土工固结试验的影响因素和改进措施

　　摘要：本文分析了土工固结试验的原理和影响试验质量的因素，提出了具体的改进措施，供大家参考。
　　关键词:固结试验，勘察，压缩模量
　　
　　1前言
　　在岩土工程勘察中，土工试验是整个勘察过程的一个重要环节。因为勘察中取的各层土试样，都要经过物理性质及力学性质试验，取得各层土的物理性质及力学性质数据，才能准确的评价各层土的工程特性，为设计、施工应用。
　　在土工试验的各指标中，土的固结试验是取得土的力学性质指标的一个重要环节。因为土的固结试验所取得的压缩系数，对评价土的压缩性是一个关键数据，由此求得的压缩模量，是计算地基沉降的主要指标。所以土的固结试验是岩土工程勘察过程的一个重要部分。
　　目前，我们在岩土工程勘察中，大量的工程都是一般厂房及一般住宅楼，固结试验加荷至8O0kpa即可以满足要求。而高层建筑需做高压固结。这大量的岩土工程勘察，进行着大量土工试验，所以一般性的固结试验是岩土工程技术人员和土工试验人员每天都能接触的试验。它也是一般建筑物设计施工的一个重要指标，这个指标准确与否，直接牵扯着建筑的经济合理性及安全稳定性。所以我们认为固结实验在实际应用中是非常重要的。
　　2固结试验原理
　　地基土在外荷载作用下，水和空气逐渐被挤出，土的骨架颗粒之间相互挤紧，封闭气泡的体积亦减少，因而引起土层的压缩变形。然而，由于受到土中孔隙细小、通道复杂的限制和约束，土中水的排出不会在荷载加上就马上实现，而是需要一定的时间才得以完成。而完成压缩的时间长短取决于土层的厚度、排水的条件以及土的结构或者说土的渗透系数的大小。固结试验测得的结果是土的最终的可压缩性质参数，因而试验中要保证各级荷载作用下土样得以充分固结。
　　3固结试验的影响因素
　　影响固结试验质量的因素是多方面的，包括取土质量、仪器设备、操作过程与方式以及气候、环境、人为等等。人为、气候及环境三个因素是客观存在的，可以改善或校正，但不可能完全排除。而突出影响固结试验质量的还是取土质量、仪器设备及操作三个重要因素。
　　3．1取土、开土对固结试验影响
　　固结试验就是通过对土样的室内试验为实际工程中土层的结构分析提供基本参数。因此，土样要尽可能地与实际的土层保持一致。细粒土的结构性较强，一旦受到某种扰动，其性质会发生变化。因此，要设法减少或者减轻对土样的原状结构的破坏，取得有价值的试验结果。
　　(1)取土方法会对细粒土的物理力学指标产生较大影响。钻孔取土相比探井取土，对土样的扰动程度更大。钻孔取土时，钻孔中的水柱压力、土样与取土器内壁摩擦引起的压密、真空吸力、土样的自重、取土器深入土层时锤击引起的振动压密等都会引起土样扰动。要保证试验质量，必须按规范的规定，对不同等级试样按要求的取土工具和方法进行。
　　(2)用环刀切取原状土样时，所用环刀卷边、缺口变形、切土刀刃口呈凹型等，都会影响试样质量，要定期检查、校核，使环刀的刀口、高度、内径粗糙度等符合国际标准。
　　(3)用环刀切取试样时必须注意：试样与环刀内壁之间不能存在间隙，应均匀地用力垂直下压，若产生倾斜而存在间隙，会使天然密度偏小；如果靠近环刀或环刀表面的试样有大颗粒，应挑出后补上原状土；硬塑的、含砂量高的细粒土包含物较多时，要平放在玻璃板上，用小刀轻轻切削，不能将试样提起用钢锯切削；易产生触变的土样表面不准反复刮削多次，要用刃口平整的(没有孤度的)切土刀整平表面几次，避免扰动土样；切取的土样要均匀且有代表性，试样中的水分因地心引力的作用自上往下渗，因此土样筒上部的土样较硬，含水量偏小，而下部的较软，含水量偏大，所以，中部的土样代表性好一些。
　　3．2仪器设备对固结试验的影响
　　试验用的仪器设备务必保持良好的工作状态，确保按照要求加规定的荷载到土样上，并保证试验过程中的排水条件、固结时间满足规范要求。
　　(1)各种固结仪必须使用国家标准的仪器和元部件且日常使用、维护、保养要十分重视。试验时仪器出现的问题有：杠杆式固结仪的杠杆不活，出力精度差；压顶板及容器底面排水槽不开轴向水槽；测微杆采用铁质等易生锈材料；仪器长期使用维护保养差，不更新；透水石棱角变圆不清洗，孔隙淤塞；杠杆固结仪刀口滞钝；铜质导环护环腐蚀发绿甚至变形；承压板顶的钢球生锈；气压固结仪活塞杆不清洗擦油，摩擦力增大不稳定；百分表长期使用不定期校正，表杆不灵活；砝码不按国际标准(N)进行加重校正，砝码上仍标kg等等。
　　(2)不同的固结仪对固结试验有一定的影响。近年来固结试验仪器的种类和规格均有所增加，已初步形成系列化和多功能的格局。
　　①砝码式杠杆固结仪，它是一种最古老的固结仪，但也已形成系列化，按施加压力大小分低压固结仪、中压固结仪、高压固结仪。这种仪器的特点是加荷直观，稳定性好，精度较高，目前大部分勘察单位均使用这种固结仪。但它存在的问题是：自动化程度低，劳动强度大，加砝码时的振动对试验结果会产生一定影响。
　　②气压固结仪，它的规格有单联、四联低压固结仪，可加荷至600kPa；单联、双联高压固结仪，可加压至2000kPa。它的特点：利用高压气体作为压力源，加荷方便，操作简单，大大减轻了劳动强度，提高了试验的自动化程度，但它存在的问题是因国产气压密封件质量不过关，有漏气现象，压力不稳定。
　　③随着自动化程度的提高和普及，不少试验室已采用自动化数据采集及处理系统。如全自动固结仪，试验时只要在微机上设定每级试验荷重、试验方法及使用仪器台数，即可启动采集器、控制器进入全自动试验过程，能在无人值守条件下，昼夜连续运行，采用闭环控制方式控制加卸荷。在每级压力试验过程中，自动跟踪土样变形，随时调整气压网络中的压力，保证固结仪出力稳定和准确。它克服了杠杆式固结仪加荷时易产生冲击，引起瞬间出力震荡，产生超载，影响试验成果的弊端，且数据直接进入数据库进行处理，不但省时省力，提高工效，而且减少了由于人工操作、记数、计算带来的误差。同时，通过数据处理系统可直接进行报告汇总，绘制压缩曲线，得出测试结果。
　　3．3操作过程以及方法对固结试验影响
　　按规定的操作规程进行试验是确保成果可靠的关键。试验操作过程和方法存在的问题是：
　　(1)常采取现行规范或标准中不提倡或没有列入的，但试验室已长期使用并进行过大量对比试验的半经验性或经验性的方法，如陕速固结试验法。还有一些试验室采用一些没有理论根据或错误的试验方法，如：快速固结试验最后一级荷载下不稳定而随意修正。
　　(2)在室内固结试验中，高灵敏的土和具有先期固结压力的土，有时第一组试样压上去就破坏或读到负数。因此需先仔细观察判断，认真考虑施加第一级压力的大小，避免此类现象发生。
　　(3)对于I类工程及重大工程均采用逐级加荷、用综合固结度法校正的快速固结试验。有时一个试样在加荷过程中，采用两种不同的加荷方法，即低压阶段(≤400kPa)用快速法，超过400kPa则用2h慢速固结法或者间隔2h逐级加荷法，以次固结增量法进行校正；有的不提供各个试样的压缩系数表或压缩曲线图，即使有也不按实际坐标点连曲线；对地下水位以下的试样，固结容器内不注水；快速固结试验最后一级压力下固结时间短，未达到稳定标准。
　　(4)高压固结试验由于取土质量差，P～lgp曲线不出现明显拐点，有的甚至用间隔1h逐级加荷法进行试验，以综合固结度校正的～lgp曲线来判定先期固结压力及压缩指数。由于缺乏经验或资料分析不当，特别是曲线拐点的确定错误，判定的先期固结压力值反常，不符合土层的应力历史。
　　4改进措施
　　(1)提高土工试验人员素质。随着改革开放的不断深化，工程勘察的工作内容和技术要求也在不断变化，试验人员素质也要随之不断提高，要适时地参加不同层次的专业培训班，经专门培训考核，持证上岗。不断丰富实际经验，进一步提高测试水平。
　　(2)重视野外取样质量，保证试验数据的真实性，取样质量不高是导致试验失真的主要原因。
　　(3)加强对土工试验设备的定期检验和维护。
　　(4)统一和规范土工试验方法标准，在试验中不采用规范和标准中不提倡或没有列入的半经验性和经验性方法。
　　(5)围绕着现行的土工试验规范、标准等，结合各自工作中遇到的新情况、新问题，开展进一步研究和技术总结。加强土工试验技术管理，健全土工试验技术负责人和审核人制度，用一套行之有效的技术管理程序来保证试验质量。
　　5结论
　　通过诸多的平行试验得到了一系列的参数和数据，根据这些参数和数据利用已知的公式我们可以确定一个工程是否可以建设和它的安全性和地上建筑物的耐久性以及使用年限，所以我们认为固结试验在实际应用中非常重要的。岩土工程师们应该努力学习和掌握土力学的基本框架和精髓，只有这样才能看清自己在执业的范畴中应该起到的作用。在这个技术与信息高速发展的时代，我们更应该努力使自己的专业水平与时俱进，为社会主义建设保驾护航。
　　[参考文献]
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　　[2]电力工程勘测守则编委会．电力工程勘测守则地质篇．
　　[3]钱家欢，殷宗泽合编．土工原理与计算第二版．
　　[4]TerzaghiPeek合编．工程实践中的土力学(SoilMechanicsinEn-gineeringPractice)．

《土工固结试验的影响因素和改进措施》

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