室内常规土工试验试样制备问题分析

王新荣，王莹，李翠

（山东省水利勘测设计院，山东济南 250014）

室内常规土工试验试样制备问题分析

王新荣，王莹，李翠

（山东省水利勘测设计院，山东济南 250014）

试样制备不仅要求制备试样的仪器设备达标，更要求试验操作人员具备相当的素质，做到规范操作。本文就土工试验样品制备过程中常出现的问题进行初步探讨，供同行参考。

土工试验；试样制备；颗粒分析

试验样品的制备工序是室内试验工作关键环节。常规土工试验的系统性强，对试验精度的要求也相对较高，试验人员只有在熟悉相关规律和特征的基础上，才能够更好地发现试验过程和结果存在的问题，并及时作出相应的调整与处理，确保试验成果准确可靠。土样在试验前必须经过制备程序，包括土的风干、碾散、过筛、匀土、分样和贮存等预备程序。

1 试样制备

1.1 试样制备的预备程序

1）土样描述。如颜色、土类、气味及夹杂物等。

2）土样碾散。将块状扰动土样放在橡皮板上用木碾或利用碎土器碾散（勿压碎颗粒）；如水量较大时，可先风干至易碾散为止。

3）土样过筛。根据试验所需土样数量，将碾散后的土样过筛。

4）测定湿润土样不同位置含水率，要求差值不大于±1%。

5）混合样的制备。不同土层土样需制备混合样时，应根据各土层厚度按权数计算相应的质量配合，后进行扰动土样制备工作。

1.2 试样制备的基本工序

1）采取土样。可分为原状土切取以及调制后的扰动土切取。

2）土样称量。土样称量使用到的试验设备主要是称量仪器，包括物理天平和分析天平。天平选择会影响到试验成果，必须按要求选择使用。

3）土样粉碎。对烘干或者风干后的土样进行粉碎，使用到的试验仪器一般是自动或者半自动机械式的土样粉碎机，或者手工操作的玻璃制研磨器皿。这一环节是容易出现试验误差的重要环节，应严格按照规范要求操作。

4）土样过筛。在制备扰动土过程中，土样过筛是关键环节。岩土的性质不同、试验测试的目的不同，过筛的孔径也不尽相同。为了土颗粒充分排气和分散，对筛余粉粒、黏粒等细颗粒，还需要煮沸土样，一般用六偏磷酸钠作为分散剂。

5）根据不同试验项目，接下来的工序还包括调制土样、填充土样、重塑土样、击实土样等等。

土工试验试样制备大多是以手工、半机械化等手段完成，制备工序易受人为因素干扰，产生系统误差或偶然误差，影响试验成果的精确度。

2 试验过程中应注意的问题

2.1 基本指标的保障

土的含水率、天然密度、土粒比重是试验直接获得的三项基本指标，通过这三项基本指标可以计算出土的孔隙度、干密度、孔隙比、饱和度等其他计算指标。试验所得的三项基本指标其精确度不仅直接决定物理性指标的准确性，还会对土样的力学指标造成影响。如果以这三项指标作为基础，所计算出的其他指标存在着与实际情况明显差异的问题，例如：饱和度的值超过100%，就要查原因进行合理修正，分析是否因为含水量取值因烘干温度控制不好导致强结合水蒸发而偏大的问题或者其他原因。

2.2 液限与塑限

1）在实际操作的过程中，很多土样通过目视即可发现存在着岩块、岩屑、砾石、砂粒，对于这类混合土，国内标准要求通过筛分法对其粗粒含量进行测定。若以粗粒土为主，则无需进行液限和塑限试验。若以细粒土为主，则需通过界限含水量试验对土样的名称进行进一步定名。

2）风干、烘干、天然等界限含水量试验土样的制备方式会影响试验结果。按土工试验相关规定，若土样相对均匀即可采用处于天然状态含水率的土样，若土中含有较多的砂、卵石，则需进行风干、过筛（0.5 mm），并加水进行24 h的浸润。在使用处于天然含水状态的土样时，应尽可能将其切碎。若采用的是风干土样，则需先进行切碎、过筛（0.5 mm），待均匀后加水浸润至少24 h，使土粒的水化作用能够充分进行，让土粒周围的结合水程度达到天然状态。

2.3 颗粒分析

细粒土的颗粒分析一般采用比重计法，其理论依据是Stokes定律。Stokes定律的有五个假定理想条件，因此，试验操作中应当注意以下几点。

1）若土粒为非球形，就必然会导致误差。在颗粒体积相同的条件下，沉降速度会随着颗粒规则性的降低而变慢，由此得出的土粒粒径也就越小。

2）Stocks公式要求悬液浓度为1%～3%，在操作过程中，1 000 mL水中加干质量应在10～30 g的水平。若悬液浓度过高，则土粒无法充分分散，土团体的存在无法避免，使测量结果出现偏差。

3）Stocks公式由层流条件下导出，在水力学表征流态的雷诺数＜0.5的条件下使用。悬液从层流向紊流过渡的界限温度为28℃～28.5℃，若超过这一数值，雷诺数就会＞0.5，此时悬液为紊流状态，Stocks公式不再适用。因此，必须要将悬液的温度控制在＜28℃的水平，以便在最大程度上避免误差的出现。

4）若沉降速度过快，尤其是在悬液刚开始下沉的1 min内的沉降速度过快，就会导致紊流的出现，无法满足对于层流的要求，进而使测量结果出现一定的偏差。

2.4 抗剪强度

在室内试验中，黏聚力c值的测定往往会出现异常，例如无黏性土c值不为0，或黏性土c值为负等。其原因是湿砂内部的颗粒之间会形成毛细压力，由此形成的黏聚力会产生一定的c值。后者，则主要是由于所取土样的均匀度不足。

3 测量结果的综合分析

土样的矿物成分决定着土粒比重Gs，若黏土矿物含量相对较多，则Gs值相对较高；土样中结合水的含量影响着塑性指数Ip，其与Ip值之间存在着正比例关系。

塑性指数Ip与土壤的颗粒组成也有较大的关联，若粉粒含量不足70%，粉粒含量与塑性指数之间呈反比例关系；若粉粒含量超过70%，则塑性指数范围值为6～10。黏粒含量的增加也会提升塑性指数。在塑性指数的影响因素中，以黏粒含量为主，粉粒含量为次，在二者的共同影响下，塑性指数表现出粉土Ip＜壤土Ip＜黏土Ip的特征。

4 结语

原状土的试样制备，受人为因素带来的误差所占比例较大，制备过程中如何保持土的原始状态，直接关系到土工试验成果的准确性。而土工试验成果与对工程设计、施工及建成后的工程安全运行息息相关，因而土工试验从业人员必须更加严谨细致的工作，在试样的制备工序、理论计算等各方面，认真分析研究，总结不同区域、不同成因和不同土类各物理性指标、力学性指标相互间的相关性，规律性，尽量避免出现不合理的试验参数。

[1]李景毅，仇日群.室内常规土工试验应注意的问题与试验成果的综合分析［J］.城市建设理论研究（电子版），2011（22）：111.

[2]汪峰，周学军.室内土工试验中常规试验操作要点的探讨［J］.建材与装饰，2012（21）：206.

[3]刘宇辉，解亚雄，李超等.谈提高室内土工试验准确性的措施［J］.山西建筑，2015，41（21）：61—62.

（责任编辑 迟明春）

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1009-6159（2017）-08-0013-02

2017-05-08

王新荣（1968—），女，工程师