雷 玲

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊(duì)，湖北 武漢 430034)

1 引言

土工試驗(yàn)中的有荷載膨脹率試驗(yàn)是試驗(yàn)人員討論和爭(zhēng)議比較多的一項(xiàng)試驗(yàn)。GB/T 50123-2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》已于2019年10月1日正式實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原GB/T 50123-1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的有荷載膨脹率試驗(yàn)做了部分修改。在對(duì)比2019版標(biāo)準(zhǔn)和1999版標(biāo)準(zhǔn)之后，就土的有荷載膨脹率試驗(yàn)談?wù)勛约旱囊恍┫敕ā?/p>

2 1999版標(biāo)準(zhǔn)中的有荷載膨脹率試驗(yàn)

2.1 1999版標(biāo)準(zhǔn)中的有荷載膨脹率試驗(yàn)

1999版標(biāo)準(zhǔn)中的有荷載膨脹率試驗(yàn)方法適用于測(cè)定原狀土和擾動(dòng)粘土在特定荷載和有側(cè)限條件下的膨脹率。該項(xiàng)試驗(yàn)過(guò)程主要分兩個(gè)階段：第一階段為施加特定荷載后的試樣壓縮變形至穩(wěn)定過(guò)程(沉降過(guò)程)；第二階段為浸水后試樣膨脹至穩(wěn)定的過(guò)程(脹升過(guò)程)。

2.2 1999版標(biāo)準(zhǔn)中有荷載膨脹率試驗(yàn)的不足之處

1999版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有荷載膨脹率的定義為：試樣在特定荷載及有側(cè)限條件下浸水膨脹穩(wěn)定后試樣增加的高度(穩(wěn)定后高度與初始高度之差)與試樣初始高度之比，用百分比表示。1999版標(biāo)準(zhǔn)中特定苛載下的膨脹率計(jì)算公式為：

式中：δep--某荷載下的膨脹率(%)；

Zp--某荷載下膨脹穩(wěn)定后的位移計(jì)讀數(shù)(mm)；

Z0--加荷前位移計(jì)讀數(shù)(mm)；

h0--試樣的初始高度(mm)；

λ--某荷載下的儀器壓縮變形量(mm)。

為了便于問(wèn)題的陳述，繪制了在特定荷載下膨脹率試驗(yàn)過(guò)程中，土試樣的沉降和脹升示意圖如圖1a和圖1b所示。從圖中可以看出，有荷載膨脹率試驗(yàn)中試樣的膨脹變形量宜為膨脹穩(wěn)定后的試樣高度與壓縮變形穩(wěn)定后的試樣高度的差值，即示意圖中的△h。依據(jù)在1999版標(biāo)準(zhǔn)中其膨脹變形量為膨脹穩(wěn)定后的試樣高度與試樣初始高度的差值定義，兩種試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算情況如下。

(1)結(jié)果一：試樣浸水膨脹穩(wěn)定后的高度＜試樣初始高度，則有(試樣浸水膨脹穩(wěn)定后的高度-試樣初始高度)△h為負(fù)值，且由此計(jì)算得出的有荷載膨脹率值為負(fù)值。

(2)結(jié)果二：試樣浸水膨脹穩(wěn)定后的高度＞試樣初始高度，則有(試樣浸水膨脹穩(wěn)定后的高度-試樣初始高度)＜△h，因而由此計(jì)算得出的有荷載膨脹率值偏小。據(jù)此認(rèn)為，1999版標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)結(jié)果不能清晰地反映試樣的脹升情況，此為1999版標(biāo)準(zhǔn)有荷載膨脹率試驗(yàn)的不足之處。

圖1 特定荷載下膨脹率試驗(yàn)土試樣沉降、脹升示意圖

3 2019版標(biāo)準(zhǔn)中的有荷載膨脹率試驗(yàn)

3.1 2019版標(biāo)準(zhǔn)中的有荷載膨脹率試驗(yàn)

2019版標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)用土樣應(yīng)為原狀試樣或擊實(shí)試樣，這與1999版標(biāo)準(zhǔn)要求的原狀土或擾動(dòng)粘土略有區(qū)別。2019版標(biāo)準(zhǔn)中特定荷載下的膨脹率計(jì)算公式為：

式中：δep--壓力P作用下的膨脹率(%)；

Zw1--壓力P作用下變形穩(wěn)定后的量表讀數(shù)(mm)；

Zw2--壓力P作用下膨脹穩(wěn)定后的量表讀數(shù)(mm)；

h0--試樣初始高度(mm)。

3.2 2019版標(biāo)準(zhǔn)中有荷載膨脹率試驗(yàn)的修訂處

對(duì)比以上式(1)和式(2)很容易看出，2019版標(biāo)準(zhǔn)修改了1999版標(biāo)準(zhǔn)中的有荷載膨脹率的計(jì)算方法。

2019版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土的有荷載膨脹率試驗(yàn)的釋義為：為了模擬建筑物地基上的覆壓力或某一特定荷載條件下，地基土在有側(cè)限約束、浸水以后的膨脹變形量。在2019版標(biāo)準(zhǔn)的有荷載膨脹率試驗(yàn)中，土試樣的膨脹變形量為其膨脹穩(wěn)定后的高度與壓縮變形穩(wěn)定后的高度的差值，而非1999版標(biāo)準(zhǔn)中的膨脹穩(wěn)定后的試樣高度與試樣初始高度的差值。用2019版標(biāo)準(zhǔn)中的方法得出的試驗(yàn)結(jié)果切合實(shí)際地反映出了試樣的脹升情況?？梢哉J(rèn)為2019版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)1999版標(biāo)準(zhǔn)做出了恰當(dāng)合適的修改，修改后的試驗(yàn)結(jié)果更具科學(xué)性。

4 2019版標(biāo)準(zhǔn)有荷載膨脹率試驗(yàn)的幾個(gè)要點(diǎn)

2019版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土的有荷載膨脹率試驗(yàn)中的某些操作環(huán)節(jié)提出了要求，或做了相應(yīng)的解釋說(shuō)明。

(1)因?yàn)樵囼?yàn)中用到的透水板的水分可能會(huì)影響初始讀數(shù)，2019版標(biāo)準(zhǔn)要求透水板先烘干，再埋置在切削下的碎土內(nèi)1h，使其與試樣的濕度大致相同。同樣試驗(yàn)用濾紙的濕度也應(yīng)與試樣的相近。在試驗(yàn)中注意這些細(xì)節(jié)操作，有助于提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

(2)在試驗(yàn)過(guò)程中土試樣會(huì)發(fā)生沉降和脹升兩種情況，在安裝百分表時(shí)要予以考慮。GB 50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》要求當(dāng)土的自由膨脹率＞40%時(shí)，應(yīng)做有荷載膨脹率等試驗(yàn)。試驗(yàn)人員可根據(jù)土樣自由膨脹率試驗(yàn)結(jié)果以及土樣試驗(yàn)前的狀態(tài)來(lái)安裝百分表。通常安裝百分表時(shí)，將短針對(duì)準(zhǔn)整數(shù)3或4，長(zhǎng)針對(duì)零。

若土樣膨脹性較強(qiáng)，而施加的荷載相對(duì)較小時(shí)，浸水后下端土可能會(huì)膨脹擠冒，使壓縮儀杠桿失去平衡，此時(shí)應(yīng)注意要隨時(shí)將壓縮儀杠桿調(diào)水平。

(3)試驗(yàn)要求的荷載可一次施加或分級(jí)施加。分級(jí)加荷時(shí)，試驗(yàn)人員會(huì)根據(jù)砝碼的具體情況，對(duì)試樣進(jìn)行卸荷和再加荷，因而可能會(huì)產(chǎn)生一定的變形量；也可能會(huì)出現(xiàn)試樣在荷載施加過(guò)程以及穩(wěn)定后，其壓縮變形量反而較之前變小了。有荷載膨脹率試驗(yàn)的膨脹起始條件是，在一定荷載下土試樣已經(jīng)達(dá)到固結(jié)(壓縮)穩(wěn)定狀態(tài)，此狀態(tài)下試樣的壓縮變形量是整個(gè)壓縮過(guò)程中最大的。因此，應(yīng)測(cè)讀因試樣卸荷—再壓縮所產(chǎn)生的變形量，并將該變形量從試樣的起始厚度中扣除。

(4) 2019版標(biāo)準(zhǔn)特定荷載下的膨脹率計(jì)算公式未用到儀器變形量。因?yàn)槭┘雍奢d所引起的儀器變形量已經(jīng)通過(guò)調(diào)整量表指針調(diào)零的方式扣除，而膨脹引起的儀器變形量難以準(zhǔn)確測(cè)量，因此，計(jì)算特定荷載下的膨脹率時(shí)，可不計(jì)試樣卸荷—再壓縮所產(chǎn)生的變形量以及荷載引起的儀器變形量。

(5)有些試樣在試驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)注水后壓縮的情況，此時(shí)可終止試驗(yàn)，或根據(jù)需要換用低一級(jí)荷載進(jìn)行試驗(yàn)。為了保持試樣始終浸在水中，要求注水至土樣頂面以上5mm，為便于排氣，宜采用逐步加水的方式。