室內(nèi)土工試驗應(yīng)注意的事項及試驗數(shù)據(jù)的相互驗證

孫小霞，魏榮華

(山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司，山東 濟南 250014)

1 工程概況

某國家高速公路某標(biāo)段總長91.7 km，沿線施工主要以山嶺區(qū)居多。現(xiàn)場施工條件較為復(fù)雜，勘察工作采取工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探等多種方式，從而確保勘察結(jié)果的可靠性。經(jīng)過全面勘察后確定煤礦采空區(qū)的分布情況，驗證其穩(wěn)定性，評價其對于施工作業(yè)所造成的不良影響，以此作為工程設(shè)計與施工作業(yè)的參考。

2 室內(nèi)土工試驗的重要作用

室內(nèi)土工試驗可有效揭示土的特性，在此基礎(chǔ)上合理劃分土層，同時作為設(shè)計工作的關(guān)鍵參考指標(biāo)[1]。由此表明，土工試驗應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范有序落實到位，確保所得結(jié)果的準(zhǔn)確性，否則將對后續(xù)工作的開展造成不良影響。但巖土的特殊之處在于其缺乏均勻性，取樣、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)都伴有諸多外界干擾因素，加之操作方法、儀器精度等方面的影響，易導(dǎo)致室內(nèi)土工試驗結(jié)果偏離實際情況。因此，以何種方式做好室內(nèi)土工試驗至關(guān)重要，也是每位試驗專業(yè)人員亟需解決的問題。

3 室內(nèi)土工試驗的具體技術(shù)要點

3.1 確定工程要求，合理組織試驗

土工試驗具有系統(tǒng)性，各項工作必須以工程要求為核心依次落實到位[2]。土工試驗人員不可獨立工作，應(yīng)積極與勘察人員以及設(shè)計人員溝通，明確工程的具體要求，以此為導(dǎo)向合理組織土工試驗，權(quán)衡好主次關(guān)系。

3.2 開樣記錄的完整性和試樣制備的可行性

1)開樣記錄。保證各項數(shù)據(jù)的一致性，例如送樣單與土樣標(biāo)簽的內(nèi)容不可存在偏差，以土樣編號為依據(jù)確定合適的實驗室土樣編號，以便給分析工作提供便捷的條件。開樣記錄應(yīng)具有全面性與準(zhǔn)確性的特征，應(yīng)交由具有資質(zhì)的人員完成此項工作，并采取用眼觀察、用手按捏等多種方式，判斷土樣在狀態(tài)、軟硬程度等方面的情況，其中的各項信息都要得到完整的記錄。開樣記錄必須足夠詳細(xì)，若僅僅停留在簡單描述的層面，將導(dǎo)致無法準(zhǔn)確反映土樣特征，對試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性以及后續(xù)施工作業(yè)的可行性都造成嚴(yán)重影響[3]。

2)試樣制備。取樣時的干擾因素較多，常伴有應(yīng)力釋放、結(jié)構(gòu)擾動等問題，因此，必須以合理的方式制備試樣。例如取樣過程中應(yīng)加強防護，以免土樣質(zhì)量偏離預(yù)期；在取樣前做好全面的檢查，明確切土刀的使用情況，如確認(rèn)是否存在缺陷等，其必須沿刀外側(cè)切削；以土樣的軟硬程度為主要參考因素，通過鋼絲鋸整平環(huán)刀兩側(cè)，施工期間也應(yīng)加強檢測，以保證制得的試樣能夠用于試驗分析工作中，從而提高試驗結(jié)果的可靠性。

需注意的是，在制備界限含水率樣品時應(yīng)注重前期的優(yōu)化處理，即必須浸泡過夜，否則將導(dǎo)致試驗結(jié)果低于實際值。而根據(jù)表1的內(nèi)容也可得知，在未經(jīng)過浸泡處理時，試樣的試驗結(jié)果相對更低。

表1 不同試驗方法的界限含水率

3.3 土的液限與塑限

1)土的液限反映的是界限含水量，且建立在由可塑狀變?yōu)榱鲃訝畹那疤嵯拢芟迍t對應(yīng)的是可塑狀到半固體狀態(tài)。相比之下，土的液限更具有參考價值，能夠給土的分類定名提供可靠的依據(jù)，可在此基礎(chǔ)上求得塑性指數(shù)和液性指數(shù)，進而評價細(xì)粒土地基的容許承載力。為確保所得實測結(jié)果的準(zhǔn)確性，則必須依據(jù)規(guī)范做好相應(yīng)操作，例如給予充分的攪拌。

2)現(xiàn)階段，土液限及塑限檢測過程中依然存在諸多待改進之處，例如測定值的可行性問題。根據(jù)《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123—2019)規(guī)定可知，試驗方法針對的是粒徑<0.5 mm的土，但在實際操作中必然存在粒徑≥0.5 mm的粗顆粒，此時應(yīng)使用規(guī)格為0.5 mm的篩過濾處理，但帶來的問題是經(jīng)過處理后的材料實測值并不能準(zhǔn)確反映其實際情況，這也很好地解釋了為何室外觀測與室內(nèi)試驗結(jié)果不符的問題。對此，在土中含砂量較大的情況下應(yīng)做好顆分處理，以便得到更為準(zhǔn)確的液限指數(shù)實測值。

4 土工試驗數(shù)據(jù)的相互驗證分析

室內(nèi)土工試驗全流程中，土的物理性質(zhì)是重要影響因素，其對于土的力學(xué)性質(zhì)將帶來決定性影響，同時在外界環(huán)境變化的情況下，土體的強度也將隨之改變。受土體結(jié)構(gòu)特殊性的影響，導(dǎo)致其對外界環(huán)境具有極高的敏感度，若存在外力作用則容易發(fā)生變形現(xiàn)象。在土體受力條件下，土的物質(zhì)組成將明顯決定其力學(xué)性質(zhì)。

經(jīng)試驗并確定具體的室內(nèi)土工試驗結(jié)果后，可分析數(shù)據(jù)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性，從而對結(jié)果做出客觀的判斷，剔除與客觀規(guī)律不符的參數(shù)，對剩余的參數(shù)展開計算，確保所得試驗結(jié)果具有足夠的準(zhǔn)確性。確定試驗結(jié)果后，在各層土體中選擇適量具有代表性的樣品，反演指標(biāo)并彼此相互驗證，以便分析試驗數(shù)據(jù)的真實性。對此，本文選取幾組典型的土工試驗數(shù)據(jù)，圍繞其相關(guān)性展開驗證，以期探討具體結(jié)果。

4.1 土的壓縮指數(shù)和回彈指數(shù)與土的液限

為明確各類土的壓實性和固結(jié)性的實際情況，需通過壓縮指數(shù)、壓縮系數(shù)、回彈指數(shù)等相關(guān)指標(biāo)展開綜合分析。為探討正常固結(jié)土和超固結(jié)土兩類所具有的壓縮性，此處提出了Cc-壓縮指數(shù)和Cs-回彈指數(shù)，以期通過兩項指標(biāo)用于說明。

取壓縮e-LgP曲線，其對應(yīng)的斜率值k則等同于Cc值，指的是正常固結(jié)土所具有的壓縮性；取回彈再壓縮e-LgP曲線，經(jīng)計算后確定其斜率k值，其等同于Cs值，指的是超固結(jié)土的壓縮性。顯然，伴隨著Cc值的提升，在此變化條件下土的壓縮性則越高。

若為同一試樣，其具有的壓縮指數(shù)在任何環(huán)境中始終維持穩(wěn)定，無論壓力如何變化其均為定值。壓縮系數(shù)a則具有變化特性，主要受到壓力的影響。土的壓縮性主要與土的密實度有關(guān)，具體可通過孔隙比e、含水率w、液限含水率W1等相關(guān)指標(biāo)反映。各項指標(biāo)間具有緊密的關(guān)聯(lián)，現(xiàn)階段以太沙基及派克的經(jīng)驗公式較為典型，具體有：不擾動土Cc=0.009(Wl-10)，Wl=50時，Cc=0.36；重塑土Cc=0.007(Wl-10)，Cs=1/10Cc，具體關(guān)系如圖1所示。

圖1 實測E-LOGP關(guān)系示意圖

4.2 土的壓縮系數(shù)與孔隙比

壓縮系數(shù)與孔隙比也具有特定關(guān)系，具體有：a1～2=0.384e2.7(e=0.56～1.80)。

根據(jù)上述公式，可以驗證Cc、Cs及a的關(guān)系，以便分析實測值的準(zhǔn)確與否。但土樣表現(xiàn)出顯著的地域性特征，在不同地區(qū)都有其特殊性，因此，需充分考慮到地區(qū)內(nèi)豐富的試驗資料，以此為依據(jù)創(chuàng)建經(jīng)驗關(guān)系，從而進行合理的驗證，確保所得試驗數(shù)據(jù)能夠最為精準(zhǔn)地反映實際情況。

4.3 土的擊實性指標(biāo)與液塑限

在擊打作用下，土體內(nèi)的氣體將會逐步向外排出，此時僅有部分水分賦存在土的空隙內(nèi)，可將其視為最優(yōu)含水量。該項指標(biāo)與土的液塑限具有緊密關(guān)聯(lián)，在土的塑性不斷增加的情況下，其對應(yīng)的最優(yōu)含水量也表現(xiàn)出隨之加大的變化規(guī)律。

以所得的液塑限指標(biāo)為基準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)資料可查出與最優(yōu)含水率最接近的值，再結(jié)合土的顆粒成分含量分析結(jié)果，基于上述指標(biāo)即可得到土的最優(yōu)含水量，并且還可驗證擊實試驗，分析其對應(yīng)的最優(yōu)含水量是否具有準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語

土工試驗可幫助工程人員掌握現(xiàn)場土的基本性質(zhì)，是巖土工程勘察中至關(guān)重要的一項活動，所得結(jié)果應(yīng)具有足夠的準(zhǔn)確性，否則會給工程設(shè)計與施工帶來錯誤的指導(dǎo)。土工試驗專業(yè)人員應(yīng)準(zhǔn)確認(rèn)識到土工試驗的基本作用，明確現(xiàn)階段的作業(yè)規(guī)范，以科學(xué)的方式做好土工試驗相關(guān)工作，確保所得結(jié)果的準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上順利開展剩余的工程活動。

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