水利工程土工试验常见问题分析及对策

1、水利工程土工试验常见问题分析及对策摘要：土工试验是水利工程地质勘察工作中的重要内容之一，为工程勘察的正确评价提供必 要的科学依据。本文结合土工试验的特点，介绍了土工试验的试验制备步骤，对土的物理性 质及力学性质的试验要点进行分析，并提出一些土工试验中常见问题的解决措施，供类似的 试验分析参考与借鉴。关键词：土工试验；物理性质；试样制备；措施在水利工程地质勘察过程中，不同的工程施工现场具有不同的地质条件。土工试验作为水利 工程地质勘察的重要环节，通过室内土工试验与勘察活动的有机结合，不仅能够为土的物理 指标和力学指标提供依据，而且也为编写地质勘察报告提供重要资料。因此，土工试验的真实 性和准确性

2、关系着工程勘察报告的质量，最终影响到工程的工期、质量和投入等。本文通过 对土工试验常见问题的分析，准确完成土样的定性、定量分析与评价，确保土工试验数据的 准确性符合工程的需要。1试样制备1.1严格按试样制备要求制样室内制样主要方法是用环刀切取规定数量（一般是6组）试验样品，室内制样操作不当同样 会降低土样级别。制样的关键点：在环刀内壁涂一薄层凡士林，目的是为减少环刀与土样 间的磨擦，避免土样压密扰动，据调查目前涂凡士林这一步骤在实际操作中并没有被很好地 执行；将环刀垂直下压，环刀垂直下压是避免环刀偏向受压时环刀一侧出现相对压密而另 一侧出现样品与环刀间的小缝隙，造成土的容重、压缩模量失真；环刀

3、下压过程中，边压 边削，可避免土样受到环刀外侧壁与土样间的过大摩擦而使土样下部受到一定程度的压密； 压入环刀后对土样的上下端面削平，对于软土要用钢丝锯整平，若用切土刀整平则刀面极 易带起软土形成二次扰动，对其他土可采用切土刀削平。1.2做好开样记录工作在制样过程中要对土样的颜色、名称、包含物、矿物成份、软硬程度、塑性状态、湿度（如 粉土及砂土上下部含水量明显不同）、结构构造等进行描述，这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数据，同时也有助于实验人员积累经验。2含水率试验土层的不均匀、取样扰动、取土器和筒壁的挤压、土样在运输和存放期间保护不当而失水等 均会引起含水率的

4、变化。在试验室若操作不合理同样会影响土样含水率的测试结果，这主要 表现在以下方面：取样点的位置不同，尤其是对粉质含量高的粘性土、粉土、砂土，样品 的上、中、下不同部位含水量会有较大的差别，为克服这种影响可分上中下不同部位同时取 等量样品，加以混合后再取为含水量试验样品；铝盒烘干时应开口，以利水的充分蒸发。 铝盒质量应定期标定；铝盒在长期使用过程中由于氧化、磨损其质量也有一定变化，定期标 定能有效降低试验误差；烘干时间及温度也会对含水率构成影响。粘粒含量很高的土类， 如红粘土、膨胀土粘粒含量很高，有更大的比表面积，吸附水能力强，需105C110C烘干 8h以上，对砂土不得小于6h，但对含有机质的

5、土（尤其是有机质含量大于5%的土），应在 65C70C烘至恒重，温度过高会造成有机质的损失，使含水量偏大。3土粒比重试验土粒比重是土粒质量与同体积纯蒸馏水在4C时的质量比值，是土的基本物理指标之一。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存在下列因素 的影响：结合水的影响。土粒带负电荷，与其周围的水相互作用，形成结合水，这部分结 合水在土粒烘干温度下仍然吸附在粘粒表面，使测出的土粒体积大于实际体积，从而测试结 果偏小。土粒间胶结物固化的影响。制备试样在烘干过程中，不可溶的胶态次生矿物如二 氧化硅、粘土矿物等易固化形成团粒，形成的团粒较难靠水的作用分散，加热煮沸对

6、团粒不 能达到完全分散的作用，使计算出的土粒相对密度偏小。理论与实践均证明颗粒粒径大小对土的比重有影响，一般是颗粒粒径越细，比重越大，如有 机质土 2.42.5，泥岩质土 1.51.8，粘性土 2.702.77，粉土 2.692.70，砂土 2.632.68。 由于比重的测试过程比较繁杂，但不同类土的比重是一个相对稳定的值，比重平行试验时允 许有0.02的误差，这些均为建立有关的经验方程提供了便利。由于颗粒粒径在实际试验中难 以测量，但考虑颗粒粒径与土的塑性指数具有良好的相关关系，即颗粒粒径越大，塑性指数 越小，而且颗粒比重与塑性指数均为无量纲数据，可以利用数理统计学的理论建立起土的塑 性指数

7、与土的颗粒比重之间的相关关系。在江门地区Q3地层Gs=0.0143Ip+2.517，Q4地层 Gs = 0.0667Ip+2.6297，这种关系是建立在大量土粒比重试验基础之上的经验关系，在地区适 用是可行的。考虑到不同地区土的特性差异，在其他地方不一定能适用，但建立塑性指数与 土的颗粒比重的地区经验关系的工作方法还是值得推广的。但不能在一个地区根本就没有进 行过土粒比重试验，而盲目套用其他地区的经验，这是不科学的。4界限含水量试验液塑限联合测定法的理论基础是圆锥下沉深度与相应的含水率在双对数坐标纸上具有直线关 系。液、塑限联合测定法的界限含水量土样制备方式对比较均匀的土可采用天然含水状态的

8、土样；对不均匀的土样，采用风干土样，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，在实际操作中常存在对土中少量原生的铁、锰质结核直接压碎混入土中情况， 这种方法造成土的液、塑限含水量偏小；采用风干土样作界限含水率试验时，样品须浸泡过 夜方可试验，否则试验结果偏低。进行界限含水率试验时应将试验样品加入不同水量充分调和均匀（尤其是回归系数易出现问 题的粘土）。试样调好后填入盛土杯也是一个关键环节，填入的样品要均匀，低含水量的试 验样（尤其是粉土）易在盛土杯中产生含水量差异现象，高含水量试验样易出现盛土杯中土 体空洞现象。杯口土面平整时，不能用调土刀过分抹平，尤其对易失水的粉土

9、更容易造成杯 表面含水量降低，产生试验误差。在具体试验过程中可在一杯土的不同位置测试两次，以此 来检验试样是否均匀。按规范应测定不少于3个不同含水率的点，根据经验最好做4个不同 含水率的点，而且这个点对粘性土可以选择在锥尖下沉深度13左右、对粉土选择在锥尖下 沉深度在6左右，这样不但可以作平行对比提高试验精度，而且便于在规定的三点回归性不 好时采取补救措施（至少可以判定是哪个含水率点上的数据出现了问题，只须补做相应的含 水率点就可，要不然3个含水率点都须重做）。对于搓条法进行液塑限试验，虽然规范允许，但试验的人为影响因素太大，经长期实验对比， 搓条法测定的塑性指数值随土样中粉质含量增大而有所增

10、加，误差可达0.10.3，尤其是对 塑性指数接近10的粉土有时甚至会误判为粉质粘土。笔者认为这种方法虽然简便，但试验 误差过大，应慎重选用。5颗粒分析试验密度计法主要适用于粒径小于0.075mm的土。颗粒分析试验是不可缺少的室内试验步骤， 由于密度计法颗粒分析试验较复杂，有些单位重视不足甚至省略了该试验，颗粒分析试验不 仅对粉土承载力特征值深宽修正、液化判别有用，而且颗粒分析试验是土体定名不可或缺的 数据，规范规定：粉土是粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数 10的土，目前仍然出现粉土定名不考虑颗分试验结果而仅按塑性指数10来定名的误区， 我们知道粉砂有时也可测定出

11、一定的塑性指数，若仅按塑性指数划分粉土必然会造成一些误 判。密度计法虽然使用广泛，但该法也并非完美。密度计法的土粒粒径计算公式为斯托克公式， 该公式是低速运动的微小球形颗粒在层流条件下，仅考虑介质对粘阻力和有效重力条件下导 出的。层流的判定是根据水力学中的雷诺数来判定的，当试验悬液温度大于28C时，雷诺数 将大于0.5,超出公式适用范围，所以进行颗粒分析试验时悬液温度不应大于28C。另外实 际试验的土颗粒形状一般都不是球形，而是具有不规则形状的颗粒，理论上颗粒形状愈不规 则颗粒下降阻力愈大，沉降速度越慢，而斯托克公式没有考虑颗粒形状的影响，结果是实测沉降速度L/t偏大，这会造成试验测得的粘粒含 量偏高。故在应用试验结果时应对试验数据进行适当的经验修正，这可以根据经验建立修正 关系式进行解决。据资料可将斯托克公式修正为，式中Ps和Pg分别为颗粒修正系数和干涉 沉降修正系数。结合5组对比试验数据，颗粒分析成果对比见表1，对于采用修正公式计算 的粘粒含量明显比采用理论公式低，一般情况下粘粒含量越高，两者计算的值相差也越大。表1颗粒分析成果对比表6结语综上所述，影响土工试验成果准确性的因素比较多。包括