土工試驗技術現狀與發展趨勢

胡 晨

(山西省地質礦產勘查開發局二一一地質隊，山西 忻州 034000)

土工試驗技術現狀與發展趨勢

胡 晨

(山西省地質礦產勘查開發局二一一地質隊，山西 忻州 034000)

介紹了土工試驗技術包含的主要內容及其試驗類型，從土工試驗儀器、設備、自動化系統及試驗方法標準等方面著手，探討了當前土工試驗技術的現狀，并對土工試驗技術的未來發展趨勢進行了展望，推動了巖土工程理論的研究發展。

土工試驗，試驗儀器，自動化系統，試驗方法

就土工試驗技術而言，其主要包括試驗儀器、設備以及方法、標準等內容，就試驗內容而言，包括土的物理性質、力學性質、化學性質等試驗類型。具體而言，物理性質試驗還可分為含水率、土粒、顆粒分析、界限含水率、砂相對密度、密度等試驗類型；而力學性質試驗可分為擊實、回彈模量、固結、三軸壓縮、承載比、滲透、黃土濕陷、自由膨脹率、收縮、凍結溫度等試驗；化學性質試驗分為酸堿度、石膏、易溶鹽碳酸鈣、有機質、離心含水當量等試驗類型。土的化學試驗主要包括如下：易溶鹽總量及相關離子組成、中溶鹽石膏、難溶鹽碳酸鈣、酸堿度及有機質等試驗類型，這些都是土中化學性質比較活躍的物質，會對巖土工程中土的工程性質產生較為顯著的影響。在工程實踐中，必須結合具體情況、規范要求等，來選取所需試驗項目。

1 土工試驗儀器與自動化系統

1.1 物理試驗儀器

土工物理性質試驗，指的是對土的含水量、密度、比重三大基本指標，以及顆粒、液限塑限等進行分析的過程，此類試驗不僅工作量大，而且面廣，耗時、耗力，若改進儀器設備將會收到顯著的效益，并獲取極具價值的試驗資料。1)電子天平。這是物理性質試驗中利用頻率最高的設備之一，就使用種類而言，感量包括1 g，0.1 g，0.01 g，0.001 g，分別對顆粒、擊實、含水量、重度、液塑限等進行分析和試驗。2)顆粒分析儀。就粒徑超過0.075 mm的顆粒而言，通常需要通過系列標準篩進行分析，篩時多采用的是振篩機，就粒徑小于0.075 mm的顆粒而言，則需要借助于懸液沉降分析方法，就多數單位而言，所采用的是密度計法，當然，也有部分采用的是移液管法。3)液塑限試驗儀。就多數單位而言，當前所采用的多為圓錐儀、搓條等方法，來對液限塑限進行確定，但是，對于鐵路、公路、水電等很多部門而言，已開始全面推廣和應用液塑限測試儀，該儀器解決了人為因素的影響，提高了測定結果的精確度。

1.2 力學試驗儀器

1)固結試驗儀。近幾年，固結試驗儀的種類、規格開始朝著系列、多功能等格局轉變，主要包括如下類型：一是砝碼杠桿式儀，這已經成為最傳統的固結試驗儀器，但也實現了系列化。就施加壓力程度而言，低壓固結儀能夠對50 cm2的面積加壓到400 kPa，中壓、高壓固結儀分別可達到800 kPa，1 600 kPa～2 000 kPa。就30 cm2的面積而言，中壓固結試驗儀能夠加壓到1 600 kPa，高壓固結試驗儀則能夠加至3 200 kPa～4 000 kPa，并適用于進行高壓回彈試驗。這種固結儀具有直觀、穩定性能佳、精確度高等優勢，但由于自動化水平不高、勞動強度較大，砝碼過程中的振動會影響結果等問題，因而應用越來越少；二是氣壓式固結儀。就單聯、四聯低壓式固結測試儀，可加至600 kPa，而單聯、雙聯高壓式固結測試儀可加到2 000 kPa。該試驗儀器采用高壓氣體作壓力源，不僅加荷過程方便，而且操作簡便，減弱了勞動強度，提高了自動化水平，但易出現漏氣、壓力不穩等一系列問題。2)直剪試驗儀。就土抗剪強度試驗而言，主要采用如下類型：一是雙速電動等應變直剪儀，其應變速度可以達到0.8 mm/min或2 mm/min，能夠進行固結或快剪試驗；二是三速電動等應變直剪儀，應變速度較雙速而言增加了0.02 mm/min，還可以同時開展慢剪試驗；三是四聯等應變直剪儀，其集四臺直剪儀于一體，通過變速箱轉變為0.02 mm/min，0.8 mm/min，2.4 mm/min三種剪切率，能夠進行慢剪、固結快剪、快剪三種試驗，且具有手搖加荷裝置，無須調節砝碼。3)靜三軸試驗儀。當前，勘察時常采用三軸壓縮儀，結合土類、工程等需求，分別進行不固結不排水、固結不排水、固結排水等試驗。

1.3 土工數據采集及自動化處理系統

計算機等高新技術的應用，推動了土工試驗數據的自動化采集與處理。該技術將數據采集、處理、曲線繪制、打印等融合于一體，并增加了三軸、直剪等試驗數據采集、處理，實現了分散化采集、集中化分析和處理等多種功能。

2 土工試驗方法標準

當前，國內有關土工試驗方法的標準包括：《土工試驗方法標準》，土工試驗室執行國家、行業標準，鐵路、公路、水利行業標準等，其中所規定的試驗方法幾乎相同，只是結合各行業特點，在細節方面進行了具體要求，或增減了試驗項目。為了有效規范土工試驗市場，需要進一步出臺更為規范的標準。

3 土工試驗技術未來發展趨勢

1)試驗環境日趨優化。當前土工試驗標準還未對土工試驗環境提出明確規范要求，但已經有很多企事業單位配備了完善的溫濕調節器，實現了試驗區的獨立化管理，基本滿足了土工試驗環境要求，但仍有單位為節省開支，采用條件較差的場所進行試驗，致使土樣變質，難以確保土工試驗結果的科學性。未來我國將出臺一系列規范，土工試驗環境將得到逐步優化。2)土工試驗技術人員綜合素質逐步提升。土工試驗對于相關技術操作人員的要求很高，技術人員通常都具有正規教育，在實踐過程中有專人幫帶，并開展技術評比等多項活動，積累豐富經驗。但依然存在部分技術人員雖文化基礎高，但缺乏實際操作能力，加之缺乏吃苦精神，致使土工試驗技術能力不高，隨著經濟發展步伐的加快，對于土工試驗技術人員的要求也越來越高，不少單位開始關注技術人才引進和現有人才培訓，未來我國土工試驗技術人員的綜合素質將逐步提高。3)行業準入及監管制度日趨完善。隨著勘察市場改革的逐步深入，外業鉆隊逐漸實現了勞務分包，勘察資質對于土工試驗單位的要求較弱，某些缺乏資質的單位也能夠承攬項目。隨著土工試驗逐步被推向市場，我國勢必將出臺行業準入、監管規范，并進一步加以完善。

4 結語

作為一門土的試驗技術，土工試驗技術在巖土工程領域的地位和作用不容置疑。隨著土工試驗技術的逐步發展，其對于巖土工程理論及實踐發展均將帶來巨大的推動作用。

[1] 孫秀英.工程勘察中土工試驗應用流程研究.科技創新導報,2013,11(12):392-393.

[2] 牟太平,張 嘎,張建民.土坡破壞過程的離心模型試驗研究.清華大學學報(自然科學版),2006,46(9):1522-1525.

On civil engineering test technology and its development

Hu Chen

(No.211GeologicalBrigadeofShanxiGeologicalMiningSurveyandDevelopment,Xinzhou034000,China)

The paper introduces the main contents of the civil engineering tests and its test types, explores its status from the civil engineering testing devices, equipment, automatic system and testing standards, and has the prospect for the civil engineering test technology, so as to enhance the theoretic development of the geotechnical engineering.

civil engineering test, testing device, automatic system, testing method

2015-09-28

胡 晨(1986- )，女，助理工程師

1009-6825(2015)33-0093-02

TU411

A