土工試驗與原位測試在工程勘察中的重要性

李樹芳

(山西省地勘局213地質(zhì)隊，山西臨汾 041000)

地殼表層的巖石長期受自然界的空氣、水、溫度及各種生物的共同作用，使大塊巖體不斷地破碎與分解成為松散碎屑物質(zhì)——塊石(漂石)、碎石(卵石)、角礫(圓礫)、砂、粉土和黏性土，在工程地質(zhì)勘查中一般統(tǒng)稱為土。其在原地殘留的碎屑物稱為殘積土。多數(shù)是風(fēng)化后，在經(jīng)水流、風(fēng)力和重力作用多次搬運而沉積起來的，它們呈層狀廣泛覆蓋在地表，則稱為土層。

由于土的形成年代、生成壞境及成分的不同，所以地基的性質(zhì)是復(fù)雜而多樣的。因此，設(shè)計前必須對場地進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，并對土進(jìn)行物理、力學(xué)性質(zhì)試驗，作出工程地質(zhì)評價。然后根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載、建筑物使用及構(gòu)造上的要求，對地基進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性及變形分析。土工試驗可以確定很多非常重要的參數(shù)，如地基承載力和地基變形計算中的參數(shù)，因此，在各類工程項目建設(shè)中，土工試驗起著非常重要的作用。原位測試是測試巖土體在原有位置上的工程性質(zhì)的測試手段，它的測試是巖土體的含水量、結(jié)構(gòu)及應(yīng)力狀態(tài)都保持在天然狀態(tài)下進(jìn)行的。原位測試不僅是巖土工程施工質(zhì)量檢驗的主要手段，還是巖土工程勘察的重要組成部分。如何正確地測定巖土體的工程性質(zhì)，并提供可靠的性質(zhì)參數(shù)指標(biāo)，對于土工試驗與原位測試在各類工程項目建設(shè)中是至關(guān)重要的。

1 從土的物理、力學(xué)性質(zhì)方面闡述土工試驗的重要性

土工試驗經(jīng)過測試巖土試樣，得到了巖土的力學(xué)性、物理性、動力性以及滲透性等各項指標(biāo)。從而為工程設(shè)計和施工提供參數(shù)，這些參數(shù)可以對工程地質(zhì)條件進(jìn)行正確的評價，進(jìn)而為后期施工提供重要的參考依據(jù)。土的物理性質(zhì)試驗:包括土的含水率試驗、密度試驗、比重試驗、顆粒分析試驗、界限含水率試驗(液限、塑限和縮限試驗)等。土是由固體顆粒、水和氣體所組成，土的各組成部分的質(zhì)量和體積之間的比例關(guān)系，用土的三相比例指標(biāo)表示。它們對于評價土的物理、力學(xué)性質(zhì)有重要意義。

土的力學(xué)性質(zhì)試驗:土的滲透性，土的變形特性，土的強(qiáng)度。

滲透是液體在多孔介質(zhì)中運動的現(xiàn)象。土屬多孔介質(zhì)體，它內(nèi)部的骨架顆粒之間存在一定的空隙，形成了通道，使水能在其中運動，所以它必然具有滲透性。水在土的孔隙中的運動造成了水壓力的變化進(jìn)而影響了土的各種力學(xué)性質(zhì)，所以在建筑物設(shè)計施工中必須考慮土的滲透性的影響。

地基在荷載作用下會發(fā)生變形，是巖土工程中最普遍的問題之一。地基變形會造成土體本身失穩(wěn)或建筑物結(jié)構(gòu)的破壞，因此，無論何種形式的地基的變形都必須控制在一定范圍內(nèi)。另外還必須對巖土的變形特性有一定的了解和掌握，這樣才能指導(dǎo)巖土工程的設(shè)計與施工，才能保證工程能經(jīng)濟(jì)，安全，有效的運行。為了計算地基的變形量，必須了解土的壓縮性。通過室內(nèi)或現(xiàn)場試驗，可求出土的壓縮性指標(biāo)，即可計算基礎(chǔ)的最終沉降量。

土的強(qiáng)度是土的一個重要的力學(xué)性能，也叫土的抗剪強(qiáng)度，是指土體抗剪破壞的最大應(yīng)力，它的破壞會造成地基失穩(wěn)或邊坡滑塌等現(xiàn)象。土的水理性質(zhì)試驗:包括土的固結(jié)試驗、濕化試驗等。土的動力性質(zhì)試驗:包括土的振動三軸試驗、共振柱試驗、動單剪試驗等。土的特殊性質(zhì)試驗:包括非飽和土試驗、黃土濕限試驗、膨脹率試驗、膨脹力試驗、收縮試驗、有機(jī)質(zhì)試驗等。

關(guān)于對室內(nèi)試驗結(jié)果影響最大的取土擾動，現(xiàn)有的取土技術(shù)，已經(jīng)足以使取土擾動的影響降低到最小限度，目前，采用薄壁取土器取土是比較完善的取土技術(shù)，它可以取到質(zhì)量最好的原狀土，至于取土?xí)r無法避免的應(yīng)力釋放引起的土樣擾動，可采取室內(nèi)再固結(jié)等方法予以減輕甚至消除。

2 原位測試技術(shù)及其重要性

原位測試可分為定量方法和半定量方法。

定量方法是指在理論上和方法上能形成完整體系的原位測試方法，例如，靜力載荷試驗、現(xiàn)場直接剪切試驗、旁壓試驗、十字板剪切試驗、滲透試驗等;半定量方法是指由于試驗條件限制或方法本身還不具備完整的理論用以指導(dǎo)實驗，因此必須借助于某種經(jīng)驗或相關(guān)關(guān)系才能得出所需成果的原位測試方法，例如，靜力觸探試驗、圓錐動力觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等。

原位測試有載荷試驗，靜力觸探試驗，圓錐動力觸探試驗，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，十字板剪切試驗，旁壓試驗，現(xiàn)場剪切試驗，波速測試，巖體原位應(yīng)力測試，塊體基礎(chǔ)振動測試。

選擇原位測試方法應(yīng)考慮建筑類型、設(shè)計參數(shù)、巖土條件、測試方法的適用性和地區(qū)經(jīng)驗等因素。選用原位測試方法和布置原位測試時，應(yīng)注意各原位測試間及其與鉆探、室內(nèi)試驗的配合和對比。根據(jù)原位測試成果，利用地區(qū)性經(jīng)驗關(guān)系估算巖土的物理力學(xué)參數(shù)和地基承載力時，應(yīng)檢驗其可靠性，并與室內(nèi)試驗和已有工程反算參數(shù)進(jìn)行對比。分析原位測試成果資料時，應(yīng)結(jié)合具體工程情況，結(jié)合地層條件，要考慮測試時的試驗方法，試驗條件及使用的試驗設(shè)備對數(shù)據(jù)的影響。因此，土工試驗與原位測試兩種試驗方法是相輔相成的，它們之間可以互補(bǔ)。

土工試驗結(jié)果會由于試樣擾動而容易受到影響，因此，在利用土工試驗得出的參數(shù)時必須小心對待。原位測試可避免取土擾動對試驗結(jié)果的影響，但是，原位測試也有其難以克服的問題。如原位測試中有時會因土質(zhì)中包含物的影響導(dǎo)致數(shù)據(jù)變化異常，有時與實際相差甚遠(yuǎn)，而通過室內(nèi)試驗結(jié)果中數(shù)據(jù)的比對可以極大的消除這類誤差，使數(shù)據(jù)的精確性得以最大的提高。

其次，原位測試一般只能測定現(xiàn)場荷載條件下的巖土體參數(shù)，而無法預(yù)測其在荷載變化條件下的發(fā)展?？傊凉ぴ囼炁c原位測試都是巖土工程、地質(zhì)工程中的重要工作內(nèi)容之一，也是測定巖土體參數(shù)的兩種重要的方法。