土工试验常见问题探讨论文
摘 要：根据工作经验与国家现行规范及行业标准相结合，针对土工试验中存在的问题，从试样制备、土物理性质试验及力学性质试验三个方面进行了剖析，提出了解决问题的办法。
关键词：土工试验；试样制备；土的物理性质试验；土的力学性质试验
土工试验是岩土工程勘察的重要组成部分，是野外勘察工作的延续。野外勘探与室内土工试验有机地结合，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，试验仪器及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。本文就岩土样试验中经常出现的部分问题进行剖析，以便勘察单位在过程质量控制中采取相应措施，为设计部门提交真实、准确的勘察成果。
1、试样的制备
岩土工程勘察市场竞争激烈，勘察费用较低，勘察单位的设备技术更新改造投入较少，勘察手段的单一，导致采取的原状岩土样质量较差，土体结构受到严重扰动和破坏(尤其是采用岩芯管岩芯切样)；部分样品采集后没有在现场用蜡封堵，水分蒸发；冬天没有防冻措施，使样品受冻；运输过程中没有减震措施，特别是灵敏度较高的粉土和软塑土。由以上原因造成的土体结构破坏和含水量变化，严重影响到岩土体的原状，该类样品根本不能作为力学试验样使用。
采样不合格的岩土样，在试样制备时应注意。开启土样筒后，先检查土样结构，确定土样是否已受扰动或取土质量是否符合规定，对不符合规范要求的试样必须舍弃。
对合格土样用环刀切取时，首先应做好以下几点：
①应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摩擦，避免土样压密扰动。
②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，造成土的容重失真及压缩时压缩模量偏小。
③环刀下压过程中，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受到一定程度的压密。
④压入环刀后对土样的上下端面削平，对于软土要用钢丝锯修复平整，若用切土刀整平则刀面极易带起软土形成二次扰动，对其它土可采用切土刀削平。这四种措施都可有效避免土样在室内试验时受到扰动。
在制样过程中要对土样的颜色、名称、包含物、矿物成分、软硬程度、塑性状态、结构构造等进行描述，不仅是判定土类别的依据，也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。
2、土的物理性质试验
2.1 含水率试验
土层的不均匀、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引起含水率的变化。除此之外在试验室若操作不当对土样含水率的测试结果也会造成偏差：
①取样点的位置不同，尤其是对粉质含量高的粉质粘土、粉土、砂土，样的上、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。
②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。
③烘干时间及温度对含水量测试数据影响较大，从而影响到地基土承载力基本值。以粉土为例，含水量每提高5%，承载力基本值降低约5%～10%。因而应严格掌握烘干时间和温度。
红粘土、膨胀土等粘粒含量很高的土类，有较大的比表面积，吸附水能力强，需在105℃～110℃温度下烘干8h，粉土、粉砂土不得小于6h，但对含有机质的土(尤其是有机质含量大于5%的土)，应在65℃～70℃烘至恒重，温度过高会造成有机质的损失，使含水量偏大。决不能为赶工期而省时省工，更不能不分土类别、不分温度、不分时间地进行烘干。
2.2 土粒比重试验
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：
①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，结合水吸附在粘粒表面，使测出的土粒体积大于实际体积，导致测试结果偏小。
②土粒间胶结物固化的影响。制备试样在烘干过程中，不可溶的胶质矿物如SiO2、Al2O3、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。
土粒比重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，一般无机物矿物颗粒的比重为2.60～2.80，有机质为2.40～2.50，泥炭为1.50～1.80，土粒的比重变化幅度很小，同一地区同一类型的土相对密度基本接近，通常可按地区经验数据选用。由于土粒比重试验相对复杂且费时，但也不能在一个地区根本就没有进行过土粒比重试验，而盲目套用其它地区的经验，这是不科学的。
2.3 界限含水量试验
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。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，填入试样杯中，按规范测定三个不同含水率的点。
在实际试验时操作人员能够对含砾石、岩屑、杂物的土样过筛后进行试验，但当土中含原生的铁、锰质结核时而往往忽视过筛，直接将土中的铁、锰质结核压碎混入土中，这种方法造成土的液、塑限含水量偏小。
土样加水后应充分拌和，拌合后试验样品的含水量必须均匀，否则锥体下落试验点处的含水量难以代表实际样品的含水量。
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，不能有空洞，杯口土面应平整。低含水量的试验样易在盛土杯中产生土体密实度差异现象，高含水量试验样易出现盛土杯土体空洞现象，操作时应注意。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。对于搓条法进行塑限试验，虽然规范允许，试验时人为影响因素较大，试验误差过大。这种方法虽然简便，但应慎重选用。
2.4 土体的定名
土体定名应规范，在土体定名时经常出现粉土定名的误区。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%，且塑性指数不大于10的土。在实际运用中，由于颗分试验较繁杂，仍采用按塑性指数不大于10来划定粉土的做法。土工试验时，粉砂有时也具有一定的塑性指数，若仅按塑性指数划分粉土可能会造成误判。另外，按《建筑地基基础设计规范》(GB50021-2001)规定粉土承载力特征值深宽修正时、按《建筑抗震设计规范》(GB5007-2002)进行液化判别时，均需根据粉土粘粒含量数值来进行计算和判别，虽然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，但也不能仅以塑性指数作为判定粉土的条件。
3、土力学性质试验
3.1 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，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由于频繁折卸仪器、透水石磨损、滤纸规格的变化等因素，均会影响测试结果，因而仪器应定期校正。
②上透水石的含水量差异会对土体固结产生一定程度的变化，这种变化对一般的土样影响比较隐蔽，不易发现，但对具膨胀性的土样会有很大的影响，当透水石的含水量较土样含水量大时会引起土样吸水膨胀，出现前后级荷载百分表读数差别很小的现象，有时甚至出现后级读数较前级读数小的异常情况。在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。因而下透水石的含水量未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、下土面必须紧密与上、下透水石处的滤纸接触。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试验的失真。
⑤试验稳定标准在《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)中规定：施加每级压力后，每小时变形达0.01mm时，测定试验高度变化作为稳定标准。
原来的1h快速法由于缺少理论依据而不再使用，但实际工作中，由于固结仪器数量的限制、试验工期的紧迫仍会沿用，这种违背规范的现象，应禁止。
3.2 抗剪强度试验
直剪试验受力条件复杂(如发生剪切位移时法向加荷由最初轴心受压变为偏心受压，剪切破坏面人为限制)，排水条件不易控制，按《土工试验方法标准》GB/T50123-1999第18条规定快剪试验一般适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土，粉质粘土渗透系数一般大于10-5cm/s，粉土K值更大，用直剪试验已非常勉强，在室内试验对较软的粉土及粉质粘土直剪时，发现四级荷载下很少存在峰值强度，绝大部分需剪切至位移6mm处，剪切强度指标回归性差(尤其最后一级荷载强度偏低，再现性差)，剪切强度指标仅能作为参考。另外较软弱的土即使渗透系数满足要求，当后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、粉质粘土及较软弱土强度指标可信度较差，三轴试验可取得较好的效果，在一个勘查项目的土工试验中可进行一定数量的三轴剪切试验进行对比。
另外在进行固结快剪及快剪试验时，应严格控制剪切速度，对粘性土速度控制在0.8mm/min为宜，严禁提高剪切速度，造成剪切强度偏低，误导设计。
4、体会
土工试验是对野外采取的土样进行试验，土样在采取、保管、运输的各个环节稍有不慎都会对“原状土样”试验数据的真实性产生重大影响，因此：一是务必要求野外勘察机台选用符合国家规范要求的标准取样器静压取样，严禁采用轻锤多击法取样或岩芯管回转岩芯切样；二是在取样过程中精心操作，特别是要防止压取长度超过取样器长度，造成土样挤压；三是对取出的土样立即密封妥善保管，做到防晒、防冻；四是对取出的土样及时送到试验室，在运送时装箱置于减震垫上，防止互相碰撞；五是在试验过程中应尽可能地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，在试验结果分析整理时应结合具体土样特点进行对比，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、合理的工程试验数据，更好地为工程建设服务。
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你好，本人也是学土木的，这篇文章为原创，在百度或谷歌等网站绝对找不到，供你参考、修改，实为抛砖引玉之作，希望你能满意。
不良地基的处理与加固方法
[摘 要] 论述了在建造建筑物之前,针对不良地基土及异常地基土的处理方法及加固方案。
[关键词]不良地基;异常地基;地基处理;施工工艺;基础刚度
Abstract:This paper the treatment schemes and reinforcing means of badness and abnormality foundation before the
building construction.
Key words:badness foundation; abnormality foundation; foundation treatment; construction technique; stiffness
在现实工程中,经常会出现不良地基及异常地基的情况,如若对其处理不当将对建筑物造成不良影响。本文将对不良地基及异常地基情况的处理做一简要介绍,以便能更好地解决工程实际中地基出现的问题。
1 不良地基的处理
1·1 置换法
1·1·1 换填法:就是将表层不良地基土挖除,然后回填有较好压密特性的土进行压实或夯实,形成良好的持力层,从而改变地基的承载力特性,提高抗变形和稳定能力。
施工要点:将要转换的土层挖尽、注意坑边稳定;保证填料的质量;填料应分层夯实。
1·1·2 振冲置换法:利用专门的振冲机具,在高压水射流下边振边冲,在地基中成孔,再在孔中分批填入碎石或卵石等粗粒料形成桩体。该桩体与原地基土组成复合地基,达到提高地基承载力减小压缩性的目的。
施工注意事项:碎石桩的承载力和沉降量很大程度取决于原地基土对其的侧向约束作用,该约束作用越弱,碎石桩的作用效果越差,因而该方法用于强度很低的软粘土地基时必须慎重行事。
1·1·3 夯(挤)置换法:利用沉管或夯锤的办法将管(锤)置入土中,使土体向侧边挤开,并在管内(或夯坑)放人碎石或砂等填料。该桩体与原地基土组成复合地基,由于挤、夯使土体侧向挤压,地面隆起,土体超静孔隙水压力提高,当超静孔隙水压力消散后土体强度也有相应的提高。
施工注意事项:当填料为透水性好的砂及碎石料时,是良好的竖向排水通道。
1·2 预压法
1·2·1 堆载预压法:在建造建筑物之前,用临时堆载(砂石料、土料、其他建筑材料、货物等)的方法对地基施加荷载,给予一定的预压期。使地基预先压缩完成大部分沉降并使地基承载力得到提高后,卸除荷载再建造建筑物。
施工工艺与要点:①预压荷载一般宜取等于或大于设计荷载;②大面积堆载可采用自卸汽车与推土机联合作业,对超软土地基的第一级堆载用轻型机械或人工作业;③堆载的顶面宽度应小于建筑物的底面宽度,底面应适当放大;
⑤作用于地基上的荷载不得超过地基的极限荷载。
1·2·2 降水法:降低地下水位可减少地基的孔隙水压力增加上覆土自重应力,使有效应力增加,从而使地基得到预压。这实际上是通过降低地下水位,靠地基土自重来实现预压目的。
施工要点:一般采用轻型井点、喷射井点或深井井点;当土层为饱和粘土、粉土、淤泥和淤泥质粘性土时,此时宜辅以电极相结合。
1·3 压实与夯实法以配合堆载预压用于加速饱和粘性土地基的固结
1·3·1 表层压实法:采用人工夯,低能夯实机械、碾压或振动碾压机械对比较疏松的表层土进行压实。也可对分层填筑土进行压实。当表层土含水量较高时或填筑土层含水量较高时可分层铺垫石灰、水泥进行压实,使土体得到加固。
1·3·2 重锤夯实法:重锤夯实就是利用重锤自由下落所产生的较大夯击能来夯实浅层地基,使其表面形成一层较为均匀的硬壳层,获得一定厚度的持力层。
施工要点:施工前应试夯,确定有关技术参数,如夯锤的重量、底面直径及落距、最后下沉量及相应的夯击遍数和总下沉量;夯实前槽、坑底面的标高应高出设计标高;夯实时地基土的含水量应控制在最优含水量范围内;大面积夯时应按顺序;基底标高不同时应先深后浅;冬季施工时,对土已冻结时,应将冻土层挖去或通过烧热法将土层融解;结束后,应及时将夯松的表土清除或将浮土在接近1m的落距夯实至设计标高。
1·3·3 强夯:强夯是强力夯实的简称。将很重的锤从高处自由下落,对地基施加很高的冲击能,反复多次夯击地面,地基土中的颗粒结构发生调整,土体变为密实,从而能较大限度提高地基强度和降低压缩性。其施工工艺流程:①平整场地;②铺级配碎石垫层;③强夯置换设置碎石墩;④平整并填级配碎石垫层;⑤满
夯一遍;⑥找平,并铺土工布;⑦回填风化石渣垫层,用振动碾碾压八遍。一般在大型强夯施土前,都应选择面积不大于400m2的场地进行典型试验,以便取得数据,指导设计与施工。
1·4 挤密法
1·4·1 振冲密实法:利用专门的振冲器械产生的重复水平振动和侧向挤压作用,使土体的结构逐步破坏,孔隙水压力迅速增大。由于结构破坏,土粒有可能向低势能位置转移,这样土体由松变密。
1·4·2 施工工艺:①平整施工场地,布置桩位。②施工车就位,振冲器对准桩位。③启动振冲器,使之徐徐沉入土层,直至加固深度以上30~50cm,记录振冲器经过各深度的电流值和时间,提升振冲器至孔口。再重复以上步骤1~2次,使孔内泥浆变稀。④向孔内倒入一批填料,将振冲器沉入填料中进行振实并扩大桩径。重复这一步骤直至该深度电流达到规定的密实电流为止,并记录填料量。⑤将振冲器提出孔口,继续施工上节桩段,一直完成整个桩体振动施工,再将振冲器及机具移至另一桩位。⑥在制桩过程中,各段桩体均应符合密实电流、填料量和留振时间等三方面的要求,基本参数应通过现场制桩试验确定。⑦施工场地应预先开设排泥水沟系,将制桩过程中产生的泥水集中引入沉淀池,池底部厚泥浆可定期挖出送至预先安排的存放地点,沉淀池上部比较清的水可重复使用。⑧最后应挖去桩顶部1m厚的桩体或用碾压、强夯等方法压实、夯实,铺设并压实垫层。
1·4·3 沉管砂石桩(碎石桩、灰土桩、OG桩、低标号桩等):利用沉管制桩机械在地基中锤击、振动沉管成孔或静压沉管成孔后,在管内投料,边投料边上提(振动)沉管形成密实桩体,与原地基组成复合地基。
1·4·4 夯击碎石桩(块石墩):利用重锤夯击或者强夯方法将碎石(块石)夯入地基,在夯坑里逐步填人碎石(块石)反复夯击以形成碎石桩或块石墩。
2 异常情况的地基处理
2·1 松土坑(填土,墓穴,淤泥等)的处理
2·1·1 将坑中松软虚土挖除,使坑底及槽帮四壁均见天然老土,然后采用与坑边的天然土压缩性相近的材料回填,回填材料及做法:①当地基为砂土时,用砂或砂石回填,回填每层厚度不大于20cm并应分层洒水夯实或用平板振捣器夯实。②当地基为较密实的干硬性粘土时,可用3∶7灰土分层夯实。③当地基为中密可塑粘土时,用1∶9灰土分层夯实回填。④当虚土挖除后,如遇地下水,则水下部分采用级配砂石回填,水上部分仍可用灰土夯实回填。
2·1·2 当单独柱基下有虚土坑时,可按下述情况处理①如坑深度大于槽宽,或坑面积大于槽底面积的1/3时,宜将槽底全部落到坑底。②在粘性土中,两相邻单独柱基的槽底高差不得大于相邻柱基的净距,否则应将较浅的柱基槽底相应落深,使两柱基槽底标高取平。③在砂性土中,两相邻单独柱基的槽底高差不得大于净距的1/2,否则两柱基的槽底宜取平。④如坑底过深,可考虑加大基础底面积,或与相邻柱基础连在一起做成联合基础。
2·2 局部范围内有硬土或旧结构物时的处理当基底下有局部过硬的土质或旧结构物(如旧基础,老灰土,化粪池,旧砖窑,压实的路面,大树根,大块石等)时,应全部挖除,再按上述方法回填或加深基础(应指出的是,不能认为在地基处理时,只须对松软的地基做处理。对过于坚实的地基如不做处理,也会引起建筑物产
生较大的不均匀沉降)。
2·3 设备管道的处理
当上下水等设备管道在槽底以上穿过时,应在基础墙处管道上方留出大于房屋预估沉降量的空隙,以避免建筑物产生沉降时引起管道损坏,同时,应采取防止管道漏水的措施,以避免漏水浸湿地基而引起不均匀沉降。当管道基础穿过基础时,可将基础局部落深,使管道穿过基础墙,同时,管道上方应按上述原则留足够的空隙。
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这个首先要阅读相关资料，查找别人事怎么建模的，然后根据模型进行试验准备，通过试验数据找出数据的变化规律，找到结论，这样才是一篇非常优秀的论文，同事最好结合某具体工程就最佳的
