浅谈土的性质和岩土测试仪器的发展
【摘 要】 通过岩土测试可以了解土的性质，测试的成果是岩土工程勘察设计的重要参数和依据，岩土测试对工程总体的质量和安全性有着直接的重大影响。在岩土测试实际工作中，由于受多种因素影响，使其结果与土体实际性状之间存在不同程度的差别，严重影响了试验数据的真实性和可信性。文章从土的性质、岩土测试的方法及岩土测试仪器的发展等方面对室内岩土测试进行了浅析。
【关键词】 土的性质 岩土测试 测试仪器
土是岩石风化的产物或再经各种地质作用搬运、沉积而成的。土粒之间的孔隙为水和气所填充，所以，土是一种由固态、液态和气态物质组成的三相体系，是松散矿物颗粒的集合体。其特点如下：（1）土的固体颗粒之间没有联结，或者联结强度甚弱（其联结强度比颗粒内部的强度小得多）。（2）固体颗粒表面与土中孔隙水之间存在复杂的化学作用，并影响土的性质。（3）砂土等粗粒土和粘土等细粒土的透水性差别甚大。（4）在饱和土（土中孔隙全被水充满）中，外荷载所产生的应力分别由土粒骨架和孔隙水承担。（5）土体受到荷载的作用而产生变形，其变形主要表现为颗粒之间的相对移动和重新排列。土的变形量一般远比其他常见建筑材料大。（6）饱和粘性土的强度和变形与排水条件、边界约束条件及时间因素等有关。（7）地下水的存在与流动会对土的性质产生很大的影响。（8）土的种类很多，某些土类（如湿陷性黄土、软土、膨胀土、红粘土和多年冻土等）还具有不同于一般土类的特殊性质。由于存在这些特点，土的工程问题常较复杂，现有的土力学理论还难以准确反映土的各种工程性质。因此还应通过岩土测试并紧密结合实践经验进行合理分析，才能更全面了解土的性质。
近年来，工程建设的数量与规模发展迅速，岩土测试技术水平有了很大提高，岩土测试设备有了较大更新，不仅新型仪器和测试项目有所增加；而且测试精度也大有提高。常规的土力学性质试验及其局限性决定了土的性质试验中的必要测试项目。要研制一种仪器能满足要求，即使是可能的，也是非常复杂的，不经济的。为了简便起见在常规试验中，往往采用比较简单的，且符合某种特殊情况的仪器和试验方法。（1）界限含水率测定，是一种人为因素比较大的试验项目。①圆锥仪液限试验就是将76g的圆锥仪轻放在试样的表面，使其在自重作用下沉入土中，若圆锥体经过5s恰好沉入土中10mm深度，此时试样的含水率就是液限。②搓条法测定塑限的方法纯粹是手工操作，它的准确性完全取决于操作者的经验和技巧。③液塑限联合测定法，先后生产了FG-1型液塑限联合测定仪、GYS-1型光电式液塑限测定仪，都是采用信号自动显示，光学放大投影和电磁放锥。液塑限土壤粉碎机减轻了制备土壤的劳动强度，所以光电式液塑限联合测定仪已被广泛采用，此法还需要进一步积累资料，使之更准确的确定圆锥入土深度的塑限标准。（2）含水率的测定，是指土在温度105～1100C下烘到恒量时所失去的水质量与达到恒量后干土质量的比值。远红外线烘箱和QL-2型微波土壤水分测定仪，根据微波通过含水土壤时幅度变化的大小，定量地确定土壤含水量。这些仪器大大地缩短了土壤含水量的测定时间。（3）击实试验，是为了确定拢动土在一定的击实功能下干密度随含水率变化的关系曲线，以求得土的最大干密度和最优含水率了解土的压实特性，为工程设计和现场施工碾压提供土的压实性资料。试验劳动强度较大，故击实仪已向电动化方向发展，DJ-1型电动击实仪，以每分钟数次的速度夯击；DJ9-2型电动击实仪，击数范围从1到100次，可任意调节并自动控制击数、落高和停机。（4）渗透试验，土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象，称为土的渗透性。常用的试验装置为南55型渗透仪，他的改进型可保证土壤与透水石的贴合，防止了土壤在试验过程中的膨胀软化。土壤高度可随具体情况而变更，并可兼作变水头和常水头两种试验。（5）抗剪强度试验，采用单向固结试验和直剪试验，目前仍在直剪仪上进行大量的常规剪切试验，生产单位更是如此。现今的直剪仪大多进行了改造。如等应变直剪仪联动装置，并联式电动剪切仪，均将原应变控制式直剪仪改为电动。还有五联式自动剪切仪，不仅增加了电动装置；而且实现了自动记录和自动控制。三轴试验虽然相对地比较复杂一些，但由于它具有能控制试样排水条件，试样中的应力相对地比较明确，能量测孔隙水压力等优点，所以近几十年来已得到广泛应。（6）土的物理和力学性质即可在试验室测定，也可在现场测定。现场试验虽然不如试验室试验控制得严密，但是，它可省去取样工作，并减少对土的扰动，所以也是测试工作中的一个重要方向。所有这些问题，都是值得我们深入研究的。
综合以上所述，国内岩土测试仪器的研究工作进展很快，目前虽然与国外相比在试验条件和数据自动化测试采集与处理方面存在着一定差距，但相信在不久的将来，一定会取得更加丰硕的成果。
参考文献：
[1]《土工试验规程》（SL237-1999）.
[2]《土工试验方法标准》（GB_T50123-1999）.
[3]《土力学及地基基础》主编：杨小平.武汉大学出版社.