試述土工試驗(yàn)中土的物理力學(xué)指標(biāo)影響因素

方蔚成

(廈門(mén)華巖勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，福建 廈門(mén) 361004)

巖土工程勘察工作中，土工試驗(yàn)是重要的組成部分，所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以為巖土工程勘察設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考依據(jù)。由于施工場(chǎng)地有限，工作人員所具備的技術(shù)能力有所不同，所采用的試驗(yàn)儀器存在不同，必然會(huì)對(duì)試驗(yàn)成果產(chǎn)生一定的影響，使得準(zhǔn)確性無(wú)法保證，試驗(yàn)結(jié)果缺乏科學(xué)，精確度不夠高，數(shù)據(jù)信息缺乏真實(shí)性，導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)質(zhì)量受到影響。所以，對(duì)于室內(nèi)土工試驗(yàn)中所存在的問(wèn)題進(jìn)行研究是非常必要的，以準(zhǔn)確判斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。

1 土工試驗(yàn)中物理力度指標(biāo)的分類

土工試驗(yàn)是在室內(nèi)展開(kāi)的，主要包括兩種方式，即物理性試驗(yàn)方式和力學(xué)性試驗(yàn)方式。采用物理性試驗(yàn)方式，在測(cè)定土的時(shí)候不會(huì)受到人為因素的影響，包括密度、含水率、比重、顆粒級(jí)配以及液塑限等各項(xiàng)指標(biāo)都不會(huì)受到影響，所獲得的結(jié)果可以為巖土工程師以及工程勘察人員提供有價(jià)值的依據(jù)，為更好地劃分地基土層[1]。在進(jìn)行力學(xué)性試驗(yàn)的時(shí)候，在外力作用下測(cè)定土體，明確土體對(duì)外力能力的抵抗指標(biāo)，諸如土體的抗剪強(qiáng)度、土體的壓縮性以及土體的滲透性等等，為巖土工程師以及設(shè)計(jì)人員提供依據(jù)，在設(shè)計(jì)建筑物基礎(chǔ)的時(shí)候，為基坑支護(hù)提供有價(jià)值的依據(jù)，為邊坡穩(wěn)定性提供參考依據(jù)。

2 土的物理性指標(biāo)及影響因素

要充分了解土的物理性質(zhì)指標(biāo)，就可以對(duì)土樣物理指標(biāo)予以掌握，諸如土樣的密實(shí)度以及土樣的含水率等等，同時(shí)還可以獲得土樣的其他物理指標(biāo)，諸如土樣的孔隙比、土樣的液性指數(shù)、土樣的土粒比重、土樣的飽和度、土樣的液限、土樣的塑性指數(shù)、土樣的塑限以及土樣的含水率，其中比較重要的物理指標(biāo)是土的含水率、密度以及土粒的比重等等，這些在土工試驗(yàn)中就可以獲得結(jié)果，通過(guò)換算這三種物理指標(biāo)，就可以獲得其他的物理指標(biāo)。

在土的各項(xiàng)物理指標(biāo)中，含水率是非常容易變化的，而且土質(zhì)不同，其中所含有的水分也會(huì)有所不同，如果存在其他因素，也會(huì)對(duì)土的含水率造成一定的影響，比如，土層存在不均勻性、沒(méi)有按照規(guī)范進(jìn)行取樣，當(dāng)土樣運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，以及向試驗(yàn)室運(yùn)輸以及對(duì)土樣的儲(chǔ)存期間，都會(huì)受到各種因素的影響，特別是環(huán)境溫度的變化，土樣的含水量也會(huì)發(fā)生變化[2]。

土的總質(zhì)量與總體積之間的比例就是質(zhì)的密度，這就是單位體積土的質(zhì)量。從土的狀態(tài)對(duì)一般土質(zhì)的密度進(jìn)行劃分，主要包括三種，即土樣的天然密度、土樣的干密度以及土樣的飽和密度等等。

3 力學(xué)性指標(biāo)及影響因素

土的力學(xué)指標(biāo)有很多，主要包括回彈模量、壓縮系數(shù)、承載比、壓縮指數(shù)、固結(jié)系數(shù)、壓縮模量、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角等等。隨著土的體積產(chǎn)生變形，通常是隨著土體積的縮小來(lái)呈現(xiàn)，所以，外力作用下會(huì)產(chǎn)生體積縮小的問(wèn)題，這就是土體的壓縮性。對(duì)于土的壓縮性可以采用固結(jié)試驗(yàn)加以確定，其主要包括兩個(gè)特點(diǎn)，其一是土的壓縮性會(huì)隨著土內(nèi)孔隙的縮小而減小體積，其二是當(dāng)排除孔隙水之后，土樣就會(huì)出現(xiàn)壓縮的現(xiàn)象，飽和黏土經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后就會(huì)逐漸恢復(fù)，隨著時(shí)間的變化，壓縮性也會(huì)產(chǎn)生變化，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，土也會(huì)逐漸固結(jié)。進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)的時(shí)候，需要對(duì)土質(zhì)的壓力進(jìn)行測(cè)定。土的其他指標(biāo)，包括土的力學(xué)性指標(biāo)以及土的的抗剪強(qiáng)度等等，都會(huì)受到外界因素的影響，導(dǎo)致剪應(yīng)力發(fā)生變化，抵抗力也會(huì)隨之產(chǎn)生。

影響土的物理性的主要因素包括如下幾個(gè)方面。

3.1 土內(nèi)礦物成分以及顆粒形狀所帶來(lái)的影響

對(duì)于黏性土而言，礦物質(zhì)是重要的影響成分，通過(guò)測(cè)試黏性土，就會(huì)發(fā)現(xiàn)黏性土的抗剪強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生變化，這是由于土內(nèi)所含有的礦物多種多樣，其中礦物質(zhì)含量也會(huì)發(fā)生變化，這必然會(huì)對(duì)黏性土造成不良影響，土中所含有的礦物含量產(chǎn)生變化，黏性土的性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。

對(duì)于砂性土而言，對(duì)其性質(zhì)產(chǎn)生很大影響的是顆粒形狀產(chǎn)生的影響以及級(jí)配產(chǎn)生的影響。在砂性土當(dāng)中，土的顆粒級(jí)配必然會(huì)影響顆粒的大小，諸如顆粒的粗細(xì)不同、大小不同，產(chǎn)生不同的形狀等等，隨著顆粒數(shù)量的增多，表面就會(huì)更加粗糙，由此增加土的內(nèi)摩擦角，提高了土的抗剪強(qiáng)度。

3.2 天然含水率的影響

土體的天然含水率增加，液限指數(shù)也會(huì)增加，必然會(huì)減弱細(xì)粒土的連結(jié)，降低其強(qiáng)度。粗粒土?xí)绊懙酵馏w的含水率，當(dāng)干砂土處于純凈狀態(tài)下的摩擦角必然會(huì)很大，與干砂土在飽和狀態(tài)下相比，會(huì)增加內(nèi)摩擦角，由于土體中含有少量的毛細(xì)水，導(dǎo)致干砂土中所含有毛細(xì)水產(chǎn)生連結(jié)，形成一定的黏聚力，但是如果黏聚力比較小，這種毛細(xì)水的連結(jié)就不必存在了。

3.3 密實(shí)度的影響

隨著土內(nèi)存在很大的密實(shí)度，這是由于土內(nèi)的孔隙比會(huì)減小，土的接觸點(diǎn)會(huì)相應(yīng)地增大，使得細(xì)粒土中的連結(jié)就會(huì)降低，土的強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)地降低。在土中，土的密實(shí)度是非常重要的，對(duì)土進(jìn)行深入研究，土中的孔隙非常小，土的抗剪強(qiáng)度就會(huì)增加，兩者存在反比的關(guān)系。

3.4 受力條件的影響

土的含水量會(huì)對(duì)其連結(jié)度產(chǎn)生影響，土的結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)其連結(jié)度產(chǎn)生影響，其對(duì)擾動(dòng)有較高的敏感度，這是由于土結(jié)構(gòu)在擾動(dòng)的作用下遭到破壞，隨著連結(jié)逐漸消弱，抗剪強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)地降低，兩者是存在正相關(guān)性的[3]。

4 土的物理力學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性

通過(guò)上面的研究，分析土的物理指標(biāo)和力學(xué)指標(biāo)，認(rèn)識(shí)兩者不是各自獨(dú)立存在的，而是相互作用的。土的物理性質(zhì)對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)起到了決定性的作用，土的強(qiáng)度也不是固定不變的，而是隨著外界環(huán)境發(fā)生變化，土的強(qiáng)度也發(fā)生變化，擾動(dòng)對(duì)天然土體的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此需要高度重視。土的礦物成分關(guān)于到土的力學(xué)性質(zhì)，通過(guò)試驗(yàn)獲得的結(jié)果進(jìn)行分析，能夠知道土體壓縮成為曲線形狀與其含水率有密切關(guān)系，與土質(zhì)結(jié)構(gòu)之間也存在關(guān)聯(lián)性。從土內(nèi)的砂粒以及其中所含有的礦物成分角度而言，土粒比重發(fā)揮著重要的作用，如果土中所含有的礦物含量比較多，土粒所占有的比重就會(huì)比較大，如果土的黏土粒含量比較多，土粒所占有的比重也會(huì)比較大，土的塑性指數(shù)也會(huì)相應(yīng)地變大。土的塑性直接關(guān)乎到土的抗剪強(qiáng)度，隨著土的塑性減小，土的內(nèi)摩擦角值就會(huì)有所增加。此外，土內(nèi)的含水率也會(huì)直接影響到土的力學(xué)指標(biāo)，處于同一環(huán)境中，在同一類的土中，隨著含水率的增加，土的內(nèi)摩擦角就會(huì)減小，黏聚力也會(huì)相應(yīng)地減小。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)上面的研究可以明確，隨著工程量的增加，工程任務(wù)的不斷加重，加之工期非常緊張，土工試驗(yàn)室工作就越發(fā)重要，而且工作量也明顯增加。要保證工程質(zhì)量，試驗(yàn)人員就要從工程實(shí)際出發(fā)展開(kāi)試驗(yàn)，做到實(shí)事求是，將土的物理性質(zhì)結(jié)合到力學(xué)性質(zhì)當(dāng)中，將兩者緊密結(jié)合起來(lái)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行分析，將科學(xué)合理的土工試驗(yàn)報(bào)告提供出來(lái)，保證報(bào)告內(nèi)容的準(zhǔn)確性。