土工试验在矿山岩土工程中的应用

土工试验在矿山岩土工程中的应用

唐丽娟 宫良永

辽宁省地质矿产研究院有限责任公司    辽宁省    沈阳市    110000

摘要：在岩土工程建设中进行土工试验， 能提升岩土工程建设质量，提高岩土工程建设效率，为工程建设节约成本。 在土工试验开展过程中，要严格按照岩土工程建设要求进行， 才能保证土工试验参数为岩土工程建设提供数据依据， 制定合适的岩土工程方案，从而保证岩土工程的顺利进行。

关键词：土工试验;矿山岩土工程;应用

引言

岩土体有其特殊的物理力学性质，在不同的地域反映不同的物理力学指标，如土的孔隙比、饱和度、密度、湿度、压缩模量、湿陷性等指标均有相对独立的特性。因而，在工程勘察项目中，从钻探期间取土试样、运送、土试验，到试验结果分析、出具土工试验报告，各环节均影响最终数据的可靠性。

1、岩土工程建设中土工试验要点

1.1土工试样制备要点

在岩土工程建设中土工试验取样较为关键，采集合适的土样，才能保证土工试验结果的准确性。在进行岩土取样的过程中，试验人员应检验岩土颜色、成分、软硬程度等，确定合适的取样区域后进行土样采集。土样要保证其含水量稳定，取样后及时放入土样管中，防止出现水分流失的情况。若土样含水量和密度与岩土工程建设区域土样存在误差， 土工试验所得出的结果会失去准确性， 无法帮助岩土工程判断土质等信息，阻碍岩土工程建设施工。土样不均匀会造成土样与采集管发生摩擦， 从而导致土样含水量出现变化， 试验人员在取样的过程中可以选取三个以上的土样进行试验，取平均值，可保证试样的准确性。若试验人员对土样进行连续性试验，须保证采样盒中不残留土样，才能够在试验盒中装入新土样，或者是使用全新的采样盒收集土样[1]。

1.2试验结果与数据处理要点

土工固结试验主要目的是检测土样在受到压力后的变形情况， 从而确定岩土建设区域土体的压缩能力及固结状态， 给岩土工程建设提供计算依据。 为保证能通过试验的方式检测出土样的压缩性，须做好土样验收和管理工作。 试验人员在进行土工试验的过程中， 应严格按照试验标准和试验要求进行， 若发现试验过程中出现问题应及时采取措施进行解决。 比如，开土后，试验人员所采集的土样较为坚硬和密实， 土样的压缩性必然较小，但实际试验结果压缩性较大，则可能是土样受到人为扰动，导致土样结构出现变化；又或是仪器参数不正确、仪器设备变形等因素导致数据异常。因此，试验人员在开始试验前要检查土样，确保土样没有受到扰动，调整仪器设备参数等，保证土工试验结果的有效性。

2、土工试验在矿山岩土工程中的应用

2.1静力触探试验

静力触探试验主要是以恒定贯入速率，在土内压入圆锥探头（金属探头与土层之间呈90°），测记贯入探头所承受阻力，为土体物理力学性质判定提供依据。探头部分可以选择有效侧壁长57mm×37.7cm的60°单桥探头，也可以选择摩擦筒侧壁面积200cm2×摩擦筒长度179mm×37.7cm的60°双桥探头，锥头底面积为10cm2；贯入部分可以利用物探车，也可以利用液压传动式加压装置；贯入期间阻力测量工具为应变计，根据配套测量电路自动计数。首先，排除探头应变腔液体全部气泡；其次，确定探头应变腔饱和后，依据1.2m/min的贯入速度，将触探头压入土体内。在贯入深度超出30m时，利用测斜探头进行修正，确保深度记录误差小于触探深度±1%。最后，读取停止贯入后不同时间孔压值，确定地基土承载力[2]。

2.2岩土界限含水率参数

在岩土工程试验运行中，当细粒土进入另一种状态时，临界含水量也称为岩土的临界含水量。当岩土状态由原来的流动趋势转变为塑性状态时，极限含水量称为上限含水量，简称为液体极限。但是在从塑性状态向半固态过渡的过程中，边界内的含水量称为塑性下限含水量，简称塑性极限。在实际工作中，以上两个数据指标限值作为确定细粒土的主要参数，可以更好地判断矿山土力工程所涉及的岩土状态。为了组织和实施矿井土力工程，探测工作通常选用液体和塑性极限联合测量仪器，当岩土的塑性指数增加时，就意味着含水量增加，岩土之间的相互作用加强。所谓液体指数，主要是指岩土的自然含水率、塑性极限和塑性值之比，借助相关数据，给出了岩土含水率与临界含水率之间的关系。在岩土工程试验操作过程中，技术人员应清楚地认识到，在岩土工程测量过程中获得的含有较多颗粒的液塑性极限值不能充分反映岩土工程中的含水量，数据的最终结果不能作为判断的依据。要避免在实际试验中过分依赖以往的工作经验，根据实际工作中进行的混凝土岩土条件，结合实际岩土测量数据完成判断，制定符合区域发展的施工方案，提高整个工程建设的质量。

2.3十字板剪切试验

十字板剪切试验主要是将扭矩施加到插入地基土的规定形状、尺寸的十字板板头，剪切破坏土体，促使土体内十字板头等速扭转，形成圆柱状破坏面（高为十字板头高度、直径为十字板头直径）。经测定的土体最大抗扭力矩为地基土不排水抗剪强度测试提供依据。在十字板剪切试验时，可以准备由传力系统、十字板头、加力系统、力的测量装置组成的十字板，十字板板头尺寸为高100m×50mm×厚2mm、高150mm×75mm×3mm。沿竖向布置试验点，相邻试验点之间距离为1m。在各试验点插入十字板头，插入深度超出孔径的3~5倍，静止放置2~3min。进而依据1.5°/10s±0.5°/10s的速度扭转剪切，在达到峰值强度后继续测记1min。结束后顺时针旋转6圈获得重塑土的不排水抗剪强度

[3]。

2.4岩土抗剪强度参数

在粘聚力和内摩擦力的发展过程中，岩土的抗剪强度增加，土颗粒之间的摩擦力和咬合力增加。岩土颗粒的粘聚力由原始粘聚力和固化粘聚力组成，表明岩土颗粒的抗剪强度与内摩擦力密切相关。当粘性土中松散水分不足时，毛细黏聚力也很弱，但这种数据在试验中往往被忽略，对于粘性较强的岩土，在黏聚力和内摩擦力的共同作用下，形成了抗剪强度。在进行岩土本身的抗剪强度试验时，主要采用快速剪切试验和剪切试验，当工程存在短期固结时，快速剪切试验可应用于实际工程。在一些对地基强度要求较高的土力工程，采用剪切试验措施来完成对基坑及斜坡稳定性的测定，并进行更详细的分析，以提高整个土力工程的质量和安全性。对于岩土工程试验的开发，要求所有技术人员按照工作流程操作，一旦出现问题，不仅会影响经济效益，也不能保证矿山土力工程的施工安全。

2.5标准贯入试验

标准贯入试验主要是在现场 76 cm 高度自由下落 62.5 kg穿心锤，促使带有小型取土筒的标准贯入器（标准规格圆筒形探头）进入土体内，根据 30 cm 深锤击次数评定土体性质。 标准贯入试验所需装置为穿心锤、贯入器、导向探杆等。 其中，穿心锤中间部分具有穿心孔，穿心孔直径为 45 mm，可以放入导向杆；贯入器由对开关、管靴两部分组成；导向杆为  45 mm及以上无缝钢管。 在标准贯入试验开展期间，利用回转钻进方式，钻入土体内，孔内水位始终超出地下水位，必要时利用套管护壁（或泥浆护壁）。 钻入试验标高以下 15 cm 后清除孔底残余土体，利用自动脱钩的自由落锤，平稳下落到孔位，下落速率在 30 击 /min 以内， 同时探杆最大相对弯曲度在 1‰以内。 将贯入器打入土体 15 min 后，等间距击打 1.0~1.2 m，记录每打入 10 cm 时的锤击次数， 最终标准贯入试验锤击数为累计打入 30 cm 的锤击数， 对应实际贯入度的锤击数为 50 击

结束语

总之，为实现地质勘察质量与效率的提升,工作人员需要采用科学合理的勘察手段与方法,发挥出勘察设备的作用,针对施工区域的岩土质情况进行分析,提升地质勘察工作的科学性。此外,勘察单位需要积极的开展工作人员的技能培训,通过打造优质的勘察作业团队,实现理论与实践能力的全面提升,为岩土工程施工的顺利开展奠定坚实基础。

参考文献：

[1]何兴.岩土工程勘察土工试验问题及改善措施探究[J].工程建设与设计,2019,(24):171-172.

[2]白冰.矿山岩土工程勘察土工试验中的常见问题及改善对策[J].世界有色金属,2019,(02):196-197.

[3]陈建新.矿山岩土工程发展战略及现状[J].世界有色金属,2019,(04):220-221.