作为固相、水相及气相3相体系的土,在受力过程中,力学状态不仅与3相组成有关,还和外界受力条件、应力应变历史、排水条件以及加荷速率等有关,具有高度的复杂性和多变性。
1、天然密度、含水量和比重试验
对于细粒土,一般采用环刀法测量天然密度,主要问题有:(1)土体选样不合适。如选取了在取样和运输中扰动明显、受损的土样,不能代表原始状态;(2)环刀切样不规范。如未削除周边多余土,切样方向不垂直,环刀表面未涂抹凡士林或者随意敲打土样等。应按照自然沉积方向放置土样,刀口朝下垂直放置,用钢丝弓轻轻削除多余的土,然后将环刀缓缓下压,不可左右摇晃。对于粗粒土,可用蜡封法测量密度,但实践中并不常用,一般采用经验值。
土的含水量多用烘干法测定,主要问题有:(1)选样不合理。靠近样皮部分存在水分流失问题,渗流也会造成上中下各部分含水量差异,应该选择中间段有代表性的土。(2)烘干时间和温度的控制不合理。试验标准要求取样15~30g时,黏土要求在105~110℃下,烘干时间不少于8h。实际操作中,取土样的重量可能会大于30g,如果仍烘8h,易出现烘不透,导致含水量测试结果偏小。另外,不可将不同的土放在一起烘,比如,有机质土和黏性土一起烘时,由于温度过高会损失部分有机质,导致含水量测试结果偏大。
比重的测试方法有比重瓶法和浮称法。由于土的比重主要由矿物成分决定,较为稳定,同一地区、同一类型土的比重基本相同,多采用地区经验值,而不进行测试。一般来说,泥岩质土比重为1.5~1.8,有机质土为2.4~2.5,黏性土多为2.7~2.77,砂土为2.63~2.68。
2、液塑限试验
土的液塑限试验多采用液限仪和搓条法进行。液塑限测定原则上要先通过0.5mm的筛。实际操作中经常不过筛或者过筛后仍有部分砂粒混与其中,从而影响圆锥的入土深度,影响测试结果。另外,调制土膏过程中调制不均匀、填筑不密实等都会影响结果。搓条法人为因素影响大,不同的操作人对搓条裂隙的辨认有区别,因此,同一批试样由同一人完成试验。
3、压缩试验
土的压缩试验是测定土在压力作用下变形的过程,压缩过程是土体中孔隙闭合、水和气体排出的过程。对于一般性的土,采用每级荷载1h稳定快速压缩法。对于软黏土,由于排水慢,压缩变形完成时间长,仍采用1h稳定快速压缩法,测试结果将与实际相差较大。另外,压缩试验也存在选样是否具有代表性的问题。目前,试验室的压缩试验大多直接采取50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa压力,未考虑前期应力历史、上覆压力以及设计荷载,做出来的压缩曲线难以反映土体的实际力学状态。
4、抗剪强度试验
土的抗剪强度测试方法应根据工程实际情况来选取,主要有直剪、三轴压缩和无侧限抗压强度试验。直剪试验测得的抗剪强度理论上与垂直压力应是线性关系,但经常出现异常点,主要是土样土质不均匀、取样存在扰动等造成。另外,剪切破坏面人为,不符合实际剪切破坏情况。受剪面积随着剪切变形发展而变小,剪应力分布不均匀、排水条件无法控制等问题也会影响结果。同时,剪切速率也影响抗剪强度。直接剪切试验是一项较为粗糙的测定方法,但由于操作简单、测试时间短、费用低且积累的工程经验较多,仍被广泛采用。三轴压缩仪是测定抗剪强度较为完善和准确的仪器,土体沿薄弱面发生剪切破坏,比较真实反映剪切破坏情况,但存在用土量大、用时较长的问题。对于饱和软土,可以采用无侧限抗压强度来得到抗剪强度。
5、其他试验
除以上的常规土工试验,还有土的灵敏度、固结、渗透、膨胀性、湿陷性和动力学试验等也属于土工试验的范畴,在重要工程或有特殊要求的工程中往往需要测定,为科研或设计提供依据。对于这类试验,成果的可靠性主要取决于试验条件能否真实反映工程现场条件。
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