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摘要：土工试验是勘察设计工作中的一项基础性工作，勘测结果的可靠性和准确性会对工程安全和工程质量造成比较大的影响。由于土体自身较为复杂，在试验过程中存在仪器设备、测试方法、人员素质等方面的差异，所以在进行测试时要注意对存在疑问的数据进行分析，保证土工试验数据的准确性，为工程设计提供数据参考。
关键词：土工试验；道路施工；应用
1土工试验概述
土工试验作为岩土工程勘察的重要组成部分，其结果对岩土勘察质量产生重要影响。土工试验的主要通过室内试验进行，当把土工试验和野外岩土勘察结合起来，收集相关数据，理论结合实际，才能构成定量、定性分析，得出合理结果;通过合理结果才能找出勘察中存在问题，才能采取有效措施对其进行修正，提供更真实可靠的数据。土工试验在工程地基及工程中需要用到填埋时应用较为广泛，通过对数据进行分析，能够为工程提供可靠参数，确保工程建设的稳定性;同时，土工试验为地基建设和基础机构提供安全保障作用，通过研究土壤的物理性质指标和力学指标，确保地基和结构稳定性。
2土工试验中的指标及常见问题
2.1饱和度Sr定义及影响因子
饱和度Sr主要是指土壤在自然状态下，土壤中水的体积在土壤空隙体积占的百分比例，所以如果空隙中没有水分，则Sr为0；如果空隙中充满水分Sr为100%。所以在一般情况下经过试验得出的Sr值都＜100%；但是在平常的试验中也偶尔会出现Sr＞100%的状况。饱和度的主要影响因素有颗粒密度、天然密度以及含水量。由试验经验可以知道，如果土壤中不含有有机质，土壤的颗粒变化就会很小，大约在2.65~2.74，基本对饱和度没有影响。一般的实验过程中最容易变化的影响因素是含水量，土壤的性质不同含水量就不同，土样的存放时间和运输、取样不合理或者是不标准、取土的土层深度以及土样的均匀性都是影响含水量的变化。土壤的天然密度虽然也是变化的，但是对于同一种土样来说，天然密度的值相对比较稳定。平行试验过程中如果实验结果超出范围，一般都是土样不均匀性造成的，含水量的准确测定对饱和度的值有着非常大的影响。
2.2回弹指数
Cs为负值或0的原因在实际的施工过程中需要对地基的土层做回弹试验，测得回弹指数，模拟项目的实际受力状况。也就是首先模拟挖土深度图层的荷载，测得自重压力，然后再模拟土层恢复原有状态的应力情况，接着进行卸荷，卸荷的压力与挖掘土层的重量一致，然后分级加荷知道附加压力与自重压力之和。可以采用自重压力和基坑荷载土中的变化曲线来计算回弹指数。Cs图1所示。
图1 变化曲线计算回弹试验
土层的受荷应变是由塑性应变和弹性应变两个部分组成的，塑性应变是卸荷后不能恢复，弹性荷载在卸荷后可以恢复，所以回弹试验之后受到荷载的土样能够部分回弹，同时不会回弹到原有的状态。由于荷载作用空隙变大，变化的曲线（图1中所表示的bc段）称之为回弹曲线。卸荷后再次加荷的变化曲线称之为再压缩曲线，再压缩曲线与回弹曲线的闭合部分可以成为滞回圈。从理论的角度来说，滞回圈的轴是呈现下降的趋势，然而在实际的工作过程中，可能会出现相反的状况，回弹指数为负值或者是0。产生的原因有很多，其中一方面的原因是土样本身的回弹较小，主要原因还是在工作中出现的操作问题。
2.3前期固结压力定义及测定问题
前期固结压力Pc主要是土样在原状态下曾经受到的效应力最大值，是土层固结状态的一项非常重要的指标。可以采用高压固结试验的方法来测定前期固结压力，在室内进行实验时一般使用的是卡萨格兰德(Casagrande)作图法来计算（图2），通过e－lgP曲线拐弯处找到半径最小点点A，通过点A作切线A2和水平线A1；给∠1A2作角平分线A3，平分线与e－lgP曲线直线段的延长线交于点B，B点处的有效应力就是前期固结压力。在试验的过程中，e－lgP曲线可能会出现转折不明显的现象，无法确定Pc，难以判断土层上历史最大压力。
图2 固结压力测定
3注意事项和影响因素
3.1制样过程需要主要的问题
在进行试验时，如果出现Sr＞100%的状况，首先要测取含水量的值来进行分析，在试验时应该注意3点。（1）制样前首先要对土样是否均匀、软硬程度、矿物组成、土样的颜色以及提样的名称有大概的了解，初步估计土样的相关物理学性质，取土样时要选取有代表性的土壤。（2）进行制样时用刀直上直下的切割，去掉多余的样本，刀壁与土样不得有空隙。（3）制样时环刀直上直下，切除多余的土，试样与环刀壁不得留有空隙。进行平行试验时，每一次试验结果的差值在可控制范围内。（4）如果测试结果出现饱和度≥100%的问题，需要从颗粒密度、天然密度以及自然含水量等方面进行考虑，从开土数据中进行查询，选取具有真实代表性的数据来重新计算。
3.2取土过程的影响因素
（1）取土过程和开土过程对试验结果的影响。固结试验主要是指在室内对土样进行试验，为工程实际建设提供参数。所以在取土过程中尽量与实际土层一致；取土时尽量减轻或减少对原状土层的破坏，定期校核检查环刀，如果出现有缺口、高度不符或者是卷边变形的情况，必须立即停止使用。取样时，环刀用力均匀，垂直切割。（2）设备、仪器产生的影响。固结仪的选择必须是经过国家认定合格标准的仪器，由专门的人员保养和维护，定期校验。仪器可能会出现的问题：刀口钝滞，出力精度差，如果固结仪是杠杆式的，杠杆灵活性差；铜制护环、导环变形或者是腐蚀变绿；透水石空隙堵塞；承压板顶部的钢珠生锈；传感器或者百分表的表杆不灵活；固结仪的压力不稳定，密封件漏气，质量不过关等。
3.3取样的注意事项和加荷率的确定
土样受到的扰动程度是固结应力Pc的主要影响因素，扰动会使土样的应力历史变得模糊，所以在取样的过程中必须要保持土样的原来状态，薄壁取土器的口径型号宜为大号，在运输的过程中尽量减少扰动。环刀切割时要直上直下，用力均匀，选取土质均匀的土壤。保证固结仪的稳定，在加荷和装样的过程中尽量减少对土样的扰动。试验时，依据土质条件和工程的实际情况来确定加荷率。土质的自重压力用P0表示，当＜P0时，尽量减小加荷率；＞P0时，可以适当增大加荷率；如果土质较软，应该使用较小的加荷率。在P0左右时，可以适当加密加荷，可以比较容易的在曲线上找到拐点。同时，在高压固结试验时，固结时间一般为24h，结合现场的资料数据，最后分析确定。
结束语
随着城市化建设的不断发展，公路建设已是经城市功能中的重要部分。为了保证地基施工质量，杜绝施工安全隐患，需要科学的开展土工试验。土工试验主要是模拟施工现场的环境，并使用标准土工击实实验器冲击土料，土料压实后根据具体的压实情况，分析土料最佳含水量和最大干密度，保证测量数值的准确性，为路基施工提供数据参考，通过对土工击实试验中常见的问题进行分析后，可以将各种影响因素确定出来，并对影响因素进行分析，保证公路路基施工质量。
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论文作者:孙丰哲,董肇明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年3月下
论文发表时间:2017/7/11
标签：土工论文; 土层论文; 含水量论文; 曲线论文; 压力论文; 土壤论文; 过程中论文; 《建筑学研究前沿》2017年3月下论文;