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摘要：本文笔者根据自身工作经验，针对室内常规土工试验中的应注意的几个问题进行了探讨，仅供同行参考讨论。
关键词：土工试验；岩土工程；试样；物理性质；力学性质
中图分类号： TU41 文献标识码： A 文章编号：
一、前言
土工试验是为岩土工程勘察提供可靠的试验数据，野外勘探、原位测试与室内土工试验的有机结合，将准确完成土样的定性、定量分析与评价，为建设单位提交符合现场实际情况的勘察成果。由于岩土体的不均匀性，取样、运输、保管过程中的扰动，试验仪器和操作方法的差异等使得岩土试验结果出现部分失真，在一定程度上影响勘察成果的真实性与准确性。本文就土工试验中经常出现的部分问题进行探讨，以便勘察单位在质量控制过程中采取相应措施，为设计部门提交真实、准确的土的物理力学性质指标。
二、试样制备
按土试样受扰动程度的不同划分土样质量等级，土试样质量根据试验目的可分为四个等级。
土试样质量等级
级别 扰动程度 试验内容 备注
Ⅰ 不扰动 土类定名、含水率、密度、固结试验、强度试验 1.不扰动是指土的原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度、含水率变化较小，能满足室内试验各项要求。
2. 除地基基础设计等级为甲级的工程外，在工程技术要求允许的情况下可用Ⅱ级土试样进行强度和固结试验，但宜先对土试样受扰动程度作抽样签定，判定用于试验的适宜性，并结合地区经验使用试验成果。
3.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土试样应妥善密封，防止湿度变化，防晒或冰冻。运输中避免振动，保存时间不宜超过3周。
4. 对于砂土同，如无法取得Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土试样，可只进行颗粒分析试验。
三、物理性质试验
1、含水率、密度、比重试验
天然含水率、湿密度、土粒比重是土的三个最基本的物理试验指标，它们是实测指标，是计算土的干密度、重度、天然孔隙比、孔隙率和饱和度的重要指标。
1.1天然含水率试验
土层不均匀、取样扰动或进水、取土器和筒壁的挤压、原状样密封不严、土样在运输和存放期间保护不当而失水等均会影响含水率的准确度。试验人员的操作不当也会造成含水率失真。
① 含水率试验取样要取原状样靠中间的部分，不要取两端和边上的样品，避免含水量的散失对试验结果造成影响。特别是对富水性差的低塑性的粉质粘土、粉土、砂土更应该注意。
② 铝盒质量应定期标定，铝盒在长期使用过程中由于氧化、磨损，其质量会有变化，定期标定能有效降低试验误差。
③ 含水率试验用“烘干法”，一般的土在105～110℃的恒温下烘至恒量，烘干时间粘性土、粉土不得少于8h，砂土不得少于6h。对有机质超过5%的土应在60～70℃的恒温下烘至恒量，烘干时间宜为12～15h，温度过高会烧掉机质而造成含水量偏高。绝不能为赶工期而违反规范要求。
1.2 湿密度试验
天然状态下单位体积土的质量称为土的湿密度，它取决于土粒的重量、孔隙体积的大小和孔隙中水的重量，其综合反映了土的物质组成和结构特征。
湿密度试验一般用“环刀法”，该项试验较简单，一般用容积60cm3高度2cm的环刀，将环刀刀口向下垂直下压，需注意的是开土切样时要用切土刀，将土样压入环刀后，需用专门的刮土刀整平环刀两端土样，不可直接用切土刀刮平，因为切土刀刃口经长期使用会磨损呈凹形，就会造成测得的密度偏大、孔隙比偏小、饱和度偏大等情况。在压的过程要避免用力挤压样品，容易造成样品扰动和试验结果偏大。速度不可过快，也不可用硬物敲击，否则易造成环刀压偏或土样出现裂缝，影响试验结果，当遇钙质结核或小石块阻挡环刀时，应取出钙质结核和小石块用土填满，遇见天然孔洞不应填土，要保持试样的原状态。试验中应对照送样清单的野外定名，在合适的部位切取试件。
在密度试验中要特别注意干密度这个概念，干密度是指天然状态下单位体积土中干土质量，也就是天然状态下单位体积土中土粒质量。
1.3 土粒比重试验
土粒质量与同体积4℃时纯水质量之比，称为土粒比重。它是三个最基本的物理指标中一个相对稳定的值，是无量纲名词。它决定于土的矿物成分，一般是2.6～2.8，数值大小与所含矿物、粒度成分等有关，若含有机质较多时比重较小。由于同一地区同一类型土的比重比较接近，且比重试验的操作比较麻烦，现在许多单位都是根据地区经验提供。对于重大工程和特殊条件下的土工试驗，如土中机质质含量大于5%时，土的比重可降到2.4以下，应对土样进行实测，才能真实反映土的工程特性。
从土粒比重的定义可以得出：土粒比重是土粒密度4℃时纯水密度之比，而4℃时纯水密度为1g/cm3,因此土粒比重与土粒密度数值上相等，只不过土粒比重无量纲，土粒密度单位是g/cm3。
2、液、塑含水率试验
液、塑限联合测定法测定均匀土的液、塑限宜采用天然含水率试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，应过0.5mm的筛才能试验。实际操作过程中，液、塑限的测定，存在这样的问题，规定土要过 0.5mm的筛，才能进行试验，一些土用眼观察含有较多砂粒，过 0.5mm 筛后做试验，测出的土塑性指数会偏大，不能反映土的实际情况，因此，对于这种土最好能采用筛分法确定砂粒含量。当土中含原生的铁、锰质结核时，如直接将土中的铁、锰质结核压碎混入土中，测出的塑性指数会偏小。
液限、塑限测定采用圆锥仪法和搓条法，这种方法简便，虽然现行规范允许，但人为影响因素较大，往往试验误差偏大，因此建议用液、塑限联合测定法测定土的液、塑限。
3、粉土的定名
粒径＞0.075mm颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数IP≤10的土称为粉土。但我们经常见到有的试验室把IP≤10作为粉土定名的依据，而忽略了颗粒分析试验粒径＞0.075mm颗粒质量不超过总质量的50%这一条件。事实上土工试验时，粉砂有时也具有一定的塑性指数，若仅按IP≤10划分粉土就会造成误判。另外，进行液化判别时，需根据粉土粘粒含量来进行计算和判别，即使对地震烈度小于等于6度的地区，对非持力层粉土一般建筑不需进行液化判别和承载力特征值深宽修正，也不能仅以IP≤10作为判定粉土的依据。
四、力学性质试验
1、固结试验
土的固结试验是土样在无侧向膨胀外力作用下，土体孔隙水逐渐排出，使土体体积缩小，密度增大的过程，是测定土体在压力作用下的压缩特性，以此计算建筑物的沉降量，是地基设计的重要参数之一。在试验时常有以下因素影响其准确度。
①仪器频繁拆卸、透水石磨损等因素均会影响测试成果，因此应定期校正仪器和测定仪器在各级压力下的变形量。
②透水石的含水量差异会对土体固结产生一定程度影响，这种影响对一般的土样比较隐蔽，不易发现，但对膨胀性土样会有很大的影响，当透水石的含水量大于土样含水量时，土样吸水膨胀，出现前后级荷载百分表读数差别很小的现象，甚至出现后级读数比前级读数小的异常情况。当透水石含水量较土样含水量小时，会加速土样的失水呈收缩趋势，造成压缩量过大。因而透水石的含水量宜接近土的天然含水量。
③安装试样仪器归零必须严格到位，环刀上、下土面要与上、下透水石的滤纸紧密接触。由于环刀使用时外力破坏会出现外径变化情况，使得环刀不能有效放入规定限位，造成透水石不能与环刀上、下土面有效接触，使初级压缩偏大，产生实验误差。
④百分表归零时应使百分表量测的活动轴杆有足够的量程，以避免压缩变形量较大时，仪器量程小于土样压缩变形而造成压缩变形量失真。
2、直剪试验
土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。土的强度问题实质是土的抗剪能力问题。它包含粘聚力和内摩擦角两个指标，是土的重要力学性质之一。在计算地基承载力，评价地基、基坑稳定性以及计算挡土墙上土压力时，都要用到土的抗剪强度指标，正确的测定土的抗剪强度指标在工程上具有重要意义。
测定土的抗剪强度的室内试验常用的有三轴压缩试验、直剪试验和无侧限抗压强度试验。直剪试验虽然受仪器结构的限制，存在不少缺点，但由于直剪试验指标在生产实践中已积累了大量经验，在一般工程中还是广泛应用。下面就直剪试验提出以下几点常见问题：
直剪试验受力条件复杂，排水条件不易控制。快剪、固结快剪试验适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土，而粉质粘土渗透系数一般大于10-6cm/s，粉土渗透系数值更大，用直剪试验非常勉强。另外，较软弱的土即使渗透系数满足要求，当二级荷载加上时会发生土样挤入透水石与剪切盒之间缝隙的情况而无法剪切。虽然直剪试验方便简单，但其对粉土、粉质黏土及较软弱的土抗剪强度指标可信度差，因此对粉土、粉质黏土及较软弱的土用直剪试验时，应注意要明确加荷条件，控制剪切速率，对土质松软的土样，要分次轻轻施加垂直压力，以防土样挤出。
在工程实践中对于砂土（C≈0或很小时），由于工期需要，可采用天然坡角近似代替砂土的内摩擦角。
五、改善措施及总结
土样在采取、保存、运输、试验等各个环节稍有不慎都会造成试验数据的失真，因此：①野外钻探取样时应根据钻进地层，选用适合的钻进方法和取土器静压取样，严禁采用轻锤多击法取样或岩芯管回转岩芯切样；
②取样时要防止压取长度超过取样器长度，造成土样挤压失真；
③取出的土样要立即密封妥善保管，做到防晒、防冻、轻拿轻放，并及时送试验室，在运输过程中要防止振动、碰撞；
④加强试验人员的技术培训，试验过程中应尽可能减少对土样的再次扰动，采取有效措施保证试验结果的可靠性，并对试验过程中易出现问题的环节引起高度重视；
⑤分析整理试验结果时应结合具体土样特点，充分考虑试验过程中可能引起试验结果误差的影响，提交真实、合理的试验数据。
关键词：土工试验；岩土工程；试样；物理性质；力学性质
中图分类号： TU41 文献标识码： A 文章编号：
一、前言
土工试验是为岩土工程勘察提供可靠的试验数据，野外勘探、原位测试与室内土工试验的有机结合，将准确完成土样的定性、定量分析与评价，为建设单位提交符合现场实际情况的勘察成果。由于岩土体的不均匀性，取样、运输、保管过程中的扰动，试验仪器和操作方法的差异等使得岩土试验结果出现部分失真，在一定程度上影响勘察成果的真实性与准确性。本文就土工试验中经常出现的部分问题进行探讨，以便勘察单位在质量控制过程中采取相应措施，为设计部门提交真实、准确的土的物理力学性质指标。
二、试样制备
按土试样受扰动程度的不同划分土样质量等级，土试样质量根据试验目的可分为四个等级。
土试样质量等级
级别 扰动程度 试验内容 备注
Ⅰ 不扰动 土类定名、含水率、密度、固结试验、强度试验 1.不扰动是指土的原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度、含水率变化较小，能满足室内试验各项要求。
2. 除地基基础设计等级为甲级的工程外，在工程技术要求允许的情况下可用Ⅱ级土试样进行强度和固结试验，但宜先对土试样受扰动程度作抽样签定，判定用于试验的适宜性，并结合地区经验使用试验成果。
3.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土试样应妥善密封，防止湿度变化，防晒或冰冻。运输中避免振动，保存时间不宜超过3周。
4. 对于砂土同，如无法取得Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土试样，可只进行颗粒分析试验。
三、物理性质试验
1、含水率、密度、比重试验
天然含水率、湿密度、土粒比重是土的三个最基本的物理试验指标，它们是实测指标，是计算土的干密度、重度、天然孔隙比、孔隙率和饱和度的重要指标。
1.1天然含水率试验
土层不均匀、取样扰动或进水、取土器和筒壁的挤压、原状样密封不严、土样在运输和存放期间保护不当而失水等均会影响含水率的准确度。试验人员的操作不当也会造成含水率失真。
① 含水率试验取样要取原状样靠中间的部分，不要取两端和边上的样品，避免含水量的散失对试验结果造成影响。特别是对富水性差的低塑性的粉质粘土、粉土、砂土更应该注意。
② 铝盒质量应定期标定，铝盒在长期使用过程中由于氧化、磨损，其质量会有变化，定期标定能有效降低试验误差。
③ 含水率试验用“烘干法”，一般的土在105～110℃的恒温下烘至恒量，烘干时间粘性土、粉土不得少于8h，砂土不得少于6h。对有机质超过5%的土应在60～70℃的恒温下烘至恒量，烘干时间宜为12～15h，温度过高会烧掉机质而造成含水量偏高。绝不能为赶工期而违反规范要求。
1.2 湿密度试验
天然状态下单位体积土的质量称为土的湿密度，它取决于土粒的重量、孔隙体积的大小和孔隙中水的重量，其综合反映了土的物质组成和结构特征。
湿密度试验一般用“环刀法”，该项试验较简单，一般用容积60cm3高度2cm的环刀，将环刀刀口向下垂直下压，需注意的是开土切样时要用切土刀，将土样压入环刀后，需用专门的刮土刀整平环刀两端土样，不可直接用切土刀刮平，因为切土刀刃口经长期使用会磨损呈凹形，就会造成测得的密度偏大、孔隙比偏小、饱和度偏大等情况。在压的过程要避免用力挤压样品，容易造成样品扰动和试验结果偏大。速度不可过快，也不可用硬物敲击，否则易造成环刀压偏或土样出现裂缝，影响试验结果，当遇钙质结核或小石块阻挡环刀时，应取出钙质结核和小石块用土填满，遇见天然孔洞不应填土，要保持试样的原状态。试验中应对照送样清单的野外定名，在合适的部位切取试件。
在密度试验中要特别注意干密度这个概念，干密度是指天然状态下单位体积土中干土质量，也就是天然状态下单位体积土中土粒质量。
1.3 土粒比重试验
土粒质量与同体积4℃时纯水质量之比，称为土粒比重。它是三个最基本的物理指标中一个相对稳定的值，是无量纲名词。它决定于土的矿物成分，一般是2.6～2.8，数值大小与所含矿物、粒度成分等有关，若含有机质较多时比重较小。由于同一地区同一类型土的比重比较接近，且比重试验的操作比较麻烦，现在许多单位都是根据地区经验提供。对于重大工程和特殊条件下的土工试驗，如土中机质质含量大于5%时，土的比重可降到2.4以下，应对土样进行实测，才能真实反映土的工程特性。
从土粒比重的定义可以得出：土粒比重是土粒密度4℃时纯水密度之比，而4℃时纯水密度为1g/cm3,因此土粒比重与土粒密度数值上相等，只不过土粒比重无量纲，土粒密度单位是g/cm3。
2、液、塑含水率试验
液、塑限联合测定法测定均匀土的液、塑限宜采用天然含水率试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，应过0.5mm的筛才能试验。实际操作过程中，液、塑限的测定，存在这样的问题，规定土要过 0.5mm的筛，才能进行试验，一些土用眼观察含有较多砂粒，过 0.5mm 筛后做试验，测出的土塑性指数会偏大，不能反映土的实际情况，因此，对于这种土最好能采用筛分法确定砂粒含量。当土中含原生的铁、锰质结核时，如直接将土中的铁、锰质结核压碎混入土中，测出的塑性指数会偏小。
液限、塑限测定采用圆锥仪法和搓条法，这种方法简便，虽然现行规范允许，但人为影响因素较大，往往试验误差偏大，因此建议用液、塑限联合测定法测定土的液、塑限。
3、粉土的定名
粒径＞0.075mm颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数IP≤10的土称为粉土。但我们经常见到有的试验室把IP≤10作为粉土定名的依据，而忽略了颗粒分析试验粒径＞0.075mm颗粒质量不超过总质量的50%这一条件。事实上土工试验时，粉砂有时也具有一定的塑性指数，若仅按IP≤10划分粉土就会造成误判。另外，进行液化判别时，需根据粉土粘粒含量来进行计算和判别，即使对地震烈度小于等于6度的地区，对非持力层粉土一般建筑不需进行液化判别和承载力特征值深宽修正，也不能仅以IP≤10作为判定粉土的依据。
四、力学性质试验
1、固结试验
土的固结试验是土样在无侧向膨胀外力作用下，土体孔隙水逐渐排出，使土体体积缩小，密度增大的过程，是测定土体在压力作用下的压缩特性，以此计算建筑物的沉降量，是地基设计的重要参数之一。在试验时常有以下因素影响其准确度。
①仪器频繁拆卸、透水石磨损等因素均会影响测试成果，因此应定期校正仪器和测定仪器在各级压力下的变形量。
②透水石的含水量差异会对土体固结产生一定程度影响，这种影响对一般的土样比较隐蔽，不易发现，但对膨胀性土样会有很大的影响，当透水石的含水量大于土样含水量时，土样吸水膨胀，出现前后级荷载百分表读数差别很小的现象，甚至出现后级读数比前级读数小的异常情况。当透水石含水量较土样含水量小时，会加速土样的失水呈收缩趋势，造成压缩量过大。因而透水石的含水量宜接近土的天然含水量。
③安装试样仪器归零必须严格到位，环刀上、下土面要与上、下透水石的滤纸紧密接触。由于环刀使用时外力破坏会出现外径变化情况，使得环刀不能有效放入规定限位，造成透水石不能与环刀上、下土面有效接触，使初级压缩偏大，产生实验误差。
④百分表归零时应使百分表量测的活动轴杆有足够的量程，以避免压缩变形量较大时，仪器量程小于土样压缩变形而造成压缩变形量失真。
2、直剪试验
土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。土的强度问题实质是土的抗剪能力问题。它包含粘聚力和内摩擦角两个指标，是土的重要力学性质之一。在计算地基承载力，评价地基、基坑稳定性以及计算挡土墙上土压力时，都要用到土的抗剪强度指标，正确的测定土的抗剪强度指标在工程上具有重要意义。
测定土的抗剪强度的室内试验常用的有三轴压缩试验、直剪试验和无侧限抗压强度试验。直剪试验虽然受仪器结构的限制，存在不少缺点，但由于直剪试验指标在生产实践中已积累了大量经验，在一般工程中还是广泛应用。下面就直剪试验提出以下几点常见问题：
直剪试验受力条件复杂，排水条件不易控制。快剪、固结快剪试验适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土，而粉质粘土渗透系数一般大于10-6cm/s，粉土渗透系数值更大，用直剪试验非常勉强。另外，较软弱的土即使渗透系数满足要求，当二级荷载加上时会发生土样挤入透水石与剪切盒之间缝隙的情况而无法剪切。虽然直剪试验方便简单，但其对粉土、粉质黏土及较软弱的土抗剪强度指标可信度差，因此对粉土、粉质黏土及较软弱的土用直剪试验时，应注意要明确加荷条件，控制剪切速率，对土质松软的土样，要分次轻轻施加垂直压力，以防土样挤出。
在工程实践中对于砂土（C≈0或很小时），由于工期需要，可采用天然坡角近似代替砂土的内摩擦角。
五、改善措施及总结
土样在采取、保存、运输、试验等各个环节稍有不慎都会造成试验数据的失真，因此：①野外钻探取样时应根据钻进地层，选用适合的钻进方法和取土器静压取样，严禁采用轻锤多击法取样或岩芯管回转岩芯切样；
②取样时要防止压取长度超过取样器长度，造成土样挤压失真；
③取出的土样要立即密封妥善保管，做到防晒、防冻、轻拿轻放，并及时送试验室，在运输过程中要防止振动、碰撞；
④加强试验人员的技术培训，试验过程中应尽可能减少对土样的再次扰动，采取有效措施保证试验结果的可靠性，并对试验过程中易出现问题的环节引起高度重视；
⑤分析整理试验结果时应结合具体土样特点，充分考虑试验过程中可能引起试验结果误差的影响，提交真实、合理的试验数据。