土工试验技术的发展现状研究
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摘要：土木试验是岩土工程勘察的重要内容，是一种将施工场地的土质进行取样在室内实验室做定性、定量分析的测试技术，土工试验不仅提高工程施工的安全性以及经济效益，对于岩土工程理论研究以及实践具有极其重要的现实意义，同时也可为岩土地质研究具有一定的指导作用，推动了各种土力学理论的研究与发展。在实际的工程实践中，土工试验设备以及试验技术是确保试验结果准确性的基本前提和关键，目前我国国内的土木试验中仍然存在诸多不足之处。本文主要介绍了当前土工试验的设备、仪器使用及优缺点，并结合现阶段土工试验中存在的主要问题，提出了对土木试验的展望。
关键词：土工试验；设备；技术；发展现状；未来展望
土工试验的主要目的是测定土的力学性质、基本物理性质，为工程勘察以及工程设计提供真实、准确、可靠的试验数据，可提高工程结构的稳定性以及安全性，降低施工成本，提高经济效益。由于土是自然界的产物，具有复杂性及多样性的特性，各项试验指标均会受到人为因素、物理因素以及化学因素的影响，土工试验技术根据试验内容划分可分为土的力学性质试验、物理性质试验以及化学性质试验三种，土的力学性质试验以及物理性质试验较为常见，下面主要介绍这两种试验的设备、仪器应用发展现状，同时对比分析了各种试验方法的优缺点，对目前土木试验中的问题进行具体分析并提出了一些指导性发展建议。
1. 土工试验的设备、仪器
1.1土的力学性质试验仪器
1.1.1静三轴试验仪器。近年来随着工程建设的快速发展，土工技术在不断创新与发展，岩土工程的实地勘察水平有一定提高，工程施工规范也在不断改革，三轴试验越来越受各岩土工程勘察单位的重视。目前各大勘察单位普采用应变控制式三轴压缩仪结合实际工程施工要求，根据土体的类别进行固结排水试验、固结不排水试验或者不固结不排水试验。随着土工试验研究的不断深入，在20世纪80年代一些科研单位进一步改进了三轴仪，在反压以及围压系统中添加了液压、稳压装置，应用传感器代替原来的测量系统，提高了三轴仪的智能化，为实现与微机通讯开辟了良好开端。
1.1.2直剪试验仪器。直剪试验是生产单位进行土的抗剪强度试验中最为常用的试验仪器，目前较为常用的仪器包括双速电动等应变直剪仪、三速电动等应变直剪仪、电动四联等应变直剪仪三种，①双速电动等应变直剪仪：应变速度为每分钟0.8mm以及2mm，适用于快剪试验以及固结快剪试验。②三速电动等应变直剪仪：其实际是在第一种双速电动的基础上增加了应变速度（每分钟0.02mm），在进行快剪试验或者固结快剪试验过程中可同时进行慢剪试验。③电动四联等应变直剪仪：从字面上理解其实上也就是指四台直剪仪结合成一个整体，通过变速箱将四台直剪仪的剪切速度转变成2.4mm/min、0.8 mm/min、0.02 mm/min，该种仪器添加了手摇加荷装置，因此并不需要每次搬动砝码，适用于快剪试验、固结快剪试验以及慢剪试验。
1.1.3固结试验仪器。目前较为常用的固结试验仪器主要包括砝码杠杆式固结仪以及气压式固结仪两种。①砝码杠杆式固结仪：这种固结仪器的使用历史较长，是最为传统的一种仪器，目前我国国内有90%以上的工程勘察单位应用这种砝码杠杆式固结仪，其最大的优点在于精度较高，加荷直观，且具有良好的稳定性，但也存在一定的缺陷，必须由人工或机械进行协助，自动化程度较低，且容易产生误差，尤其体现在随着土体数量增加，在加砝码的过程中无法完全垂直瞬间完成，会产生一定的振动或冲击对试验结果造成一定影响，且会大大增加劳动强度。目前砝码杠杆式固结仪已有系列产品，根据施加压力大小划分，对于50cm2面积，低压固结仪可加压至400kPa，中压固结仪是低压固结仪的2倍（800kPa），高压固结仪是低压固结仪的4-5倍（1600kPa或2000KPa），比较适用于高压回弹试验。②气压式固结仪：近年来，为了克服砝码杠杆式固结仪的弊端而研制的一种新仪器，该种仪器主要将高压气体作为压力源，最大的优点在于加荷操作简便、劳动强度大大降低，试验的自动化程度提高，但也存在一定的缺陷，主要体现在气压密封件的质量不达标，经常出现漏气现象，导致压力缺乏稳定性，容易造成试验误差。目前仪器规格主要可加荷至600 kPa的单联、四联低压固结仪以及可加压至2 000 kPa的单联、双联高压固结仪。
1.2物理试验仪器
目前，土工试验中对土的物理性质试验主要包括含水量、比重、密度、颗粒分析、液限、塑限等，主要有以下三种试验仪器：
1.2.1电子天平。目前，有90%以上的勘察单位在土工试验中会应用到电子天平，包括含水量、重量测定，颗粒分析试验、击实试验、液塑限等。还有的勘察单位直接将其进行微机通讯，直接将电子天平称量结果输入数据系统，与传统的人工手动记录相比，可大大降低人工劳动强度，减少中间环节，提高工作效率，也可尽量减少由于人为因素造成的试验误差。
1.2.2颗粒分析仪器。若土体的颗粒粒径<0.075mm，主要应用密度计法、移液管法等悬液沉降分析法，近年来有关单位改进了传统的移液管法，研发了一种新的PD型颗粒分析仪，该种改良仪器最大的优势在于不需要提前称量土样的风干含水率，也不需要制备风干土样，可以对土样的颗粒组成结构进行快速测定，也可以测定土样的含水量以及比重，同时可直接应用天然湿土制备悬液，且不用将悬液煮沸。
1.2.3液塑限试验仪器。目前大多数单位应用碟式仪法、圆锥仪法以及搓条法来确定液塑限值，但这些仪器以及试验方法极易产生试验误差，随着土工技术的不断创新与发展，液塑限联合测定仪被广泛应用于水电、公路、铁路以及冶金等部门。液塑限联合测定仪最大的优点在于可以尽可能降低人为因素对试验结果的影响，提高试验结果的准确性，但由于技术问题，该种仪器的自动化程度以及质量还未达到满意水平。
1.3土工试验的数据采集以及处理系统自动化发展 随着计算机技术的不断发展与普及，土工试验的数据采集以及处理系统自动化系统应运而生，我国在1982年初步形成土工试验数据采集以及处理系统模式――“GSX 1型工程地质试验数据处理系”，但由于诸多原因并未正式推广应用。一直到20世纪80年代中后期，这种自动化系统才正式发展、应用，由南京土壤仪器厂等研制的“JWJ土工试验微机数据采集和处理系统”以及由北京空军工程设计研究局研制的 “KTG固结试验检测处理系统”是目前比较具有代表性的土工试验的数据采集以及处理系统自动化系统。该种系统集中了数据采集、处理、整理、绘制曲线、打印等功能，同时也具备三轴试验以及直剪试验的数据以及处理功能，具有分散采集、集中处理的优势，大大提高了工作效率，也可减少人为因素对试验结果的影响。
2.当前土工试验存在的主要问题及研究方向
目前我国的土工试验仍然存在诸多弊端与不足之处，首先表现为土工试验的方法、标准尚未统一，很多实验室使用一些在地区或部门已经长期使用的半理论、半经验性试验标准和规范，缺乏一定的科学性和可靠性，比如土粒比重试验中利用塑性指数推算，在液塑限试验中应用塑限推算液限，在快速固结试验法应用经验公式推算等。其次部分实验室应用一些毫无理论根据的试验方法，造成严重误差，比如在快速固结试验中，随意修正最后一级荷重，在颗粒分析试验中的密度计法中仅测定3-4点读数。
3.改进土工试验方法的建议
就目前现状分析，土工试验工作者应仔细研究现行的土工规范标准，分析、总结自己实际工作中的问题以及值得改进的地方，在发现新问题时应与经验丰富的专家进行深入研究、探讨，同时应不断学习，研究新的土工试验方法，尽量减少试验误差，提高土工试验技术的可靠性。其次目前随着社会主义经济体制改革，很多单位都没有重视土工试验技术的审核制度，没有制定技术负责人，过于重视试验进度，而忽视了试验质量控制，导致土工试验技术管理混乱，我们应加强土工试验的技术管理以及行业管理，提高土工试验技术管理的规范性、有序性、科学性和合理性。
土工试验技术一种非常重要的土质测试技术，其主要是为岩土工程的安全性及经济性服务，对于降低施工成本，提高施工经济效益及施工安全发挥着重要作用。土工试验仪器、设备以及技术是控制土工试验的根本，我们应不断研发、改进试验仪器及技术，提高试验技术水平，更好的服务于工程实践。
参考文献：
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