土的物理性质指标和力学性能指标反映了土的工程性质和特征, 它们具有重要的实用价值。在土木工程中, 地基基础设计、施工、地基加固和处理等方面非常重要。为保障建筑物结构安全则需要对现场土质进行测试, 以掌握工程土真实的物理性质和力学性质. 土工试验为此提供了有的效测试手段, 而测试结果的准确程度直接影响着工程质量和使用安全。通过长期试验发现现行的土工试验在实际操作过程中存在一些问题, 这样才能不断改进和完善测试手段, 为工程设计及施工提供可靠的依据.
1、 试验依据
目前在土木工程中, 现行土工试验的主要依据有水利部颁布的国家行业标准《土工试验规程(S L 23 7- 19 9) 》和国家质量技术监督局、建设部联合颁布的国家标准《土工试验方法标准(G D T 5 0 12于19 9) 》。以下分别简称为《规程》和《标准》。在土工试验中发现《规程》和《标准》中一些试验的控制方法和标准比较模糊, 有时难以把握和操作。本文就含水率试验、液塑限试验和击实试验三个试验为例加以说明。
2 、试验中的问题
2.1 含水率试验
含水率是土湿度的重要物理性质指标, 也是工程土施工质量控制依据之一。《规程》和《标准》中室内试验标准方法是烘干法。《规程》和《标准》规定: 试样保持温度10 5 ℃ 一110 ℃ 的烘箱中烘到恒量时所失去的水质量和达到恒量后干土质量的比值。通过试验发现两者在具体要求上存在着不定性和差别。首先, 要求烘干至恒量的概念比较模糊, 操作时也比较难以把握。通过长时间的摸索和试验积累, 认为恒量应当是一个准确的数值, 即试样烘干前后两次称量差值小于0. 01 9 (精度要求) 为恒量。另外在《规程》和《标准》中, 对粘土、粉土、砂土的烘干至恒重是通过保证烘干时间来控制的, 而土在含有机质时, 《标准》要求有机质含量大于5 % , 应控制温度在“ ℃ 一70 ℃ 的恒温下烘至恒量;《规程》则要求有机质含量大于10 % , 应控制温度在“℃ 一70 ℃ 的恒温下烘至恒量. 从以上看出:
(l) 土含有机质较小时保证烘干时间, 仅仅是一种间接的控制方法。更为合理的方法是: 在烘干时间做出一定要求的同时, 附加烘干前后两次称量差值的精度要求来进一步控制, 以便操作人员根据土的具体性状, 通过恒量的精度要求, 在试验中灵活地确定烘干时间。这样可根据土的具体情况, 即保证数据的准确性, 又节省时间。
(2 ) 在有机质含量较大时, 《规程》和《标准》在有机质划分时有矛盾之处, 一个1 0 % , 另一个为5 % 。另外对于恒量的要求, 既没限定烘干时间, 也没明确恒量的精度要求。因此两者应做到统一和明确, 以便操作人员的把握, 避免试验中的纠纷。
《规程》采用酒精塑料排水板规格型号燃烧法测试细粒土含水率是一种快速测定的方法。表1是对烘干法和酒精燃烧法测试含水率任意抽取的两组试验数据。
从表1 中可以看出: 对于粘性土烘干法和酒精燃烧法的平行差值均满足要求, 但酒精燃烧法因操作时间短、结果准确更有利于试验。而烘干法则需要较长时间进行烘干,不然就会引起较大误差。对于粗粒土(较松散的颗粒) 烘干法和酒精燃烧法的精度相差不大, 但烘干法时间较长, 试验前还要做好试样的准备工作。但应明确有机质含量超过5 % 时, 酒精燃烧法在燃烧过程中, 有机质会出现氧化, 往往会出现较大误差。因此这时仅能作为一种快速测定的参考数据。
2.2 液塑限试验
目前实验室中多采用数显液塑限联合测定仪测定土的液塑限值。在试验中发现:
(l ) 《规程》和《标准》对调拌均匀的土样填入试样杯中, 但密实的方式没有具体的说明。密实方式的不同, 测试结果有明显的不同。
(2 ) 同一杯试样测定时需要几个测点的问题。《规程》中, 在圆锥下沉深度与含水率关系图中显示只有三个测点, 《标准》中规定应不少于三个测点。试验表明: 多个测点与三个测点, 以及测点布置方式不同, 测试数据相差较大。
（3) 土样在制各过程中, 是同一试样不同含水量采用多次加水调匀测试, 还是土样分成三份, 分别放入三个盛土皿中加入不同数量的水调匀测试。《标准》采用前者,《规程》采用后者。付) 数据处理中《标准》和《规程》均是在圆锥下沉深度与含水率关系图在召线上查的下沉深度分别为17 m m 和2 : n m 时, 所对应的含水率分别为液限和塑限, 这种方法精度较低, 因为下沉深度为2 . n m 处查的相应两个含水率的差值) 2 % 时, 要补做的实验量较大。表2 为液塑限不同方式下的试验结果对比。
从表2 中可以看出: 不同的密实方式、不同的测点、不同的调匀试样方法, 其结果存在差异。¹ 不同的密实方式, 密实均匀度和密实度差异, 导致圆锥下沉深度不同。º 三测点距杯圆心均匀布置下沉深度差异小, 多测点布置引起相邻测点间由于杯内土密挤使试样密实度增大,下沉深度降低。
» 同一试样采用三次加水调匀测试与土样分三份分别加水调匀测试相比, 前者易于把三次下沉深度差距拉大,提高试验精度。
2. 3 击实试验
击实试验是确定土力学性能的重要试验之一, 主要存在以下问题。
根据《规程》和《标准》给出的击实操作方法, 在操作时发现: 粘性土和部分的粉土可以击实成型, 而粗粒土则较难击实成型。尽管有些文献对低含水量细粒土的成型方法, 以及影响粗粒土的击实的因素进行了探讨, 但没有给出操作的过程, 而且由于不是《规程》和《标准》的规定, 还不能在具体试验中运用。
击实排水板资料试验的余土高度应小于6 m m , 否则应补做试验。实验操作中发现, 在最佳含水量前所用试样重量随含水量增加, 最佳含水量后试样重量随含水量减少, 接近最佳含水量时试样重量按《规程》和《标准》要求称量才能满足要求, 否则每一含水量击实余土高度不是大于6 m m , 就是低于筒顶高度。因此《规程》和《标准》的要求非常严格, 操作中有时难以实现。根据《规程》和《标准》方法绘制击实曲线时, 一方面曲线线形差异大, 另一方面根据击实曲线获取最大干密度和最佳含水率的误差较大, 特别是击实曲线不能给出峰值时, 补做试验量较大。
3 、结论
通过以上三个典型的土工试验真空装置可看出:现行的《规程》和《标准》修订时要考虑到试验操作方法的准确性和统一性, 要使试验的可操作适宜, 使试验结果具有可比性, 减少人为误差。补充和完善《规程》和《标准》中没有涉及到的试验内容、试验方法及数据处理方法, 使其应用范围进一步扩展。例如增加有关粗粒土( 粗砂、中砂、碎石、砾石等)的试验内容等。
由于我国地域辽阔, 土质多种多样, 均匀程度差, 沉管灌注桩处理导致土工试验离散度较大。因此应通过对试验中各步骤和平行式样精度限定, 以缩小试验结果的离散度。
