其試驗最大荷級只要超過預計的土自重壓力與附加壓力之和即可。

②當采用考慮土層應力史的固結沉降時，試驗的最大壓力應滿足繪制完整的el0gp曲線的需要。即應加至出現較長的直線段為止，以求得先期固結壓力Pc、壓縮指數CC、回彈再壓縮指數CS，當需要考慮沉降速率時，應同時測定固結系數CV。

③當土層的各向異性顯著 (如薄層狀淤泥、粉細砂反復互層出現)，需要了解在垂直荷載作用下，土層水平方向的排水固結情況。這種試驗是在軸向壓力下，試樣上下兩端不排水，而是在水平方向進行徑向排水條件下進行固結過程，求得水平固結系數CH及水平滲透系數KH。必須采用多孔環刀切取土樣，裝入水平固結試驗容器進行測定。

2.2 抗剪強度試驗

土的抗剪強度與試驗方法密切相關，其試驗方法應根據所采用的計算方法 (總應力法或有效力法)、施工速率和土的排水條件等而定。若為驗算邊坡穩定性和擋土墻、錨桿等支擋設計所進行的，一般宜采用直接快剪或三軸不固結不排水剪(UU);當需要估算地基持力層承載力時，宜采用固結快剪或三軸固結不排水剪(CU)求CCU、фCU或有效應力強度C′、ф′。

3 壓縮性試驗參數的確定

壓縮系數a是e-p曲線上某壓力區間的斜率，它并不是一個常數。而是隨所取壓力區間的不同而不同。a1-2則是e-p曲線上固定100～200kPa壓力區間的斜率，一般認為這個壓力區間所確定的壓縮系數能反映土的壓縮特性，可作土性指標看待;當a1-2≥015MPa-1時稱高壓縮性土;當0.5>a1-2≥0.1MPa-1時稱中壓縮性土;當a1-2<011MPa-1時稱低壓縮性土。

《工業與民用地基基礎設計規范》TJ7-74中規定，在進行沉降計算時，壓縮模量ES按式ES=(1+e1)/a1-2計算。由于近年來高層建筑的增多，原定義的a1-2與ES已不適用，用固定壓力區間進行沉降計算結果與實際情況差異較大。國際改為a與ES，其中P1取土層自重壓力，P2取自重加附加壓力這個壓力區間來計算，ES=(1+eo)/a。但同時仍保留a1-2作為評價地基壓縮性的一個土性指標。可見若需測試單位提供ES時，必須提供地基將來附加應力及基礎的埋深才能確定。

4 地基土中某些特殊土的問題

①粉土。粉土不屬于現今的粘性土，它與粉砂有某些相近的性質，可能由于振動作用而發生液化，然而粉土又具有粘性土的某些性質，因其顆粒中含有少量的粘土，故具有微弱的粘聚力和可塑性。但是，粉土中的顆粒，80%(或更多)是粉?；驑O細砂粒，這些顆粒之間存在毛細水，則毛細壓力可使土粒聚合在一起形成“假粘聚力”而呈現“假塑性”，使搓條法塑性試驗不能真正反映這類土的可塑狀態下限。而采用圓錐液限試驗時，圓錐在15S內下沉常不穩定，表明這種液限試驗對這類土也不太適用。可見其IP<10者，液、塑限試驗并不準確。若采用它做唯一的方法劃分某些土的界限值是不太合理的。而以粉砂的下限即粒徑大于0.075mm顆粒含量不超過總質量的50%，且塑性指數IP<10的土，并根據“搖搌反應”區別粉土和粘性土是比較客觀的。

②玄武巖風化土 巖芯鉆探揭示其風化層多呈褐黃色、灰綠色，色雜。土工試驗資料表明，它具有更大的孔隙比多在1.5以上。若土層處于地下水位之下時，其孔隙充滿水，含水率很大。按含水比及液塑比確定的承載力明顯偏低，常常是在表上查不出來。取樣不慎，擾動時結果離散性較大，與實際情況不符。實際上具有較高的承載力。對于這種特殊土承載力的確定，目前國家及地方規范還未做出統一規定。筆者認為，對重要建筑物場地最好用野外載荷試驗來確定。當無條件進行野外載荷試驗時，可采用三軸試驗，模擬圍壓(σ3)與土層實際側壓力接近的條件下，測定(σ1-σ3)～ε關系曲線，結合力學公式計算，多種方法分析對比研究，參照當地經驗從而確定其承載力較為恰當。