巖土工程原位測試方法概括與分析

張巖

【摘要】本文對巖土工程中常見的幾種原位測試方法的機理及其應(yīng)用做一細化并提出合理化建議，具有較強的理論性和實用性。

【關(guān)鍵詞】巖土工程；原位測試；試驗方法

正文

1、原位測試方法分類

所謂的原位測試法就是在巖土層原來所處的位置，基本保持的天然結(jié)構(gòu)，天然含水量以及天然應(yīng)力狀態(tài)下，測定巖土的工程力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。原位測試包括靜力觸探、動力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、十字板剪切、旁壓試驗、靜載試驗、扁板側(cè)脹試驗、應(yīng)力鏟試驗、現(xiàn)場直剪試驗、巖體原位應(yīng)力測試、巖土波速測試等。

1.1 靜力觸探

靜力觸探測試簡稱靜探（CPT：static cone penetration test）， 是把一定規(guī)格的圓錐形探頭借助機械勻速壓人土中，并測定探頭阻力等的一種測試方法，實際上是一種準(zhǔn)靜力觸探試驗。試驗是用機械裝置把帶有雙層管的圓錐形探頭壓人土中，在地面上用壓力表分別量測套筒側(cè)壁與周圍土層間的摩阻力（fs）和探頭錐尖貫入土層時所受的阻力（qc）。

1.2動力觸探

圓錐動力觸探試驗習(xí)慣上稱為動力觸探試驗（DPT：dynamic penetration test）或簡稱動探，它是利用一定的錘擊動能，將一定規(guī)格的圓錐形探頭打入土中，根據(jù)每打入土中一定深度的錘擊數(shù)（或貫入能量）來判定土的物理力學(xué)特性和相關(guān)參數(shù)的一種原位測試方法。

1.3標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗（SPT：standard penetration test）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗習(xí)慣上簡稱為標(biāo)貫。它使用SPT錘將鉆桿底部的對開管式貫入器打入鉆孔孔底的土中，取得土樣。貫入300mm（1英尺）所需要的錘擊數(shù)稱為N值，其與土體強度有關(guān)。

1.4十字板剪切試驗

野外十字板剪切試驗（FVST：Field Vane Shear Test）習(xí)慣上稱為十字板剪切試驗，是用插入軟黏土中的十字板頭，以一定得速率旋轉(zhuǎn)，測出土的抵抗力矩，換算地基土不排水抗剪強度的現(xiàn)場試驗。

1.5旁壓試驗

旁壓試驗（LLT：Lateral Loading Test）是將圓柱形旁壓器豎直放入土中，通過旁壓器在豎直的孔內(nèi)加壓，使旁壓膜膨脹，并由旁壓膜將壓力傳給周圍的土體（巖體），使土體（巖體）產(chǎn)生變形直至破壞，通過量測施加的壓力和土變形之間的關(guān)系，即可得到地基土在水平方向的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。旁壓試驗是利用旁壓儀在原位測試不同深度土的變形性質(zhì)和強度指標(biāo)的試驗方法。

1.6靜載試驗

靜載試驗（SLT：Static Load Testing）是指在樁頂部逐級施加豎向壓力、豎向上拔力或水平推力，觀測樁頂部隨時間產(chǎn)生的沉降、上拔位移或水平位移，以確定相應(yīng)的單樁豎向抗壓承載力、單樁豎向抗拔承載力或單樁水平承載力的試驗方法。

1.7扁鏟側(cè)脹試驗

扁鏟側(cè)脹試驗（DMT：The Flate Dilatometer Test）是利用靜力或錘擊動力將一扁平鏟行測頭貫入土中，達到預(yù)定深度后，利用氣壓使扁鏟測頭上的鋼膜片向外膨脹，分別測得膜片中心向外膨脹不同距離時的氣壓值，進而獲得地基土參數(shù)的一種原位測試。

1.8應(yīng)力鏟試驗

應(yīng)力鏟試驗（SST：Stress Shovel Test）主要是利用應(yīng)力鏟測試飽和土的靜止側(cè)壓力系數(shù)，現(xiàn)場快速測定土的垂直貫入阻力和水平總應(yīng)力及孔隙水壓力，從而得到土的水平有效應(yīng)力和靜止側(cè)壓力系數(shù)K0值以及固結(jié)系數(shù)Ch值。

1.9現(xiàn)場直剪試驗

一般直剪試驗是用環(huán)刀切出厚20mm的圓形土餅，將土餅推入剪切盒內(nèi)，分別在不同的垂直壓力P下，施加水平剪力進行剪切，使試樣在上下剪切盒之間的水平面上發(fā)生剪切至破壞，求解破壞時的剪切應(yīng)力τ，根據(jù)庫倫定律確定土的抗剪強度參數(shù)：內(nèi)摩擦角φ和粘聚力C。對于現(xiàn)場直剪試驗，現(xiàn)場直剪試樣的受剪面積比室內(nèi)試驗大得多（一般巖體，試體為70cm×70cm×70cm；對完整堅硬巖石，試體為50cm×50cm×50cm；試體受壓剪切面積大約2500cm2），且又是在現(xiàn)場直接進行試驗的，因此較室內(nèi)試驗更符合天然狀態(tài)，得出的結(jié)果更加符合實際工程的基數(shù)要求。

1.10巖體原位應(yīng)力測試

巖體原位應(yīng)力測試就是在不改變巖體原始應(yīng)力條件的情況下，在巖體的原始位置進行應(yīng)力量測的方法，巖石應(yīng)力測試適用于無水、完整或較完整的均質(zhì)巖體，可采用孔壁、孔底和表面應(yīng)力測試。

1.11巖土波速測試

波速測試適用于測定各類巖土體的壓縮波、剪切波或瑞利波的波速，可根據(jù)任務(wù)要求，采用單孔法、跨孔法或面波法。利用鐵球水平撞擊木板，使板與地面之間發(fā)生運動，產(chǎn)生豐富的剪切波，從而在鉆孔內(nèi)不同高度處分別接收通過土層向下傳播的剪切波。因為這種豎向傳播的路徑接近于天然地層由基巖豎直向上傳播的情況，因此對地層反應(yīng)分析較為有用。

2、各種原位測試成果的應(yīng)用

2.1靜力觸探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用在于：對地基土進行力學(xué)分層并判別土的類型；確定地基土的參數(shù)（強度、模量、狀態(tài)、應(yīng)力歷史）；砂土液化可能性；淺基承載力；單樁豎向承載力等。

2.2工程中常利用動力觸探進行力學(xué)分層，評定土的均勻性和物理性質(zhì)（狀態(tài)、密實度）、土的強度、變形參數(shù)、地基承載力、單樁承載力，查明土洞、滑動面、軟硬土層界面，檢測地基處理效果等。

2.3一般來說，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗應(yīng)用對象偏重于松散介質(zhì)，主要應(yīng)用于劃分風(fēng)化巖與殘積土的界限：這方面的資料目前僅限于花崗巖地區(qū)，用N值（實測擊數(shù)）劃分殘積土、全風(fēng)化巖、強風(fēng)化巖的界限。

2.4十字板剪切試驗用于測定飽和軟粘土的抗剪強度和靈敏度、判斷地基加固效果和強度變化規(guī)律、測定地基或邊坡滑動位置、計算地基容許承載力。

2.5旁壓試驗主要應(yīng)用于天然地基承載力的判斷，地基變形模量計算，樁的豎向承載力估算等。

2.6靜載試驗廣泛應(yīng)用于地基基礎(chǔ)及橋梁、房屋結(jié)構(gòu)的承載力檢測。

2.7扁鏟側(cè)脹試驗用于土層劃分與定名、不排水剪切強度、應(yīng)力歷史、靜止土壓力系數(shù)、壓縮模量、固結(jié)系數(shù)等的原位測定。

2.8應(yīng)力鏟試驗?zāi)芫_劃分土層界面、土類定名，提供土的其他物理力學(xué)指標(biāo)（包括某些動力學(xué)指標(biāo)）。

2.9現(xiàn)場直剪試驗可測定試體抵抗剪切破壞的能力，為地下建筑物、巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定分析提供抗剪強度參數(shù)。

2.10巖體原位應(yīng)力測試一般是先測出巖體的應(yīng)變值，再根據(jù)應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系計算出應(yīng)力值鉆孔巖心法測求三向、雙向應(yīng)力；用掏槽法測求巖體表面單向應(yīng)力。準(zhǔn)確的測定巖體的應(yīng)力有助于預(yù)防遇到堅硬巖層中的巖爆現(xiàn)象和軟弱巖層中的流變現(xiàn)象，給工程施工帶來危害。

2.11巖土波速測試主要用于劃分場地類型、計算場地基本周期、提供地震反應(yīng)分析所需的地基土動力參數(shù)、判別地基土液化可能性、評價地基處理效果

3、結(jié)論與建議

巖土工程原位測試技術(shù)是巖土工程的重要組成部分，巖土的工程性質(zhì)、試驗成果和精度，會因其種類、狀態(tài)、試驗方法和技巧的不同而有較大的出入。工程實踐中，應(yīng)根據(jù)地層、巖性、工程性質(zhì)和所需成果來選擇合適的測試方法，這樣可以快速收集所需數(shù)據(jù)，有利于成果的有效應(yīng)用，避免工程中帶來不必要的損失。所以，細微的了解各種原位測試方法，能給工程實踐帶來很大的便利，達到事半功倍的效果。

參考文獻

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