淺析室內土工試驗中的部分問題

莎日娜

內蒙古第十地質礦產勘查開發院 內蒙古赤峰 024000

1 試驗過程簡述及存在的問題分析

1.1 含水率試驗

試驗采用的方法為烘干法和酒精燃燒法。烘干法就是取偶數個鋁盒進行編號（除盒上刻有編號的），然后在天平上稱出空鋁盒的重量并做記錄，每個盒取待測土樣15-30g進行稱重、記錄，需注意的是同一組的土樣-盒總重應相當，因為測含水率測的就是細微的差別，且盒中土樣的水分不多，在環境中易蒸發。記錄完畢需將盒和土樣放入105-110℃的烘箱中烘至恒重，黏質土不少于8h，砂類土不少于6h，需強調的是烘干過程中禁止對鋁盒加蓋，否則水分在盒中難蒸發，烘好后取出土樣冷卻至室溫方可稱重記錄[1]。

試驗過程中發現用于鋁盒編號的標簽在烘干后易脫落，對試驗造成誤差。一張標簽的重量在0.05g左右，如果烘干后忽略了脫落的標簽的重量，最終的含水率會偏離0.6%左右。另外標簽上的黏結劑在高溫下也會發生變化，從而影響最終試驗數據的準確度，因此購買器材時請求廠家在盒身上刻錄編號。

酒精燃燒法是用工業酒精（不是醫用酒精）倒入裝有細粒土的鋁盒，使其剛好淹沒土樣，這樣反復燃燒三次，最后一次燃燒完畢后立即蓋好盒蓋稱干土與盒質量。每盒裝入代表性土樣量為黏質土5-10g，砂質土20-30g。由于燃燒過程中火焰呈淡藍色，當燃燒到一定程度，肉眼無法判斷火焰是否熄滅，這時可用引物去判斷，需要注意的是零星火焰未完全熄滅，切勿倒入酒精。試驗發現，當細粒土中存在黏結的小顆粒時不宜使用酒精燃燒法測含水率，因為即便是燃燒，小顆粒內部的水分也不能徹底蒸發，同時燃燒過程中會有新的小顆粒形成，所以試驗土樣宜保證絕對細、均勻。

1.2 界限含水量試驗

采用液、塑限聯合測定法測定土樣的液塑限，基本步驟總結起來就是，取一定量過篩的土樣放入調土盤里通過加水、吹干反復操作制備土樣，制備成功的判別依據是制備好的土樣裝入盛土杯中，將杯放在液、塑限聯合測定儀上，按下控制按鈕使質量為76g的圓錐自由落體下錐入土體中，不同的含水率下錐入深度分別能達到3-4mm，7-9mm，15-17mm即為成功。成功后需靜待5s才能記錄實際錐入深度，并取杯中部土樣裝入鋁盒中測定含水率，最后將數據繪制成曲線，經過幾何處理得到土樣的液、塑限。過程簡單，但是要測好測準就比較難，試驗過程受人主觀性控制。試驗中發現在把制備好的土樣裝入盛土杯的過程中，用力壓實土樣為錯誤的操作，根據經驗裝入時是從杯四周逐漸向中心裝入土樣，通過輕微的擠壓使其密實，而非用力壓實。翻閱規范，并未提及如何裝入，水利部編訂的《土工試驗方法標準》GB/T50123-1999規定：將制備的試樣攪拌均勻，填入試樣杯中，填樣時不應留有空隙，對較干的試樣應充分搓揉，密實地填入試樣杯中，填滿后刮平表面[2]。南京水利科學研究院編訂的《土工試驗規程》SL237-1999規定：將制備好的土膏用調土刀充分調拌均勻密實地填入試樣杯中，應使空氣逸出，高出試樣杯的余土用刮土刀刮平，隨即將試樣杯放在儀器底座上。兩種規范均講到密實這一效果，卻沒講如何密實。筆者理解的是用力按壓或用輔助物端頭敲擊，在一定程度上會破壞土體結構，且使土樣水分分布不均，圓錐錐入的阻力變大，錐入深度就會減小，與實際情況不符。

1.3 直剪試驗

直剪試驗分為慢剪、固結快剪和快剪試驗，試驗設備為四連直剪儀。試驗采用是快剪方法，首先將直剪儀剪切盒的銷釘固定，調試試驗各部件間的接觸，使百分表接觸受力，并使指針留有富余的轉動空間，記錄百分表的初始讀數，然后在剪切盒內壁涂上少量凡士林，盒底放上透水石和塑料薄膜，將環刀里的土樣壓入盒中，上部分別放上塑料薄膜和透水石，然后蓋上盒蓋，放上傳力裝置，加載接觸。特別強調試驗是在拔掉銷釘的前提下進行的，否則會將儀器剪壞。如果是連剪儀，未進行試驗的幾臺需與轉動桿斷開，一般是將連接處的螺栓提起即為斷開。試驗中強調將濾紙替換成塑料薄膜，這一點需要重視，不能只墊透水石，也不能用濾紙代替塑料薄膜，之所以這樣是和工程中的實際問題對應的，快剪試驗類似三軸試驗中不固結不排水試驗，在實際工程中反映的是上部荷載較快施加，地基土還來不及固結和排水就開始受到剪切的情況。因此用塑料薄膜就是用來模擬地基土的不排水，所以試驗中不能變更，否則測得的參數反映不出實際問題。

1.4 固結試驗（標準固結）

在固結儀中分別放入濾紙和透水石，透水石需用水浸濕，與土樣的濕度相當，將裝有土樣的環刀放入固結儀中，套上護環，然后在試樣上放薄濾紙、透水板和加壓蓋板，置于加壓框架下對準加壓框架的正中安裝量表，安裝百分表時也需預留指針轉動空間，防止固結的過程百分表接觸頭脫離加壓框架，試驗無法繼續。安裝好各個部件后掛上托盤，保證各個接觸部位接觸良好，記下百分表初始讀數。需要注意的是在試驗開始之前要進行杠桿的調平，同時對于非飽和土樣需在加壓蓋四周用棉花進行孔隙的密封，防止試驗過程中水分大量蒸發。所有工作都準備好后方可進行標準固結試驗，通常每隔24h加載一級，直到加至目標荷載。標準固結試驗的數據記錄是一個耗時的過程，需要幾天才能完成，所以務必保證試驗操作步驟的正確。筆者在試驗的過程中就發現，在高壓固結的情況下，當達到一定荷載時，杠桿會搭接到儀器桌的橫梁上，導致固結難以進行[3]。所以若儀器桌沒有橫梁，就不會考慮這個情況，若有，則要在某級荷載穩定的情況下，以最快的速度再次進行調平，預留足夠的距離進行高壓固結。

2 結語

室內土工試驗是獲取土樣力學參數的一種手段，通過規范操作得到的數據可為設計施工方提供參考，為了保證這一參考價值，試驗人員在試驗開始前一定要認真研讀相關規范，試驗過程中需留意試驗現象，對于不確定、規范又未說明的問題，可以做探究試驗，如標簽的影響、儀器的影響、取土的部位等；在試驗的過程中發現問題，解決問題。試驗數據要做到及時整理，避免數據和試驗不對應；在進行數據處理時盡可能使用計算軟件，如Excel、matlab等，規避人的主觀性和手工計算誤差。