何遂信
近两年多以来，我们在三门峡已经完成了土的天然含水量的试样1046个，土的物理力学试样735个(包括原状土及扰动土)，水的化学分析试样256个，天然建筑材料砂砾石的试样152个。
下边概略的谈一谈我们在黄土类土及砂砾石方面的试验工作，工作中存在的问题以及一些经验教训。
一、黄土类土的试验工作
在三门峡坝址区及水库区，到处都可以遇到黄土类土。除了大坝主体工程的基础是坚硬的闪长玢岩以外，其他如附属企业工程、交通运输线路工程及民用建筑的基础，几乎都是放在黄土及黄土类土之上。黄土类土，在坝址河岸区构成二、三、四级台地。所以，在整个地质勘探过程中，试验室作了大量的黄土的物理及力学性质试验。
(1)一般情况
对三门峡工程区的不同地段的黄土类土，作了统计，如表1。
表1 工程区内各不同地段土的性质统计
由表1可知，这些地段内的平均级配及其他物理性质，基本上是一致的。因此，可以将这些地段内的黄土类土的各种物理及力学性质指标统计在一起，而当成同一的黄土类土来认识。这些指标列入表2(其中的统计数字不是全部的试验资料)。
(2)黄土类土的物理性质
由表2中数据可知，黄土类土颗粒含量变化很大，所以，其成分是很不一致的。黄土类土的密度可根据干容重来判断，平均干容重为1.44t/m3，其变化介于1.24～1.68t/m3而其孔隙率平均值为47%，最大孔隙率为38%。密度随深度的变化不大，根据试验资料，由上部的1.4t/m3，增高到30m深的1.5t/m3。
表2 黄土类土物理力学性质综合统计表
黄土类土的含水量不大，天然含水量平均为13%，与最大分子吸水量一致，饱和含水量则为32%。至于钻孔中由上到下的含水量变化没有什么规律性。这可能是由于土层不均一的缘故。塑限含水量高于天然含水量，其平均值为17%液限含水量平均为27%。因为系数B值小于零，土的稠度是属于固体状态，是坚硬的。
根据渗透系数看来，这些土均属低等渗透性。
(3)黄土类土的力学性质
A.崩解
作土的崩解性试验时，有的在第一分钟内土的结构即破坏，在5min内基本上全部崩解有的试样在15min内完全崩解有的试样在40～60min内崩解。迅速崩解是黄土类土的特性之一，也是测定急剧沉陷性的间接指标。
B.压缩
关于黄土类土的压缩试验，试验室采用了长春仪器厂出产的压缩仪，分别用下面两种方法进行试验：
(1)试验开始时即将土样浸水饱和以及在天然含水量条件下的试样压缩试验
(2)在荷重3kg/cm2时浸入饱和试样的压缩试验
表3及表4列有相对压缩性(以%表示)及压缩系数值。这些数据是21个试样的试验结果的统计，土样是天然含水量状态下进行试验的。表中数据显示了压缩系数值在不同荷重时保持不变。根据H.H.鲍高斯洛夫基著的“地基与基础按压缩系数(a)将土沉陷分级为：
高压缩性土a＞0.05cm2/kg
中压缩性土0.05＞a＞0.01
低压缩性土a＜0.01
据此，根据表4的数据，在天然含水量状态下的黄土类土的压缩性就不低，若浸水以后，就更会增大沉陷性。
表3
表4
表5及表6 中列的相对压缩性及压缩系数指标，是根据20个土试样的资料统计的(开始试验时即将土样浸水饱和)。
把表5、表6的指标数据与表3、表4的指标数据对照一下，可以看出，土浸水以后的沉陷性的一些指标数据，比天然含水量状态下提高约一倍。
表5
表6
表7列有相对下沉系数的统计数据。
表7
注：均方差及变化系数的计算公式如下
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
Q=均方差n=测定次数Σ=总值符号v=变化系数χ=部分值χ-=算术平均值。
表7中的数据说明了以下二个问题：
①各种荷重下的相对下沉系数的均方差似乎是一致的
②当荷重由零增到3kg/cm2时，沉陷量增加的速度很快当荷重由3kg/cm2增至5kg/cm2时，沉陷量的速度增加得较慢但当荷重增加至6kg/cm2时，沉陷性反而降低。
在荷重下的这种变化，是本工程区内黄土类土的特点。
按标准方法进行的试验，即在压力为3kg/cm2时将土样浸水饱和的压缩试验，根据74次试验结果的数据求得：平均大孔隙比为0.043，其变化介于0～0.313 之间相对下沉系数的平均值为0.022，其变化介于0～0.156 之间。浸水的方向一般是从上到下，也曾作过从下到上浸水的对比试验，结果一致。有些文献中，对浸水方向持有不同论点，认为由下而上的浸水，其沉陷量较大些。这是需要深入研究的问题。在初步设计文件中，把在这种试验方法下求得的一些相对下沉系数作了一个统计，如表8。
表8
根据表8的统计，大约只有43%的土样超过规范规定而具有沉陷性。本区的黄土很厚，所以，在初步设计文件中建议“将此岩石列为二级沉陷性的岩石类。
C.抗剪强度
黄土类土的抗剪试验，在1956年以前应用南京水工仪器厂出产的应变式剪力仪，这种仪器在加水平荷重时容易产生误差，根据专家建议，后来改用马斯洛夫型剪力仪。但现在的统计资料，大都是用应变式剪力仪作的试验。
用原状土作抗剪试验，方法为：①浸水固结慢剪②浸水不固结快剪③无水固结快剪。
求得的剪力数据，已列入表2中。
磨擦系数统计如表9。
表9
从表2及表9可看出，利用两种方法求出的系数，其经常重复的数值与平均值是接近的，因而证实平均值是有足够代表性的。
凝聚力的数值，在浸水以后剪切时，降低很多。无水试验时，凝聚力的平均值为0.27kg/cm2而在水下试验时，其数值为0.13kg/cm2，也就是说，几乎降低一倍。
浸水不固结快剪时的摩擦系数，与固结慢剪的摩擦系数比较起来，要降低一倍以上。
在初步设计文件中，列有苏联列宁格勒水电设计院的剪力试验数据。用原状土作无水剪切试验时，凝聚力为0.25kg/cm2，摩擦系数为0.49(一次测定)。用扰动土作无水剪切试验时，摩擦系数降低到0.392，而凝聚力则达到0.24kg/cm2。因此说明，土样结构被破坏后，主要是影响摩擦系数，而不是凝聚力。
该院又用扰动土作浸水剪切试验，求出的摩擦系数为0.27，凝聚力为0.10kg/cm2。这表明土浸水后对抗剪强度的影响，要大于土的结构被破坏对抗剪强度的影响。
由以上所述，此区内的黄土类土的沉陷量将比单按压缩性求出的浸湿地层的沉陷量要大。
D.土的其他性质
试验室限于技术条件，对黄土类土的化学成分及矿物成分的试验不能进行，曾送请地质部水文地质工程地质局的土工试验室进行。试验结果简要叙述如下：土的矿物成分为石英、长石、云母及黑色矿物等。而其中以石英含量为最多，约占58%左右。一般的黄土类土化学成分以二氧化硅(SiO2)为主，其含量约在60%～90%之间，而在本区黄土类土的SiO2含量为61%～67%。
本区的黄土类土的比重为2.65～2.75，平均为2.70，这也表现了土中的主要矿物是石英(其比重为2.66)，以及所含盐类为碳酸钙(其比重为2.72)。
二、砂石材料试验
三门峡水力枢纽工程是一个高大的混凝土重力结构物，所需砂石天然建筑材料，共约4500000m3左右，并且对砂石质量要求也很高。在地质勘探过程中，曾详细而充分地研究了坝址附近及其上下游各有关地段的砂砾石产区，经过几个阶段的勘探(普查、C级、B级及A2级等)及试验，由面到点，最后选定了位于坝址上游相距54km的灵宝涧河产区。根据A2级勘探阶段的试验结果，砂砾石的质量如表10～表12。
表10 砂砾石混合级配表
表11 砾石质量表
表12 砂子质量表
试验结果表明灵宝涧河产区的砂砾石基本上可以满足作为水工混凝土的骨料的要求。但粘土杂质含量已超过国定全苏标准的规定。对此问题，尚有不同论点。有的认为必须冲洗砂砾石，去掉粘土杂质含量。有的认为可不必冲洗砂砾石。我也是同意后一种论点的。因为：
①粘土杂质含量超过规定数字并不多②采掘砂砾石时，都需要从地下水位以下挖出，决定使用挖泥船进行挖掘，斗子均有空隙，这就使得在挖砂砾石时能使一部分粘土杂质含量被水带出去③试验室曾用下列二种砂砾石作了混凝土比较试验，一种砂砾石用人工从产区地下水位以下取出，未加冲洗，测得砂中粘土杂质含量为2.86%，砾石为0.40%。另一种砂砾石用人工冲洗过，测得其粘土杂质含量几乎等于零。从混凝土强度比较看，未冲洗的砂砾石的混凝土强度比冲洗的反而高约10%左右。
当然，骨料冲洗不冲洗的问题需要再深一步作些试验研究。
砂子属中等粗度。孔隙率稍微超过规范规定。砾石在级配方面不大符合要求，80～150mm的砾石较少，这就限制了用较大粒径的砾石作混凝土。砾石中掺杂有粘土砾石，含量虽不多，但是一个讨厌的问题，不好冲洗又不好筛洗出来。曾把砾石中混入和天然含量比例相一致的粘土砾石作混凝土试验，似乎少量的粘土砾石对混凝土强度无大妨碍，对于粘土砾石的研究还在继续进行中。
三、存在的问题
在试验工作方面确实存在着不少问题，在试验技术的原理与方法上存在的问题更多。有些问题是限于水平而未能很好地得到解决有些问题是我们所不能解决的。现在，将我们感到的几个主要问题提出来，加以讨论。
(一)统一操作规程问题
这对生产性试验机构来说是一个急待解决的问题，也是这些机构不能解决的问题。当然，统一操作规程，是会遇到不少学术性问题，但是，规程统一了，至少说对试验资料有一个可资比较的基础。不同的试验方法，可能会得到不同的成果。在统一操作规程时遇到的学术性问题，可以“争鸣研究，一定时期后，得出必要结论，经过一定手续批准，再将规程加以修改。譬如水利出版社在1956年年底出版的“土工试验操作规程，还附有说明书，我们认为很好，很想按照这个规程进行试验，但考虑到我们前后试验的一致性，不得已仍按照我们原来编写规程进行试验。在砂石试验、化学分析、混凝土试验以及其他试验中，我们深感无统一规程的不便。
(二)土颗粒分析试验加氨水问题
土颗粒大小试验，在水利出版社出版的“土工试验操作规程上有二种方法，即国际法A和B，这两种方法的不同也表现在制备土样时加不加化学处理。苏联水电设计院在1955年夏季召开了土试验研究会议，会议上指出必须采用的一般规则中有这样一条：“为了测定土的颗粒级配，制备土样应在蒸馏水中进行煮沸(煮沸时间为40min)与粉碎，而不准许对土样作化学处理，如果土的微粒在煮沸时受到凝聚，则允许加入少量的氨水(见水电科学研究通讯1956年10月第二期)。我们作试验时，曾对土样加以氨水(加量一般为1.5cm3，浓度为5%)，但有些同志不同意这样作，认为这是加化学药品处理，破坏了土颗粒。加氨水的结果，土的粘土含量是增多了，一般的可以与塑性指数相一致。所以，有的同志主张加氨水，他们的理由是氨水仅对土颗粒间的凝聚力起到分散作用，而不对颗粒本身起破坏作用。不加氨水的颗粒大小试验结果，和塑性指数不一致，粘土颗粒一般的都较小。我们是按不加氨水进行试验的，仅用水冲洗土中所含盐类。土定名乃根据塑性指数。这个问题，一直未得到解决。
(三)土的剪力试验终结的标准问题
在水利出版社出版的“土工试验操作规程中规定为：“……直至在某一水平荷重下，变形速率不断增长时，认为已经剪损。有的文献中规定剪变形超过2mm时即为剪损(如罗姆他捷著的土试验方法一书中所规定的)。我们曾分析了这两种不同标准的试验结果，发现以剪变形超过2mm时为终结标准所得的抗剪强度值比以试样完全剪坏时为终结标准的抗剪强度值要小，这似乎是偏于安全，但得出的粘聚力C值反而大，内摩擦角值减小了。有时C值大得不合理，跟塑性指数又不相一致了。剪应力与应变的关系相当复杂，需要深入研究。
(四)大粒径砾石的渗透试验问题
三门峡水力枢纽工程的围堰，拟用坝址上游附近几个砂石材料产区的砂砾石作为围堰的建筑材料，围堰可能不作心墙，把砂砾石从产区取出后不再有任何加工，即用电铲倾泻到围堰地点，砂砾石分层堆置后，仅用辗压机辗压。根据这种情况看，围堰作成后，可能渗透量很大，影响基坑作业。为了大致估计渗透特性，试验室接到了作砂砾石渗透试验的任务。这就发生了以下几个问题：①试样如何制备，才能与施工的实际情况相符②用什么仪器作渗透试验一般常用的渗透试验仪器的容积都很小，对于含有100mm粒径或更大的砾石的试样，就无法容纳。这样的试样，水流渗透能否符合“达西定律也是问题。对以上两个问题，我们还没有很好得到解决。
四、几点教训
我们在试验工作中，确实无好经验可谈，现仅对工作中的一些教训叙述一下，以资借鉴。
(一)部门协作问题
三门峡地质勘探总队试验室的大部分仪器是借水电部门的，去年北京水电设计院抽回去了一部分仪器，特别是剪力仪抽走了，对试验工作不利。
(二)地质与试验关系问题
试验是为地质服务，地质应加强对试验的指导。这就是地质与试验的相互关系。但在以往，这两种工作显然是脱节了。这主要是由于试验人员不懂地质，也不主动跟野外工作取得联系，所以，在试验资料中，有与地质对不上头的现象。当然，地质师对试验工作指导不够，也是造成上述情况的原因。地质专家曾专为此事召开座谈会，在会议上专家说：“希望地质与试验密切携起手来!
(三)试验目的性问题
试验目的应明确，否则，很容易把试验项目定得包罗万象，这就会招致人为地加大工作量。有些人有有备无患的想法，认为试验项目全一些，总是有好处。他们混淆了科学研究性质的试验和生产性质试验的界限。有一次跟苏联地质专家研究坝址区黄土类土试验任务时，专家对每一个建筑物、每一个钻孔都进行研究，什么样的建筑物，什么样的地区有不同的试验要求，也就有不同的试验项目，这样研究结果而确定的任务，比我们原来估计的任务减少了约3/4，对该区的工程地质特性的研究，专家也并不忽略，除了结合生产性试验结果进行研究外，专家又提出了专为研究用的一些钻孔和试验任务，并建议按不同的试验方法进行对比试验。目的性不明确，会产生另一个问题是：试验工作盲目性很大，试验室仅只是像一架试验机器一样。
(四)对试验成果的分析研究问题
应当对零星的、分期的、不同地区的试验成果加以系统整理和综合分析研究，这对生产及科学研究都有很大帮助。但我们在以往恰恰未这样作。每次试验报告提出即算交卷，而这个卷作的也是不够好，专家曾批评说只是些“死的数目字，缺乏“活的分析。未这样作，至少有两个缺点：①不可能对试验过的自然事物具有系统的清楚的理性认识②试验中如产生了问题，有时不能根据自然规律去判断其原因。现在，我们已注意到这个问题，并且着手进行这一工作。
(五)计划安排问题
在一定时期内动员一定力量突击完成某一项任务，这是常见的事。但试验工作就不大容易这样作。譬如：土压缩试验，从把土样装到仪器中开始到试验完毕为止，它本身就是连续工作，且必须等待一定时间，不是突击能完成的。一部分试验工作是可以赶时间的，不会受到其他试验项目的制约。在以往工作中，常常遇到突击试验的现象，搞得异常紧张，也影响试验质量。分析其原因很多，主要的是整个勘探工作的有计划进行存在着问题。
(原载于《水文地质工程地质》1957年第12期)
