综述岩土试验应注意的问题及试验成果分析

综述岩土试验应注意的问题及试验成果分析摘要：本文结合作者多年以来的工作经验,分析了岩土试验中须注意的若干问题,并探讨了岩土试验成果进行综合分析的方法。

关键词:岩土试验;问题;分析Abstract: this paper combines with the author for many years of work experience, and analyzed the soil test must be noticed in some problems, and discusses the geotechnical test result analysis of the method.Keywords: geotechnical test; Problem; analysis岩土试验是岩土工程勘察的重要工作内容,在岩土试验室进行测试工作,可提供土的物理力学性质指标,供设计计算时使用。

由于岩土自身的不均匀性,取样、运输过程中的扰动,以及试验仪器和操作方法的差异及试验人员的素质不同,使得岩土试验中测试的结果存在这样那样的问题,导致测试结果失真,在一定程度上影响工程设计的准确性。

因此,研究岩土试验中注意的问题和岩土实验成果的综合分析有十分重要的意义。

一、制样过程中应注意的问题对土样,先用削土刀将其圆柱土样的两端面削平,用眼观察用手按捏,描述土样的颜色、矿物成分、软硬程度、塑性状态、结构构造,同时对所切土样的物理力学指标值凭经验作一个估计值,并记录。

对岩样,在切样过程中也要对其颜色、矿物成分、结构构造、风化程度、岩石名称进行详细地描述,并凭经验对岩石强度进行估计。

对岩土样物理力学性质的描述和估计,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,同时也有助于实验人员积累经验。

二、岩石试验应注意的问题1.岩石单轴抗压强度试验。

层在工程建设中一般作天然地基或桩端持力层,岩石单轴抗压强度为设计和施工提供地质依据,室内检测结果的准确程度直接影响到工程的安全和投资,因此在试验过程中应尽可能地降低影响因素的干扰。

影响岩石单轴抗压强度的因素较多,如岩石的天然含水率、风化程度、试样尺寸和形状的标准程度、试样受压方向与主要节理面是否平行、压力机的性能及加荷速度等等。

为了增强试验成果的可比性,建议对测出的强度值进行相应的尺寸效应和形状效应修正。

2.强风化岩石试验。

强风化岩石似岩非岩,似土非土,即保留了岩层结构构造特征,又具有一般粘性土的物理力学性质。

作为岩石,强度很低,极易破碎成土状粉末,制样时岩石块难以成形。

因此对强风化岩石应尽量作现场的原位承压板法试验。

如果要作室内试验,可将其近似视为残积土来进行各指标的检测,强风化岩样中往往存在岩块化学稳定性较好的矿物,用环刀切样时有一定的困难,这时不能用力敲打,否则岩样会破裂,应用削土刀边削边往下压。

通过工程实例检验,把强风化岩石当作残积土来考虑,能满足工程设计施工的需要。

三、物理力学试验应注意的问题1.含水率、土粒比重、土的天然密度试验。

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、饱和度等其它的物性指标,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。

因此,准确测定他们的值,有着重要的意义。

土粒比重Gs是计算土的天然孔隙比、饱和度、粒度成分指标的参数,直接关系到对地基土工程地质性质的评价,从而影响基建工程的安全和基本建设的投资。

土粒的相对密度是土的基本物理指标之一,是一个相对稳定的值,它决定于土的矿物成分,一般无机矿物颗粒的比重为2.6~2.8;有机质为2.4~2.5;泥炭为1.5~1.8,土粒(一般为无机矿物颗粒)的比重变化幅度很小,同一地区同一类型的土的相对密度基本接近,通常可按经验数值选用(表1)。

值得注意的是当土中含有有机质时,土的相对密度可降到2.4以下。

此时应改用中性液体,如煤油、汽油等,并采用抽气法排气。

表1土粒比重GS及塑性指数IP参考值从理论上讲要得到一个准确的土粒比重值较为困难,因为国标中采用的试验方法(以比重瓶法为例)忽略了以下因素的影响:①结合水的影响。

土粒带负电荷,与其周围的液态水相互作用,形成结合水,结合水吸附在粘粒表面,使测出的土粒的体积大于实际体积,从而测试结果偏小;②悬液浓度的影响。

测定土的密度是针对单个土粒而言的,为此必须使土粒彻底分散;土粒在纯水中能否彻底分散与悬液浓度关系最大。

斯托克斯(Stocks)研究土的粒度成分时,对悬液的要求是:悬液浓度1% ~3%,需加一定的分散剂,且加热沸煮1h以上,才能基本按单个土粒研究.而对于国标中规定的土粒密度测定来说, 15g土分散在100mL的比重瓶中。

悬液浓度达到15%,比Stocks要求大5~15倍,且不加分散剂,此条件不符合单个土颗粒研究的要求。

悬液中必定有土团粒存在,土团粒中存在的气体在土悬液中占据着一定空间。

实测出的土粒体积因包含了气体的体积而大于土粒的实际体积,使计算出的土粒的相对密度偏小。

为此,在实际操作时.应尽量使加入比重瓶中的干土质量≤15g.尽可能地降低悬液的浓度.同时加热沸煮的时间在可能的情况下适当延长;③土粒问胶结物固化的影响:制备试样时,在105℃~11O℃烘干的过程中,水分蒸发浓缩,不可溶的胶态次生矿物如二氧化硅、倍半氧化物、粘土矿物等固化形成团粒,且胶结固化是不可逆的,形成的团粒很难靠水的作用分散,加热煮沸有一定分散作用,但受悬液浓度的影响,分散效果不太好。

土团粒中包裹的气体同样会使计算出的土粒的相对密度偏小。

2.土的界限含水量试验。

对于工程来说,土的液限、塑限有着比较重要的实用意义。

目前对土的界限含水量的测定还存在一些问题。

其一,液限标准的确定还处在过渡时期,即标准圆锥下沉10mm和17mm为液限含水量,势必使人们对土的名称和状态产生不同程度的误解,特别是非专业人员,很难搞明白,为什么原来是一种土,而现在又是另一种土,原来处在一种状态而现在又处在另一种状态,为此笔者建议在岩土试验报告中同时提供10mm和17mm液限两个值,让设计者按具体需要而定,确定地基承载力时采用10mm液限值及其相应指标,地基土分类及评判土的干湿状态时采用17mm。

其二,测定土的液塑限时取标准样的问题,国标上规定土要过0.5mm的筛,才能进行实验。

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0.5mm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,有些上是处在杂土状态,无法定名,这时可根据工程需要,作相应的处理。

比如,以土中粘粒为主做试验或以砂粒为主做试验,目的就是反映土的真实情况,为工程建设服务。

其三,界限含水量土样制备的方式(风干、天然、烘干)会影响测试结果。

国标中规定对于比较均匀的土可采用天然含水状态的土样,对土中含有较多的砂、砾、卵石的土类,采用风干土样,过0.5mm筛,再加水浸润一昼夜。

采用天然含水状态的土样时,应尽量将土样切碎,但土样含水率较大或粘性较大时,非常难切到很细,大部土团粒径均>0.5mm,因此在加水浸润时,很难达到均匀状态,土膏中总是有一个个的硬粒,这对试验结果影响很大,故是否采用不要采用天然含水状态的土样应视含水率及粘性大小而定。

如果采用风干土样,可先将土样粉碎,过0.5mm筛,土样团粒细且均匀,加水浸润足够长的时问,至少为一昼夜,最好是更长的时间,因为浸润时间越长,土粒水化作用越充分,使土粒吸附的结合水达到天然状态下土粒周围结合水程度,由于结合水反映土的塑性,从而使测出的结果更能真实地反映土的实际塑性。

3.土的固结试验。

土的固结试验是测定土体在压力作用下的压缩特性.借以计算建筑物或构筑物的沉降量,作为设计的控制数据。

除一些特殊工程要在现场做测试外,大多数实验是在室内进行的。

影响成果准确度的因素也很多,有一些是比较容易找到原因的,如在开土的过程中,感到土是较软的或测出的液性指数较大,而测出的压缩模量较大,这说明实验操作有误或记录有误或是仪器有较长时间没有校正。

致使仪器变形量过大等等,要检查各个环节。

4.土的抗剪强度试验。

土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力,是土的重要力学性质之一。

在计算承载力、评价地基、边坡稳定性及计算挡土墙的土压力时,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。

室内抗剪强度测出粘聚力C值有时出现异常情况,如粘性土的C 值为负值、无粘性土的C值不为0等,前者主要是因为所取试样的性质不均匀,后者是因为从理论上讲只有洁净干燥的砂土及水下的饱和砂土其C值才为0,而对具有一定含水率的湿砂及岔有一定量粘性土的砂类土,实测出的C值并不为0,因为湿砂内部颗粒之间产生毛细压力,由毛细压力产生粘聚力称为“假内聚力”,另外,不洁净的砂类土中的粘性土也会产生一定的c值。

5.土的颗粒分析试验。

密度计法是室内进行颗粒分析的方法之一。

适用于土粒粒径0.5.此时悬液处于紊流状态,不符合Slocks公式层流的要求,故试验时,悬液温度应控制在28℃以下,以尽量减小结果偏差。

④沉降速度过大,特别是悬液刚开始下沉的1min内,速度较大,产生紊流,不符合层流的要求,也会带来一定的偏差。

四、岩土试验成果综合分析1.试验成果综合分析的必要性。

土是一种粘弹塑性三相组合体,三相间不是独立存在,而是相互作用,土粒与其周围的水分子发生了复杂的物理化学作用,形成不同于一般自由水的结合水;造成了土的物理性质的复杂性,而土的物理性质又在很大程度上决定了它的力学性质,土的强度随外界环境的变化而变化,其结构性比较强,对扰动较为敏感,通过室内实验测出的土的性质一般较难与实际情况相符。

如何确定数据的准确性，以及各指标之间存在那些必然的联系，对于从事岩土实验的人员有很大的指导意义。

2.土的物理力学指标的统一对比分析。

土的物理性质和力学性质是紧密相关的,一般情况下,土的物理性质基本能够影响土的力学性质。

地基规范GBJ一89中,把它们之间的关系列成表格,根据土的物理性质确定土的承载力,也说明了二者之间的统一关系。

同时,物理指标与物理指标之问、力学指标与力学指标之间也具有一定的相关性。

因此,在室内岩土试验后期成果整理时,可以此为依据,做对比分析,将异常数据作出符合实际的调整。

土的压缩性与抗剪强度有着一定的关系。

利用这种关系可以判断压缩结果或抗剪结果是否准确。

土粒比重Gs决定于土的矿物成分,当粘土矿物含量较多时,其值越大;而塑性指数Ip的大小与土中结合水的可能含量有关.粘土矿物越多,可能形成的结合水含量越高, Ip值越大,可见,土中粘土矿物含量较多时,Gs。