合理、正確測試原狀土的無側(cè)限抗壓強度
洪小鳳
摘 要：本文作者結(jié)合自己多年的實際工作經(jīng)驗，通過實驗比對的方式，對如何合理、正確測試原狀土的無側(cè)限抗壓強度相關(guān)問題進行分析探討，同時給出了自己的看法和意見，僅供參考。
關(guān)鍵詞：土工試驗；無側(cè)限抗壓強度；飽和粘性土；原狀土

土的抗剪強度指標(biāo)常用于評價工程建筑地基土的承載力、擋土墻土壓力、基坑及邊坡的穩(wěn)定性，是一項重要的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，是基礎(chǔ)設(shè)計的依據(jù)。試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響到工程設(shè)計人員對場地土體強度的判斷，在實際工程建設(shè)中，正確測定并合理取用土的抗剪強度指標(biāo)是非常重要的。在土工試驗中由于無側(cè)限抗壓強度試驗簡單快捷，試驗設(shè)備操作方便，因此常用原狀土的無側(cè)限抗壓強度試驗代替三軸不固結(jié)不排水剪試驗，采用原狀土的無側(cè)限抗壓強度評價地基土的承載力及其抗剪強度；經(jīng)常依據(jù)原狀土的無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果所反映的土體強度比原位測試結(jié)果所反映的土體強度小得多，盡管我國現(xiàn)有的土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程對原狀土的無側(cè)限抗壓強度指標(biāo)的測試都有詳細規(guī)定，但其試驗結(jié)果難以準(zhǔn)確反映土體的實際強度及其工程特性。

1 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)不完善
通過比對試驗證實國家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》無側(cè)限抗壓強度試驗方法不完善，試驗結(jié)果偏小�，F(xiàn)執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123-1999）的條款規(guī)定原狀土的無側(cè)限抗壓強度試驗適用于飽和粘性土，條款規(guī)定試樣直徑宜為35～50mm（有的行業(yè)土工試驗規(guī)程規(guī)定試樣直徑為40～50mm），試樣高度為直徑的2.0～2.5倍，其試驗條件：原狀土試樣在不排水、不固結(jié)，無側(cè)面壓力情況下施加軸向（即垂直向）壓力，直至試樣發(fā)生破壞，測力計出現(xiàn)峰值或取軸向應(yīng)變15%所對應(yīng)的軸向壓力作為試樣的無側(cè)限抗壓強度，其物理意義：原狀土試樣在側(cè)面不受任何限制的條件下，抵抗軸向壓力的極限強度。即

式中：qu為土的無側(cè)限抗壓強度，kPa；P為試樣破壞時（或軸向應(yīng)變15%所對應(yīng)）的軸向壓力，N；Aa為校正后試樣的斷面積，cm2。
經(jīng)常原狀土的無側(cè)限抗壓強度試驗試樣直徑采用35～50mm范圍內(nèi)，所得結(jié)果與土的實際強度偏離較大，其所反映的土體強度比原位測試結(jié)果所反映的土體強度小得多，如何合理、正確測試原狀土的無側(cè)限抗壓強度？通過多次采用同一土層原狀土樣品制成不同直徑的試樣進行比對試驗，并與野外十字板剪切試驗、靜力觸探試驗等原位試驗結(jié)果作比較，證實直徑采用70～85mm原狀土試樣的無側(cè)限抗壓強度所反映的地基土容許承載力值與原位試驗結(jié)果所反映的地基土容許承載力值較接近，并與地區(qū)經(jīng)驗值較接近，見廣州南沙東方國際集裝箱生產(chǎn)基地不同直徑原狀土的無側(cè)限抗壓強度與原位試驗結(jié)果的比對（附表），該基地飽和粘性土普遍分布且平均厚度達18.71m，于飽和粘性土層中布十字板剪切試驗孔、靜力觸探試驗孔共96個，選200組飽和粘性土做無側(cè)抗壓強度試驗，試驗時采用直徑35～50mm與70～85mm試樣進行比對試驗（由于無側(cè)限壓縮儀傳壓板直徑和儀器高度的限制，直徑70～85mm試樣的高徑比采用1：1，試驗時試樣底部及頂部墊上直徑85mm厚度5mm鋼板墊塊），試驗結(jié)果顯示直徑70～85mm原狀土的無側(cè)限抗壓強度所反映的地基容許承載力值與原位試驗結(jié)果所反映的地基容許承載力值較接近，并與地區(qū)經(jīng)驗值較接近，直徑35～50mm原狀土的無側(cè)限抗壓強度所反映的地基容許承載力值偏小；比對試驗結(jié)果說明國家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123-1999）無側(cè)限抗壓強度試驗方法不完善：(1)試驗條款規(guī)定原狀土試樣直徑采用35～50mm范圍內(nèi)不合理，由于試樣直徑較小制樣時對樣品邊緣產(chǎn)生一定的擾動，引起樣品整體強度降低較大，導(dǎo)致試驗結(jié)果偏小，實際上試樣直徑越小制樣時受到的擾動越大；(2)試驗條款對原狀土試樣尺寸精度未作出要求，如沿試樣高度各直徑誤差、兩端面的平整度及與試樣軸線及側(cè)面的垂直度未作出要求，測試人員在制樣時由于沒條款可依對試樣尺寸精度把握不準(zhǔn)。

 

容許承載力值的確定：依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021-2001) 10.7經(jīng)驗公式，qu修正值取峰值強度的70%，Υ-土的重度，h-基礎(chǔ)埋深，假設(shè)基礎(chǔ)埋深為1.00m。
qu =2cu 《土力學(xué)》公式6-16•華南理工大學(xué)出版社 容許承載力值的確定：依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021-2001) 10.7經(jīng)驗公式，cu修正值依據(jù)土的塑性指數(shù)＜20及液性指數(shù)＞1.1取峰值強度的70% 。 承載力特征值的確定：依據(jù)《工程地質(zhì)手冊》表3-3-5經(jīng)驗公式
地基容許承載力值偏小 地基容許承載力值合理 地基容許承載力值合理 地基承載力特征值合理
附表

2原狀土無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果偏小的原因
對直徑35～50mm原狀土的無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果偏小的原因作如下分析：飽和粘性土的形成為細粒土經(jīng)水流的搬運或沖刷在地形低洼處沉積形成，按其沉積環(huán)境分為濱海相沉積、湖泊相沉積、河灘相沉積、沼澤相沉積，為第四紀(jì)地層，欠固結(jié)土；飽和粘性土層中常夾大量貝殼、未分解的腐植質(zhì)等生物殘骸碎屑、或與粉細砂層交錯沉積，河流支溝或沖溝地段飽和粘性土常夾碎石、卵石、礫石、礫砂；由于飽和粘性土在地形低洼處沉積形成，因此飽和粘性土具天然含水率高、天然孔隙比大（常eO＞1）、流塑或軟塑狀、壓縮性高、強度低、靈敏度高的特性；因此飽和粘性土稍受外力作用下受擾動較大，甚至在自重作用下也會發(fā)生下沉及變形，如野外取樣時厚壁取土器進入土層產(chǎn)生摩擦阻力對土樣的擾動，及土樣與取土器內(nèi)壁摩擦引起土樣產(chǎn)生壓密擾動，土樣在運輸過程中受到顛簸震動，以上因素造成飽和原狀土的擾動使其強度降低，是造成原狀土無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果偏小的部份原因。除此外，現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123-1999）試驗條款規(guī)定原狀土無側(cè)限抗壓強度試驗試樣直徑為35～50mm范圍內(nèi)，由于試樣直徑過小且試樣呈流塑、軟塑狀，前面說到飽和粘性土中常見大量貝殼、未分解的腐植質(zhì)、碎石、卵石、礫石等粗粒物質(zhì)，這些粗粒物質(zhì)大小不等，也常見直經(jīng)大于50mm者，含量不定，土樣中粗粒含量越多粒徑越大，制樣時對土樣邊緣的擾動范圍越大，因此飽和粘性土較難制成直徑35～50mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，實際是棱形多面體，沿試樣高度各直徑誤差大，試樣側(cè)面總是凹凸不平整，要用余土進行修修補補，試樣直徑越小擾動帶所占的比例越大，試樣直徑的不合理是造成原狀土無側(cè)限抗壓強度偏小的主要原因；試驗證明原狀土試樣的強度受試樣的形狀、尺寸影響，如圓柱狀試樣的強度高于棱柱狀試樣的強度，大尺寸試樣強度比小尺寸試樣強度高。

3 合理、正確測試原狀土的無側(cè)限抗壓強度
(1)野外取樣、運輸過程及室內(nèi)制樣時盡量避免土樣受擾動，由于飽和粘性土易受擾動，室內(nèi)制樣時較難制成標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，為了方便室內(nèi)制樣避免土樣側(cè)面再次受擾動，野外取飽和粘性土樣時建議采用外徑為100mm薄壁取土器，采用靜力連續(xù)壓入法取樣，取土器內(nèi)取土管采用可分半合式以方便取出土樣并避免受到擾動。
(2)現(xiàn)場取樣必須及時密封樣品，制樣及試驗時防止試樣水份蒸發(fā)。
(3)試樣采用合理的直徑進行試驗：較均勻飽和粘性土試樣直徑建議采用70～100mm，試驗證實較均勻飽和粘性土試樣直徑大于70mm較合理，其原狀土無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果較接近土體的實際強度，當(dāng)試樣中含有粗粒時（如貝殼、腐木、碎石、卵石、礫石），試樣直徑應(yīng)大于最大粗粒直徑的10倍，試樣高度為直徑的2.0～2.5倍；室內(nèi)制樣時若土樣邊緣受擾動程度較小，沿高度直徑誤差小于0.5mm，可直接采用土樣的原直徑測定其無側(cè)限抗壓強度；若土樣邊緣受擾動應(yīng)削除受擾動部份土體，邊緣不平應(yīng)視情況選擇削平或補平，盡量保持試樣的直徑大于70mm。
(4)制樣時試樣尺寸精度應(yīng)滿足如下要求：沿試樣高度直徑的誤差應(yīng)小于0.5mm，試樣兩端面要互相平行、平整且與試樣軸線及側(cè)面互相垂直。
(5)改進無側(cè)限壓縮儀：無側(cè)限壓縮儀上、下傳壓板的直徑應(yīng)能滿足大直徑的試樣進行試驗，建議上、下傳壓板直徑大于100mm，無側(cè)限壓縮儀的螺桿、加壓框架高度應(yīng)能調(diào)整適合不同高度的試樣進行試驗，為了使不同高度的試樣試驗時操作方便快捷，建議無側(cè)限壓縮儀加配鋼板墊塊。

4 結(jié)束語
通常送至實驗室做物理力學(xué)試驗的土樣，多為工程勘察鉆探時采用薄壁取土器取樣，土樣的直徑為75～100mm范圍內(nèi)，是規(guī)格的圓柱體，多數(shù)土樣沿高度直徑誤差小于0.5mm，而且土樣邊緣受擾動較小，可直接采用土樣的原直徑僅削平兩端面測定原狀土的無側(cè)限抗壓強度，這樣既可避免土樣因制樣再次受較大的擾動，又可以節(jié)省大量的工作量及時間，試驗結(jié)果更加接近土體的實際強度；現(xiàn)代的工程建設(shè)在保證質(zhì)量保證安全的前提下，也非常講時間效率，我們的土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程的試驗條款在不影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性的同時，應(yīng)結(jié)合實際情況減少無關(guān)的試驗操作，土工試驗理論要結(jié)合實際，試驗方法要不斷完善，不合理、不正確的試驗條款要及時修改、更新，測試工作者在土工試驗中要克服室內(nèi)試驗存在的缺陷，盡量減少人為因素造成試驗結(jié)果的偏離，合理、正確測試土的各項物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，使試驗結(jié)果能合理、準(zhǔn)確地反映出土體的實際強度及其工程特性。

參考文獻：
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