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摘 要：本文针对采取土样进行的平行试验与土样的物理力学指标进行相关性分析、编制质量分析表、数理统计分析、土工试验室之间对比试验等方法，对土工试验质量管理进行了探索。
关键词：土工试验；标准体系；分析；对比试验
一、土工试验的质量标准与体系
土工试验的质量标准，即为提供土的物理、力学指标参数的可靠性，可用“重现性”来表达：①对同一土样的试验项目，由不同人员，不同仪器设备，不同试验室进行平行试验，得到的测试结果的误差应在允许误差范围内；②对同一层土样、同一项目的试验结果进行统计，应服从正态分布规律。按这一规律进行数理统计，可判定该组数据的离散性。
土工试验室的规范化管理是保证土工试验质量的前提条件。土工试验室需建立与其承担的土工试验范围、工作量相适应的质量体系，形成文件并运行。质量体系文件包括質量手册、程序文件、作业指导书和质量记录几个层次。根据质量体系，土工试验室应建立质量保证体系，明确质量职能分配，建立检验工作流程，并严格执行。质量体系建立并运行后，应定期对土工试验室的工作进行内审，同时定期进行管理评审。
土工试验室需配备足够的熟悉土工试验的人员持证上岗，同时根据所开展的试验项目和工作量合理配备仪器设备，测量仪器及器具，并须由国家计量检定部门检定合格方可使用。检验方法按国家标准、行业标准执行。检验按工程流程进行。从样品接收、试验、质量检查和审核到土工试验报告均按质量手册和程序文件运行，从制度上保证土工试验质量。
二、室内土工试验过程质量管理
1．平行试验
对同一土样、同一项目进行平行试验，国家标准、行业标准已有规定须进行平行试验的并有允许偏差的试验项目，按国家标准、行业标准执行。在同一批土样试验中，如发现超差项数比例较大。说明整批试验结果有问题，需进行系统检查。在平行试验中，含水率最不稳定，容易超差，分析其原因主要是取土的代表性问题。密度超差主要有两个原因，一是土自身的不均匀性，二是环刀变形，刮刀磨损呈凹形。因此，在试验过程中经常检查环刀、刮土刀是否符合质量要求。
2．土的物理力学指标的相关性分析
土的物理指标之间是相关的，土粒比重Gs决定于土的矿物成分，当粘土矿物含量较多时，Gs值较大。而塑性指数Ip的大小与土中结合水的含量有关。粘土矿物越多，可能形成结合水含量越高，Ip值越大。土中粘土矿物含量较多时，Gs和Ip值较大。Gs与Ip正相关。据此，可判断Gs和Ip是否合理。
土的含水率ω与土的天然孔隙比eo是相关的。对同一类型的土含水率越大，eo也越大，即ω与eo正相关。不同的土含水率就可能不一样。如红粘土、膨胀土、含云母较多的土能吸附更多的结合水，因此含水率比直观感觉高。
土的密度p与含水率是相关的，对软土地层，饱和度一般在8O～100之间，因此，可用密度验证含水率是否合理。土的含水率、密度、土粒比重三个指标通过计算，得出孔隙比和饱和度Sr。如饱和度大于100％，则说明三个指标试验有问题，需重新验证。
土的物理性质与力学性质是紧密相关的。一般情况下，土的物理性质基本能影响土的力学性质，同时，土的力学指标之间也具有相关性。据此，通过分析能发现可疑数据。
土的压缩性与抗剪强度有一定相关性，一般情况下，土的压缩性越高，压缩模量Es越小，抗剪强度指标 、C值越小，即压缩模量与抗剪强度正相关。 当然，如果做固结快剪，这种关系就不成立。一般情况下，对同一类土，液性指数IL越大，压缩模量Es、内摩擦角 、粘聚力C越小，即IL与Es、 、C呈负相关。三轴试验UU的 值、C值，无侧限抗压强度qu也类似。
土的塑性指数Ip与抗剪强度有一定的相关性。对同一类土，Ip越小，内摩擦角 值越大，即Ip与 负相关。
在同一场地，由于土层受先期固结压力的作用，因此对同一类土，深度越深，压缩模量Es越大，粘聚力C越大。即深度与Es、C正相关。
原状土等对扰动比较灵敏的土层，其IL往往比较大，而力学指标则比较好。这表明土的结构强度，在土扰动后发生了剧烈变化。
将土工试验的结果进行综合分析，把相关的指标摆在一起分析，能发现其中的可疑情况。可判断土工数据的合理性，进行补充试验并决定取舍。报告审核人员在工作中应注意经验的积累，对各个地区及土层应有充分了解，找出规律性，对差别试验过程中是否存在可疑情况有很大指导意义。
3．编制质量分析表
土工试验确定土的工程特性参数，主要建立在统计的经验基础上。因此，将勘察场地土样进行分层，用数理统计方法，将土工试验结果统计分析，编制土工试验质量分析表，查找可疑数据，评价土工报告的质量。
分层及统计方法如下：根据勘察场地土层的物理力学性质等在勘探深度范围内自上而下按土的深度、结构、颜色、类型、状态、密实度等，将土分成若干土层。然后按土样的测试项目进行数理统计分析，每个土层的统计频数不应小于6个，编制土工试验质量分析表。
一般特性指标即物理指标如天然含水率、天然密度、土粒比重、颗粒组成、液限、塑限、有机质、水溶盐等，采用多次测定值X1的算术平均值 ，并计算出相应的标准差S和变异系数Cv，以反映实际测定值对算术平均值的变化程度，用算术平均值加三倍标准差( +3S)差别可疑值。
对于主要计算指标，即力学指标如土的粘聚力、内摩擦角、压缩系数、压缩模量、渗透系数等，如测定的数据较多，仍可用算术平均值加(减)三倍标准差，差别可疑数据；如试验数据较少，可按一般特性指标即算术平均值加(减)一个标准差的绝对值( ±|S|)作为可疑数据舍弃或改正的差别标准。
按土层进行统计分析，适用于大部分土工试验结果的质量分析，用计算机直接处理，操作简便客观，容易发现每个土层试验结果中的可疑值。经过补充试验或查证，可对可疑数据进行舍弃。
4．用数理统计分析方法差别异常数据
将土工试验的可疑数据进行异常差别。常用的异常数据差别方法用三倍标准差法(±3S)，但三倍标准差法需要参加统计的频数要大(一般n≥30)。当n≤10时，无法检查出任何异常数据，因此，当参加统计的频数较小时，可用Grubbs准则，L检验进行差别。
4．1 Grubbs准则
(1)先将n个测试数据按数值大小排为X1≤X2≤…≤Xn-i≤Xn显然其中X1和Xn为可疑值。
(2)求出平均值 和标准差S，将可疑值Xn代人公式 Io= 进行计算。
(3)选定置信水平95Ё％或99％，根据统计频数查表得临界值T1，当T0＞T1时，Xn则为异常数据，应予重新试验或剔除。然后再进行统计分析。
4．2 t检验
(1)在n个测试数据中找出与比平均值相比偏差最大的数据XK作为可疑值。
(2)对不包括可疑值XK在内的n-1个试验数据，计算平均值 ，以及标准差
(3)选定置信水平，查表得K(a，n)
(4)检查Xk，如果有|Xk— |>K(a，n)•S成立，则Xk为异常值，应予剔除，否则不能剔除。
(5)若Xk为异常值，将它剔除后，对余下的数据平行上述步骤进行差别。
三、不同土工试验室比对试验
土工试验室除对试验过程进行质量监控外，还需进行不同土工试验室能力比对试验。即同一工地同一土样在不同试验室用相同标准方法测试。对测试结果进行统计和比较。一方面可判断土工试验室的测试准确性，另一方面可差别不同土工试验室之问是否存在系统误差。
四、不同方法、不同仪器比对试验
1．不同方法比对试验
不同方法比对试验可判别不同方法之间是否存在系统误差。取某工地粉土、砂土样品，每个样品分成两份，分别用密度计法、移液管法测试粘粒含量。测试结果见表1。用t检验差别，|t|＜t1，0.05表明两种方法并无系统误差存在。
表1 密度计法、移液管法测试结果比对
2. 不同仪器比对试验
不同仪器比对试验可判别不同仪器之间是否存在系统误差。取某公路土样8个，每个样品分两份，分别在KTG全自动固结仪和三联中低压固结仪上进行低压固结试验，结果见表2。将测试结果用t检验判别，压缩系数、压缩模量均|t|＜t1，0.05表明两种仪器并无系统误差存在。
表2 KTG全自动固结仪与三联中低压固结仪测试结果比对
五、结论
土工试验室质量体系从制度上保证了土工试验质量，用平行试验、土的物理力学指标相关性分析、编制质量分析表、不同方法、不同仪器、不同土工试验对比试验等方法，发现土工试验的质量问题。用数理统计方法对异常数据进行判别，对土工试验报告质量作出评价。土工试验样品复杂、影响因素多、地域特点性强，需长期进行实践探索和总结。应根据土工试验的特点，结合土工试验质量管理实践，就如何加强土工试验质量管理进行了探索。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：土工试验；标准体系；分析；对比试验
一、土工试验的质量标准与体系
土工试验的质量标准，即为提供土的物理、力学指标参数的可靠性，可用“重现性”来表达：①对同一土样的试验项目，由不同人员，不同仪器设备，不同试验室进行平行试验，得到的测试结果的误差应在允许误差范围内；②对同一层土样、同一项目的试验结果进行统计，应服从正态分布规律。按这一规律进行数理统计，可判定该组数据的离散性。
土工试验室的规范化管理是保证土工试验质量的前提条件。土工试验室需建立与其承担的土工试验范围、工作量相适应的质量体系，形成文件并运行。质量体系文件包括質量手册、程序文件、作业指导书和质量记录几个层次。根据质量体系，土工试验室应建立质量保证体系，明确质量职能分配，建立检验工作流程，并严格执行。质量体系建立并运行后，应定期对土工试验室的工作进行内审，同时定期进行管理评审。
土工试验室需配备足够的熟悉土工试验的人员持证上岗，同时根据所开展的试验项目和工作量合理配备仪器设备，测量仪器及器具，并须由国家计量检定部门检定合格方可使用。检验方法按国家标准、行业标准执行。检验按工程流程进行。从样品接收、试验、质量检查和审核到土工试验报告均按质量手册和程序文件运行，从制度上保证土工试验质量。
二、室内土工试验过程质量管理
1．平行试验
对同一土样、同一项目进行平行试验，国家标准、行业标准已有规定须进行平行试验的并有允许偏差的试验项目，按国家标准、行业标准执行。在同一批土样试验中，如发现超差项数比例较大。说明整批试验结果有问题，需进行系统检查。在平行试验中，含水率最不稳定，容易超差，分析其原因主要是取土的代表性问题。密度超差主要有两个原因，一是土自身的不均匀性，二是环刀变形，刮刀磨损呈凹形。因此，在试验过程中经常检查环刀、刮土刀是否符合质量要求。
2．土的物理力学指标的相关性分析
土的物理指标之间是相关的，土粒比重Gs决定于土的矿物成分，当粘土矿物含量较多时，Gs值较大。而塑性指数Ip的大小与土中结合水的含量有关。粘土矿物越多，可能形成结合水含量越高，Ip值越大。土中粘土矿物含量较多时，Gs和Ip值较大。Gs与Ip正相关。据此，可判断Gs和Ip是否合理。
土的含水率ω与土的天然孔隙比eo是相关的。对同一类型的土含水率越大，eo也越大，即ω与eo正相关。不同的土含水率就可能不一样。如红粘土、膨胀土、含云母较多的土能吸附更多的结合水，因此含水率比直观感觉高。
土的密度p与含水率是相关的，对软土地层，饱和度一般在8O～100之间，因此，可用密度验证含水率是否合理。土的含水率、密度、土粒比重三个指标通过计算，得出孔隙比和饱和度Sr。如饱和度大于100％，则说明三个指标试验有问题，需重新验证。
土的物理性质与力学性质是紧密相关的。一般情况下，土的物理性质基本能影响土的力学性质，同时，土的力学指标之间也具有相关性。据此，通过分析能发现可疑数据。
土的压缩性与抗剪强度有一定相关性，一般情况下，土的压缩性越高，压缩模量Es越小，抗剪强度指标 、C值越小，即压缩模量与抗剪强度正相关。 当然，如果做固结快剪，这种关系就不成立。一般情况下，对同一类土，液性指数IL越大，压缩模量Es、内摩擦角 、粘聚力C越小，即IL与Es、 、C呈负相关。三轴试验UU的 值、C值，无侧限抗压强度qu也类似。
土的塑性指数Ip与抗剪强度有一定的相关性。对同一类土，Ip越小，内摩擦角 值越大，即Ip与 负相关。
在同一场地，由于土层受先期固结压力的作用，因此对同一类土，深度越深，压缩模量Es越大，粘聚力C越大。即深度与Es、C正相关。
原状土等对扰动比较灵敏的土层，其IL往往比较大，而力学指标则比较好。这表明土的结构强度，在土扰动后发生了剧烈变化。
将土工试验的结果进行综合分析，把相关的指标摆在一起分析，能发现其中的可疑情况。可判断土工数据的合理性，进行补充试验并决定取舍。报告审核人员在工作中应注意经验的积累，对各个地区及土层应有充分了解，找出规律性，对差别试验过程中是否存在可疑情况有很大指导意义。
3．编制质量分析表
土工试验确定土的工程特性参数，主要建立在统计的经验基础上。因此，将勘察场地土样进行分层，用数理统计方法，将土工试验结果统计分析，编制土工试验质量分析表，查找可疑数据，评价土工报告的质量。
分层及统计方法如下：根据勘察场地土层的物理力学性质等在勘探深度范围内自上而下按土的深度、结构、颜色、类型、状态、密实度等，将土分成若干土层。然后按土样的测试项目进行数理统计分析，每个土层的统计频数不应小于6个，编制土工试验质量分析表。
一般特性指标即物理指标如天然含水率、天然密度、土粒比重、颗粒组成、液限、塑限、有机质、水溶盐等，采用多次测定值X1的算术平均值 ，并计算出相应的标准差S和变异系数Cv，以反映实际测定值对算术平均值的变化程度，用算术平均值加三倍标准差( +3S)差别可疑值。
对于主要计算指标，即力学指标如土的粘聚力、内摩擦角、压缩系数、压缩模量、渗透系数等，如测定的数据较多，仍可用算术平均值加(减)三倍标准差，差别可疑数据；如试验数据较少，可按一般特性指标即算术平均值加(减)一个标准差的绝对值( ±|S|)作为可疑数据舍弃或改正的差别标准。
按土层进行统计分析，适用于大部分土工试验结果的质量分析，用计算机直接处理，操作简便客观，容易发现每个土层试验结果中的可疑值。经过补充试验或查证，可对可疑数据进行舍弃。
4．用数理统计分析方法差别异常数据
将土工试验的可疑数据进行异常差别。常用的异常数据差别方法用三倍标准差法(±3S)，但三倍标准差法需要参加统计的频数要大(一般n≥30)。当n≤10时，无法检查出任何异常数据，因此，当参加统计的频数较小时，可用Grubbs准则，L检验进行差别。
4．1 Grubbs准则
(1)先将n个测试数据按数值大小排为X1≤X2≤…≤Xn-i≤Xn显然其中X1和Xn为可疑值。
(2)求出平均值 和标准差S，将可疑值Xn代人公式 Io= 进行计算。
(3)选定置信水平95Ё％或99％，根据统计频数查表得临界值T1，当T0＞T1时，Xn则为异常数据，应予重新试验或剔除。然后再进行统计分析。
4．2 t检验
(1)在n个测试数据中找出与比平均值相比偏差最大的数据XK作为可疑值。
(2)对不包括可疑值XK在内的n-1个试验数据，计算平均值 ，以及标准差
(3)选定置信水平，查表得K(a，n)
(4)检查Xk，如果有|Xk— |>K(a，n)•S成立，则Xk为异常值，应予剔除，否则不能剔除。
(5)若Xk为异常值，将它剔除后，对余下的数据平行上述步骤进行差别。
三、不同土工试验室比对试验
土工试验室除对试验过程进行质量监控外，还需进行不同土工试验室能力比对试验。即同一工地同一土样在不同试验室用相同标准方法测试。对测试结果进行统计和比较。一方面可判断土工试验室的测试准确性，另一方面可差别不同土工试验室之问是否存在系统误差。
四、不同方法、不同仪器比对试验
1．不同方法比对试验
不同方法比对试验可判别不同方法之间是否存在系统误差。取某工地粉土、砂土样品，每个样品分成两份，分别用密度计法、移液管法测试粘粒含量。测试结果见表1。用t检验差别，|t|＜t1，0.05表明两种方法并无系统误差存在。
表1 密度计法、移液管法测试结果比对
2. 不同仪器比对试验
不同仪器比对试验可判别不同仪器之间是否存在系统误差。取某公路土样8个，每个样品分两份，分别在KTG全自动固结仪和三联中低压固结仪上进行低压固结试验，结果见表2。将测试结果用t检验判别，压缩系数、压缩模量均|t|＜t1，0.05表明两种仪器并无系统误差存在。
表2 KTG全自动固结仪与三联中低压固结仪测试结果比对
五、结论
土工试验室质量体系从制度上保证了土工试验质量，用平行试验、土的物理力学指标相关性分析、编制质量分析表、不同方法、不同仪器、不同土工试验对比试验等方法，发现土工试验的质量问题。用数理统计方法对异常数据进行判别，对土工试验报告质量作出评价。土工试验样品复杂、影响因素多、地域特点性强，需长期进行实践探索和总结。应根据土工试验的特点，结合土工试验质量管理实践，就如何加强土工试验质量管理进行了探索。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。