土的力学性能检测

土的力学性能检测

摘要：土，力学性能复杂，不同种类土之间差异较大。想要对土的性能做一个合理评价，就必须按规范对各个性能进行检测，然后综合检测对其做综合评价。对土力学性能要求认识程度较高的结构如基础沉降和不均匀沉降，堤、坝的渗漏和渗透破坏，土坡失稳，建筑物的水平滑移和倾覆等，如果因为性能了解不足，导致设计失误，从而导致失事，后果不堪设想。

关键词：性能，检测，评价

0 引言

土一般是由大小不同的矿物颗粒、水和空气三相物质组成的松散沉积物。水和空气存在于土粒间的空隙之中。当空隙中充满空气时称干土, 充满水时称饱和土, 水、气并存时称湿土, 水中土称超饱和土或流态土。土力学是研究土的特性及其受力后变化规律的一门科学, 其研究对象就是受力土体。土是一种多性体, 土的力学性质复杂、多变、离散、不稳, 不同时间地点和含水情况, 其变化异常, 差异很大。例如水对土的影响，实验结果表明, 一般粗粒土、密实土结构坚固、强度高, 耐水性强, 受水的影响小, 遇水不易破坏; 细粒土、疏松土结构脆弱, 强度低, 耐水性差, 受水的影响大, 易受水破坏。

1 土的力学性能

土的力学性能包括：干密度，含水率，渗透性，压缩性，抗剪强度，应力应变特性，抗拉强度等性能。在工程设计之前，必须制备试样，研究其物理力学性能，从而为工程设计提供合理的计算参数。

2 检测方法

常用的研究方法有两种：一种是用击实仪进行室内击实试验，另一种是在现场用碾压机具进行碾压试验。本文重点介绍室内试验，击实试验与直剪试验。

2.1击实试验方法

（一）概述

土作为筑路材料时，需要在模拟现场施工条件下，获得路基土压实的最大干密度和相应的最佳含水量。击实试验就是为了这种目的利用标准化的击实仪具，试验土的密度和相应的含水量的关系，所以击实试验是控制路基压实质量不可缺少的重要试验项目。用击实试验模拟现场土的压实，这是一种半经验方法，由于土的现场填筑碾压和室内击实试验具有不同的工作条件，两者之间的关系是根据工程实践经验求得的，但要求室内试验的击实功应相当于现场施工的压实功，因此很多国家以及一个国家的不同部门就可能有其自用的击实试验方法和仪器。

（三）试验方法

1．试样制备

试样制备分干法和湿法两种，对一般土，干法制样和湿法制样所得击实结果有一定差异，对于具体试验应根据工程性质选择制备方法。

（1）干法制样：将代表性土样风干或在低于50℃温度下烘干，放在橡皮板上用木碾碾散，过筛（筛号视粒径大小而定）拌匀备用。测定土样风干含水量w。，按土的塑限估计最佳含水量，并依次按相差约2％的含水量制备一组试样（不少于5个），其中有两个大于和两个小于最佳含水量。按确定含水量制备试样。将称好的质量的土平铺于不吸水的平板上，用喷水设备往土样上均匀喷洒预定mw的水量，静置一段时间后，装人塑料袋内静置备用。静置时间对高液限粘土不得少于24h对低液限粘土不得少于12h

（2）湿法制样：对天然含水量的土样过筛（筛孔视粒径大小而定），并分别风干到所需的几组不同含水量备用。

2.试样击实

将击实筒放在坚硬的地面上，取制备好的土样按所选击实方法分3或5次倒入筒内，每层按规定的击实次数进行击实）要求击完后余土高度不超过试筒顶面5mm。用修土刀齐筒顶削平试样，称筒和击实样土重后用推土器推出筒内试样，测定击实试样的含水量和测算击实后土样的湿密度，依次重复上述过程将所备不同预定含水量的上样击完。

3.结果整理

计算击实后各点的干密度pd。以干密度pd为纵坐标，含水量w 为横坐标，绘pd-w关系曲线，曲线上峰值点的纵、横坐标分别为最大干密度和最佳含水量。

2.2 直剪试验方法

（一）概述

土的抗剪强度是土的一个重要力学指标。当估算地基承载力、评价地基稳定性、计算边坡稳定性以及支挡结构物的土压力时都需用土的抗剪强度指标。土的抗剪强度是土体在力系作用下抵抗破坏的极限剪切应力。

（二）试验方法

直接对试样施加剪力的设备叫直剪仪，常用的直剪仪分应力控制式和应变控制式两种。应力控制式是分级施加等量水平剪力于土样使之受剪,应变控制式是等速推动剪切容器使土样等速位移受剪。目前普遍使用的是应变式直剪仪。为求得土的抗剪强度参数c、Φ值，通常至少需要4个以上土样，以同样的方法分别在不同的法向压力σ1、σ2、σ3、…作用下测出相应的破坏剪应力τ1、τ2、τ3…的值，根据这些σ、τ值，即可在直角坐标图中绘出抗剪强度曲线。无论粘性土的抗剪强度试验，还是天然粘性土地基加荷过程中孔隙水压力的消散，即荷载在土体中产生的应力全部转化为有效应力，均需要一定的固结时间来完成，因此，上的固结过程实质上也是上体强度不断增长的过程，对于同一种土，即使是在同一法向压力下，由于剪切前试样的固结过程和剪切时土样的排水条件不同，其强度指标也不相同。

为了近似地模拟现场土体的剪切条件，即按剪切前的固结程度、剪切时的排水条件即加荷快慢情况，把直剪试验分为快剪、固结快剪和慢剪三种试验方法。

1．快剪试验

快剪试验就是在对试样施加法向压力和剪力时，都不允许试样产生排水固结，由于在直剪仪上下盒之问存在缝隙，要严格控制不排出一点水分是不可能的，为了消除这种影响，一般在试样上下放置不透水有机玻璃圆块代替透水石，并在圆块周边涂抹凡士林以阻止水分从缝隙中逸出。待施加预定法向压力后，马上施加水平推力，并用较快的速率在3-5min内将试样剪损。对某些渗透性强、含水量高、密度低的土要求在30-50s内剪损。这种方法是用来模拟现场的土体较厚、渗透性较小、施工速度较快、基本上来不及固结就迅速加载而剪切的情况。

2．固结快剪试验

先使试样在法向压力作用下达到完全圃结，然后施加水平荷载进行剪切，在剪切时不让孔隙水排出，即不允许试样在剪切过程中发生固结，则剪切时要求与快剪方法相同。这种试验方法用来模拟现场土体在自重和正常荷载作用下已达到完全固结状态，以后又遇到突然施加的荷载或因上层较薄、惨透注较小、施工速度较快的情况。

3．慢剪试验

先使试样在法向压力作用下达到完全固结，然后按1-4h将土样慢速施加水平剪力直至土样被剪损为止，这种试验方法是模拟现场土

体已充分固结后才开始逐步缓慢地承受荷载的情况，此法所测定的强度指标可用于有效应力分析。

3 检测流程

首先根据工程需要选址，根据选址出的材料，选择合适的建筑物类型，建筑物类型拟定好之后，开始对地基土或者周围土按照规格进行试样制备，然后进行现场或者实验试验，确定其的物理特性及其力学性能，根据检测结果，进行分析计算，计算其安全系数，为后续工程设计提供设计依据。

4 结束语

土的力学性能复杂，其对建筑物的影响巨大，准确的检测其力学性能是我们设计的依据，不可以因为经济而忽略某些重要位置土性质的检测。作为一名水电人，我们做工程，搞项目，不仅仅是做个一工程，更是一份良心，一份责任。我们的成果，我们要对它负责，我们不能被利益所蒙蔽，瓦依昂坝的悲剧不能再重演。

5 参考文献

[1]张志峰,郝飞.级配土的力学性能试验.长安大学学报：自然科学版,2009,29(4);16-19。

[2]《土力学》第四版，杨进良主编，中国水利水电出版社。

[3]姜衍仓.水对土的力学性能影响及应用研究.新乡学院学报：自然科学版,2009,26(4);22-25。

[4]Fred.,DG.非饱和土的力学性能与工程应用.岩土工程学报,1991,13(5);24-35。