岩土工程中土工试验的经验方法和注意事项,该文是有关土工试验论文范文文献跟浅谈岩土工程和注意事项和试验有关论文范文文献.
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摘 要：阐述了土的物理性质试验、土的压缩固结试验、土的抗剪强度试验三大基本土工试验方法,详细分析了试验中常用的经验方法、注意事项以及在整体试验中发挥的重要作用,指出应根据工程和土性质的特点,总结工作经验,充分利用试验仪器,改进试验方法,减少工作误差,提高工作效率,以更好地完成岩土工程中的土工试验.
关键词：岩土工程；土工试验；工程地质；土质学；物理性质；压缩固结；抗剪强度
中图分类号：P642.1；TU41 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2017.07.084
土的室内试验方法是土工试验室的工作核心.在计算土的物理性质指标时,通常认为土是由空气、水和土颗粒三相组成.试验项目和试验方法的确定,应根据工程和土性质的特点,分为土的物理性质试验、土的压缩固结试验、土的抗剪强度试验三大基本土工试验方法.
1 土的物理性质试验
按具体步骤分类,土的物理性质试验可以分为天然含水率试验、（环刀法）密度试验、（密度计法）颗粒分析试验、界限含水率试验等物性指标试验.
1.1 天然含水率试验
根据现行GB/T 50279—2014 岩土工程基本术语标准[1]和GB/T 50123—1999 土工试验方法标准[2007版][2],过去使用的术语“含水量试验”改为“含水率试验”,以与其定义相符.土的含水率是指土试样在105～110 ℃下烘至恒量时,失去的水质量和达到恒量后的干土质量的值,以百分数表示,这也是土工建筑物施工质量控制的依据.含水率试验应在打开土试样后立即取样测定,以免水分改变,影响试验结果.取样应有代表性,即能代表土的实际情况.如果土中含有少量碎石或其他杂物,特别是表层土1～2 m的土层为素填土和杂填土时有机质含量较多,则应尽可能从试样中取出,避免天然含水率数值偏差影响试验数据；如果含量很多,则应取混合均匀的试样进行试验,并应适当增加取样量.如果配合压缩试验、抗剪强度试验、渗透试验,则应在切取试验环刀的上下部分选取土试样,以利于了解土层的真实状况和对试验结果的分析.对含有机质超过干土质量5%的土,规定烘干温度为65～70 ℃,这是因为含有机质土在105～110 ℃温度条件下,经长时间烘干后,有机质特别是腐殖酸会在烘干过程中逐渐分解而不断损失,使测得的含水率比实际的大,土中有机质含量越高则误差就越大.为了方便试验进行,所有称量盒的质量应事先调整为等质量,每半年校正一次,盒的质量误差不宜大于&plun;0.005 g.土的含水率的变化是研究土的物理力学性质不可缺少的一项指标.
1.2 （环刀法）密度试验
土的密度是指土在天然状态下单位体积的质量,它是土的基本物理性质指标之一.土的密度反映了土体内部结构的松紧,是计算土的自重压力、干密度、孔隙比以及地基承载力等的重要依据.该试验应进行两次平行测定,用环刀切取试样时,应垂直下压,勿使环刀内壁与试样间留有明显空隙.为简化计算,试验应选用等质量环刀.切土环刀仪器校验应按SL 110—2014 切土环刀校验方法[3]进行.该试验方法适用于新制造的和使用的切土环刀的校验.
1.3 （密度计法）颗粒分析试验
该试验用于测定干土中各粒组质量占该土总质量的百分数.根据颗粒粒度的组成可进行土的分类,并概略判断土的工程性质、选用相应的建筑材料.在土的颗粒大小及级配情况的试验中,常采用筛析法和密度计法,其中密度计法是基于斯托克斯原理而设计的,利用在不同时间内由于颗粒下沉所引起的液体密度计的变化而进行试验.密度计法的试验仪器方法规定,甲种密度计和乙种密度计均 可使用.在试验过程中,颗粒下沉时的标准温度为20 ℃,在此温度下密度计的读数符合理想状态；而在实际工作中,如果温度不在20 ℃,只要加以校正,误差就不会太大.在试验过程中,温度的升降变化不仅影响了密度计的正确读数及颗粒的下沉速度,同时还将引起悬液体积的不匀称膨胀,从而产生对流现象,对细微粒的沉降速度将有影响.当易溶盐含量较大时,如果未经洗盐,则可能造成颗粒分析结果中的粉粒含量偏高、黏粒含量偏低.用分散剂六偏磷酸钠制成的溶液,使用时间不能超过一个月.
在放置密度计并读数的过程中,由于密度计在水中浮动不定时间较长,因此很容易造成读数不准确.经过笔者仔细钻研和反复试验,总结出以下经验：把密度计和温度计放入水中时要准而稳,轻扶密度计使之在水中稳定后,双指同时放开以减少震动,使密度计液面稳定,快速读取数据,保证数值与读取时间的准确性.以此经验进行试验,准确省时,可一次做30～55个密度计试验,大大提高了工作效率.
1.4 界限含水率试验
随着土中含水率的不同,细粒土分别处于不同的状态.土从某一状态过渡到另一状态的含水率称为界限含水率[4].对工程有实用意义的,主要是液限含水率和塑限含水率.在试验仪器的选择上,一般采用专用检测仪器——光电式液塑限联合测定仪,该仪器应用了光学投影原理、电磁自动落锥,测读圆锥仪根据入土深度确定土的界限含水率.利用76 g圆锥仪,测定不同含水率的土试样经过5 s入土时间的下沉深度,用以确定土的液限和塑限.试验中常用液限、塑限联合测定法来进行试验,其经验方法步骤如下.
1）取代表性均匀土试样250 g,采用风干方式,当试样中含有粒径大于0.5 mm的土粒和杂物时,应过0.5 mm筛,取0.5 mm筛下的代表性土试样200 g,将试样放在橡皮板上,用纯水将土试样调成均匀膏状,经充分调拌均匀后,填入试样杯中,填样时不应留有空隙,对较干的试样应充分搓揉均匀,密实地填入试样杯中,填满后刮平表面.
2）将试样杯放在联合测定仪的升降座上,在圆锥上抹一薄层凡士林,通电使电磁铁吸住圆锥.
3）调节零点,将屏幕上的标尺调在零位,调整升降座,使圆锥尖接触试样表面,指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样,经5 s后测读圆锥下沉深度（显示在屏幕上）,其中黏性土及粉质黏土值为10左右,粉土值为7～8左右,即为合格.
4）取出试样杯,挖去锥尖入土处的凡士林,取锥体附近的试样不少于10 g,放入称量盒内,测定含水率.
2 土的压缩固结试验
土的压缩固结试验的目的是了解试样在荷载作用下发生形变的过程.其目的是测定试样在有侧限与轴向排水及受稳定荷载作用下,形变和压力、孔隙比和压力、形变和时间的关系.该试验的结果数据用来分析、判别土的压缩特性和天然土层的固结状态,计算土工建筑物及地基的沉降,估算区域性的地面沉降等.固结试验一般采用标准固结试验法,它适用于饱和的黏土.当只进行压缩时,允许用于非饱和土.土的压缩固结试验的经验方法及其注意事项如下.
1）饱和土的固结需要一定时间才能完成.由于饱和土的孔隙中全部充满水,因此要使孔隙减小,就必须使土中的水部分挤出,亦即土的固结过程与孔隙水的挤出是同时发生的.土的颗粒越粗,孔隙越大,则透水性越大,从而水的挤出和土体的压缩越快.因为黏土的颗粒很细,固结需要很长时间才能完成,所以在整个试验过程中应严格执行试验方法,不得采用快速法.试验所用的滤纸及透水石的湿度应接近试样的天然湿度.
2）各类地基土压缩性的高低取决于土的类别、原始密度和天然结构是否扰动等因素.通常土的颗料越粗越密实,其压缩性越小.由于黏性土颗粒细、孔隙大、结构复杂、成因不同,压缩性可能差别很大.一般天然土结构受扰动,其压缩性将增大,特别是灵敏度高的土,在天然结构遭到破坏后,其压缩性会大大增加,强度剧烈下降.因此在切削试样时,应选用合适的切削工具,尽可能避免破坏土试样的天然结构.不允许在削去环刀两端余土时,用刀来回涂抹土面,而致孔隙堵塞,最好用钢丝锯一次割去多余的土试样,尽可能避免破坏土试样的天然结构.
3）使用位移传感器作为变形量测仪器时,应保证室温恒定,以防止位移传感器温差过大,使得位移量失准.此外,还有很多经验方法待人们研究发现.
3 土的抗剪强度试验
土的抗剪强度是指土在外力作用下抵抗破坏的极限强度,由两个参数组成,分别是土颗粒之间的内摩擦角、由胶结物和束缚水膜的分子引力所产生的黏聚力.土的抗剪强度试验也称为直接剪切试验,包括3种主要方法,分别是快剪试验方法、固结快剪试验方法和慢剪试验方法,每种试验方法适用于一定排水条件的土体[5].在试验中最常用的快剪试验方法,是指当土试样施加垂直应力后,立即加水平剪力,在3～5 min内把土试样剪坏.在整个试验过程中,不让土中水排出,保持土的含水率不变.因试样中存在孔隙水压力,使有效应力减小,所以对同一试样,采用快剪试验方法测得的抗剪强度值最小.在试验操作安装时,应以硬塑料薄膜代替滤纸,不需要安装垂直位移量测装置.在试验中应注意以下两个方面：一是快剪试验方法适用于土体上施加荷重和剪切过程中都不发生固结和排水的情况,这一点在直剪仪上是很难达到的,为此只能对土类加以限制,仅适用于细粒土较多的土类,快剪试验方法的剪切速率规定为0.8 mm/min,要求在3～5 min内剪损,实际上由于即使加快速率也难免排水,因此应在三轴仪上进行；二是砂土抗剪强度的影响因素除了颗粒大小、形状外,试样的密实度也是主要影响因素,为此在制备试样时,同一组的密度要求尽量相同,砂土的渗透性较大,剪切速率对强度几乎无影响,因此可采用较快的剪切速率.
4 结束语
综上所述,笔者从土的物理性质试验入手进行介绍,包括天然含水率试验、（环刀法）密度试验、（密度计法）颗粒分析试验、界限含水率试验等物性指标试验,还介绍了土的压缩固结试验、土的抗剪强度试验中常用的经验方法、注意事项以及在整体试验中发挥的重要作用.实践中应总结三大基本试验方法的工作经验,充分利用试验仪器,改进试验方法,减少工作误差,提高工作效率,以更好地完成岩土工程中的土工试验.
（责任编辑 邸开宇）
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