摘要：土工试验是解决土工问题的一个工作环节,它与勘探取样、设计、施工都有关系,为工程勘察和设计提供可靠的计算数据。本文介绍了土工试验的内容、主要仪器设备及试验时应注意的问题,并就其发展趋势进行了简要说明,为工程实践提供依据。
关键词：工程勘察; 土工试验; 设备仪器; 问题
1引言
工程勘察是根据建设工程和法律法规的要求,查明、分析、评价建设场地的地质地理环境特征和岩土工程条件,编制建设工程勘察文件的活动,包括工程测量,岩土工程勘察、设计、治理、监测,水文地质勘察,环境地质勘察等工作。
建设工程的勘察,担负着为工程建设提供地质资料的任务。建设工程的勘察人应当按照现行的标准、规范、规程和技术条例,进行工程测量、勘测工程地质和水文地质等勘察工作,并按照合同规定的进度提交符合质量要求的勘察成果。工程勘察质量是决定整个建设工程质量的基础,是工程设计和施工的基础和依据。如果勘察质量存在问题,设计也必然不准确,整个建设工程质量也就没有保障。因此，工程的勘察、设计必须符合质量要求。但是,由于目前勘察企业自身质量体系不完善、野外作业不符合规程、试验仪器不符合要求、资料整理未按程序进行、勘察方案不合理、思想上不重视等因素,造成很多勘查工作没有发挥其应有的作用,甚至影响后续工作的进行。诸多的工程经验强调了工程勘察工作的重要性,必须在勘察期严格管理,按章进行,才能为工程设计和施工提供可信的依据。
2土工试验介绍
土工试验是解决土工问题的一个工作环节,它与勘探取样、设计、施工都有关系,对工程勘察尤为重要。土工试验的目的是测定土的基本物理、力学性质,为工程勘察和设计提供可靠的计算数据。由于自然界土层自身的不均匀性,取样、保存和运输过程中对原状土的扰动,试验仪器、操作方法的差异以及试验人员的素质不同,使得土工试验中测试的结果存在各种问题,在一定程度上影响到岩土工程勘察的准确评价。因此,对土工试验中存在的问题和试验成果的综合分析有着十分重要的意义。
土工试验技术从试验内容上可分为:土的物理性质试验、土的力学性质试验和土的化学性质试验,以前两类试验为主。其中,土的物理性质试验包括:含水率试验、密度试验、土粒比重试验、颗粒分析试验、界限含水率试验、砂的相对密度试验;土的力学性质试验包括:击实试验、承载比试验、回弹模量试验、渗透试验、固结试验、黄土湿陷试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验、直接剪切试验、反复直剪强度试验、自由膨胀率试验、膨胀率试验、膨胀力试验、收缩试验、冻土密度试验、冻结温度试验、未冻含水率试验、冻土导热系数试验、冻胀量试验、冻土融化压缩试验。土的化学性质试验则包括:酸碱度试验、易溶盐试验、中溶盐(石膏)试验、难溶盐(碳酸钙)试验、有机质试验、土的离心含水当量试验。具体工程中,根据实际情况和规范要求选择需要检测的试验项目。
3土工试验主要仪器和设备
3.1物理试验仪器
土的物理性质试验主要是指土的三项基本指标(含水量、密度、比重)及颗粒分析、液限塑限等,这类试验在工程勘察单位量大面广,耗时又费事,仪器设备的改进会带来显著的效益和高质量的试验资料。
(1)电子天平:电子天平是土工试验中利用率最高的设备,从使用的种类看,感量有1g、011g、0101g、01001g,分别用于颗粒分析、击实试验、含水量、重度、液塑限等。
(2)颗粒分析仪器:对于粒径大于01075mm的颗粒,都是采用系列标准筛分析,筛分过程大多使用振筛机;对于粒径小于01075mm的颗粒,则采用悬液沉降分析法,多数单位采用密度计法,也有一些单位采用移液管法。
(3)液塑限试验仪器:绝大多数单位目前仍采用圆锥仪法、搓条法确定液限塑限,但铁路、公路、冶金、水电等部门的部分单位已推广使用液塑限联合测定仪,这种仪器测定土的液限塑限解决了人为因素对试验结果影响的问题。
3.2力学性能试验仪器
(1)固结试验仪器:近年来,固结试验仪器种类和规格均有增加,初步形成系列和多功能化的格局,主要有以下两种类型:砝码杠杆式固结仪。这是最古老的固结仪,但已形成系列化。从施加的压力大小看,有低压固结仪,对50cm2面积可加压至400kPa,中压固结仪可加压至800kPa,高压固结仪可加压至1600kPa或2000kPa。对于30cm2面积来说,中压固结仪可加压至1600kPa,而高压固结仪可加压至3200kPa或4000kPa,适应于做高压回弹试验。砝码杠杆式固结仪加荷直观,稳定性好,精度较高,但是自动化程度低,劳动强度大,加砝码时的振动对试验结果也产生一定的影响。气压固结仪。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆单联、四联低压固结仪可加荷至600kPa,单联、双联高压固结仪可加压至2000kPa。气压固结仪采用高压气体作为压力源,加荷方便、操作简单,大大减轻了劳动强度,提高了试验的自动化程度,但是容易产生漏气、压力不稳的现象。
(2)直剪试验仪器:在土的抗剪强度试验中,常用的主要有以下几种。一种是双速电动等应变直剪仪,应变速度为018mm/min和2mm/min,可进行固结快剪和快剪试验;第二种是三速电动等应变直剪仪,剪切速度在双速基础上增加0102mm/min,可同时进行慢剪试验;第三种是电动四联等应变直剪仪,它将四台直剪仪联为一体,经变速箱变成三种切速率(0102mm/min、018mm/min、214mm/min),可进行慢剪、固结快剪和快剪试验,它具有手摇加荷装置,无须每次搬动砝码。
(3)静三轴试验仪器:随着勘察水平及土工技术的提高和新规范的使用,各勘察单位对三轴试验重视程度日益增加。目前,勘察单位使用的仪器均为应变控制式三轴压缩仪,根据土的类别与工程要求,分别进行不固结不排水试验、固结不排水试验或固结排水试验。
3.3土工试验数据采集与处理系统
20世纪80年代中后期以来,随着计算机技术的迅速发展,土工试验数据采集和处理自化得到了较大的发展和普及。这项技术把数据采集、数据处理、绘制曲线、打印成果融为一体,同时还增加了直剪试验,三轴试验的数据采集及处理功能,完成了系统与微机的通讯,实现了分散采集、集中处理的多重功能。
4土工试验应注意的问题
由于室外场地土层自身的不均匀性、试验仪器的差异、试验人员操作的误差和取样、保存及运输过程中对原状土的扰动,使得土工试验结果有一定程度的不确定性。因此,必须注意以下问题:
(1)在接收土样时,应核对工程项目的类型和规模,明确试验的依据。制样时,应描述土样的颜色、矿物成分、软硬程度、塑性状态、结构构造,同时对土样的物理力学指标值凭经验作一个估计值,并予以记录,这样有利于后期数据整理时进行对比和综合分析处理,得出符合工程实际的试验数据,同时也有助于试验人员积累经验。
(2)土的含水率、土粒比重、土的天然密度是三项基本物性指标,用它们可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙度、饱和度等其它的物理性质指标。这三项基本指标的正确与否,不仅影响其它物理指标的变化,而且还影响土的力学指标。大多数情况下,问题往往出在含水率和天然密度的测定上。因此,需要对这两个指标进行核实,保证这两个指标的准确性,从而提高其它指标的准确性。
(3)土的液限、塑限对工程比较重要,但在实际操作中,有一些土(如残积土)用眼睛观察含有较多砂粒、砾石及岩屑、岩块,一旦过015mm筛后做界限试验,测出的塑性指数可能很大,不能反映土的实际情况。因此,对这种土最好能采用筛分法确定砂粒含量。如果砂粒含量已达到砂土的标准,就不必再做液、塑限试验。反之,则可进行相应的界限试验确定土的名称。实际上,有些土是处在杂土状态,无法定名,这时可根据工程需要,作相应的处理。
(4)土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力,是土的重要力学性能之一。在计算承载力和评价地基稳定性时,都要用到土的抗剪强度指标。因此正确地测定土的抗剪强度指标,在工程上具有重要意义。有时试验数据和理论数据存在很大的差距,在有些直接剪切试验结果中,有时甚至会出现聚力C为负值的现象,其主要原因在于取样的不均匀,所取试样的性质相差太大所致。因此,在判断试验结果中,不仅从理论上确定,还要考虑多方面客观因素,结合实际分析,以期对土的受力情况有一个正确判断。
(5)土的固结试验是测定土体在压力作用下产生变形的过程,其目的是测定试样在荷重作用下的变形和压力、孔隙比和压力、变形和时间的关系。通过计算求得的各项压缩指标,可用来分析判别土的压缩特性和天然土层的固结状态,从而计算土地基的沉降量,并估算区域性的地面沉降量。为了准确提供这些压缩指标,首先要抓好土样的验收和管理工作,注意试样是否扰动,是否水分流失,并做好记录。在试验过程中,要严格按照国家标准进行操作,消除各种不利因素,及时解决出现的问题。
5结束语
我国土工试验工作者在长期的工作实践中进行了大量实验研究工作,取得了大量的成果,但仍有一些问题需要进一步研究:
(1)围绕着现行的土工试验规范、标准等,结合各自工作中遇到的新情况、新问题,开展研究和技术总结。
(2)开展土工试验等新方法、新问题的研究。
(3)加强土工试验的技术管理和行业管理。
参考文献:
[1]谢立新.土工试验技术的现状与发展[J].山西建筑,2001,27(4):59-60.
[2]马骁霞.土工试验中若干问题的探讨[J].郑铁科技通讯,2009,(1):28-29.
论文作者:蔡林波
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月下
论文发表时间:2017/6/14
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