論述巖土工程測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)有關(guān)內(nèi)容及其在工程中應(yīng)用

論述巖土工程測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)有關(guān)內(nèi)容及其在工程中應(yīng)用

隨著現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，各類工程日新月異，重型廠房、高層建筑、重大的水利樞紐、艱險(xiǎn)的鐵路、橋梁和隧道，以及為了向海洋尋找資源、向地下爭(zhēng)取空間而進(jìn)行的各種發(fā)展性工程等，都與他們所依賴以存在的巖土地層有著極為密切地聯(lián)系。各類工程的成功與否，在很大程度上取決于巖土體能否提供足夠的承載力，保證建筑物不產(chǎn)生影響其安全、正常使用的過大或不均勻沉降，以及水平位移、穩(wěn)定性或各種形式的巖土應(yīng)力作用。為了保證各類工程及周圍環(huán)境安全，確保工程的順利進(jìn)行，必須進(jìn)行巖土測(cè)試、檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。巖土測(cè)試技術(shù)以巖土力學(xué)理論為指導(dǎo)法則，以工程實(shí)踐為服務(wù)對(duì)象，而巖土力學(xué)理論又是以巖土測(cè)試技術(shù)為實(shí)驗(yàn)依據(jù)和發(fā)展背景的。不論設(shè)計(jì)理論與方法如何先進(jìn)、合理，如果測(cè)試落后，則設(shè)計(jì)計(jì)算所依據(jù)的巖土參數(shù)無法準(zhǔn)確測(cè)求，不但巖土工程設(shè)計(jì)的先進(jìn)性無從體現(xiàn)，而且?guī)r土工程的質(zhì)量與精度也難以保證。所以，測(cè)試技術(shù)是從根本上保證巖土工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性、代表性以及經(jīng)濟(jì)性的重要手段。再整個(gè)巖土工程中它與理論計(jì)算和施工檢驗(yàn)是相鋪相成的。巖土工程的測(cè)試、檢測(cè)與檢測(cè)是從事巖土工程勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工監(jiān)理的工作者所必需的基本知識(shí)，同時(shí)也是從巖土工理論研究所必須具備的基本手段。本文就巖土工程測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)的主要內(nèi)容做以下論述。巖土工程測(cè)試技術(shù)一般分為室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)、原位試驗(yàn)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)等幾個(gè)方面。在原位測(cè)試方面，地基中的位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)測(cè)試，地下結(jié)構(gòu)表面的土壓力測(cè)試，地基土的強(qiáng)度特性及變形特性測(cè)試等方面將會(huì)成為研究的重點(diǎn)，隨著總體測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，這些傳統(tǒng)的難點(diǎn)將會(huì)取得突破性進(jìn)展。虛擬測(cè)試技術(shù)將會(huì)在巖土工程測(cè)試技術(shù)中得到較廣泛的應(yīng)用。及時(shí)有效地利用其他學(xué)科科學(xué)技術(shù)的成果，將對(duì)推動(dòng)巖土工程領(lǐng)域的測(cè)試技術(shù)發(fā)展起到越來越重要的作用，如電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子測(cè)量技術(shù)、光學(xué)測(cè)試技術(shù)、航測(cè)技術(shù)、電、磁場(chǎng)測(cè)試技術(shù)、聲波測(cè)試技術(shù)、遙感測(cè)試技術(shù)等方面的新的進(jìn)展都有可能在巖土工程測(cè)試方面找到應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果的可靠性、可重復(fù)性方面將會(huì)得到很大的提高。由于整體科技水平的提高，測(cè)試模式的改進(jìn)及測(cè)試儀器精度的改善，最終將導(dǎo)致巖土工程方面測(cè)試結(jié)果在可信度方面的大大改進(jìn)。新的巖土力學(xué)理論要變?yōu)楣こ态F(xiàn)實(shí)，如果沒有相應(yīng)的測(cè)試手段，則是不可能的。因?yàn)?，不論設(shè)計(jì)理論與方法如何先進(jìn)、合理，如果測(cè)試技術(shù)落后，則設(shè)計(jì)計(jì)算所依據(jù)的巖土參數(shù)無法準(zhǔn)確測(cè)求，不僅巖土工程設(shè)計(jì)的先進(jìn)性無法體現(xiàn)，而且?guī)r土工程的質(zhì)量與精度也難以保證。所以，測(cè)試技術(shù)是從根本上保證巖土工程設(shè)計(jì)的精確性、代表性以及經(jīng)濟(jì)合理性的重要手段。測(cè)試工作是巖土工程中必須進(jìn)行的關(guān)鍵步驟，它不僅是學(xué)科理論研究與發(fā)展的基礎(chǔ)，而且也為巖土工程實(shí)際所必需。監(jiān)測(cè)與檢測(cè)可以保證工程的施工質(zhì)量和安全，提高工程效益。在巖土工程服務(wù)于工程建設(shè)的全過程中，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與檢測(cè)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，可以使工程師們對(duì)上部結(jié)構(gòu)與下部巖土地基共同作用的性狀及施工和建筑物運(yùn)營(yíng)過程的認(rèn)識(shí)在理論和實(shí)踐上更加完善。依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，利用反演分析的方法，求出能使理論分析與實(shí)測(cè)基本一致的工程參數(shù)。巖土工程測(cè)試包括室內(nèi)土工試驗(yàn)、巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)、原位測(cè)試、原型實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等，在整個(gè)巖土工程中占有特殊而重要的作用。下面介紹幾種重要的巖土工程測(cè)試。一、室內(nèi)土工試驗(yàn)?zāi)壳埃凉ぴ囼?yàn)大致可分為觀察判別試驗(yàn)、物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)和力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)等。室內(nèi)試驗(yàn)項(xiàng)目包括：1.土的物理性能試驗(yàn),2.砂的相對(duì)密度試驗(yàn)：3.土的變形試驗(yàn)：4.土的強(qiáng)度試驗(yàn)：5.土的化學(xué)性試驗(yàn)：（一）土的物理性能試驗(yàn),包括：含水率、密度、顆粒密度、界限含水率、顆粒分析、滲透、擊實(shí)等試驗(yàn)。試驗(yàn)成果可分別用于土的工程分類、土的狀態(tài)判定、滲透計(jì)算、填土工程施工方法的選擇和質(zhì)量控制。

（二）砂的相對(duì)密度試驗(yàn)：包括砂的最大和最小孔隙比試驗(yàn)，由此確定砂的相對(duì)密實(shí)度，可作為判斷砂疏密狀態(tài)的指標(biāo)。

（三）土的變形試驗(yàn)：包括固結(jié)、壓縮、濕陷性和膨脹性等。這些試驗(yàn)可為設(shè)計(jì)提供變形參數(shù)，即：壓縮系數(shù)、壓縮模量、體積壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、前期固結(jié)壓力、固結(jié)系數(shù)、濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)、膨脹率、膨脹力等指標(biāo)。

（四）土的強(qiáng)度試驗(yàn)：包括直接剪切試驗(yàn)、反復(fù)直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)等。這些試驗(yàn)可為設(shè)計(jì)提供抗剪強(qiáng)度指標(biāo)參數(shù)(黏聚力、內(nèi)摩擦角)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、靈敏度等。用以計(jì)算地基、邊坡及擋土墻等的穩(wěn)定性，必要時(shí)用以計(jì)算地基承載力。

（五）土的化學(xué)性試驗(yàn)：包括黏土礦物鑒定、有機(jī)質(zhì)和鹽漬土試驗(yàn)等。黏土礦物成分是決定土的物理、化學(xué)性質(zhì)的重要因素；有機(jī)質(zhì)試驗(yàn)可測(cè)得土中的有機(jī)質(zhì)含量，供研究其特性或供施工選擇土料之用；鹽漬土指土中易溶鹽含量大于5％的土。隨著其含量多寡和類別的不同，土的物理力學(xué)性質(zhì)將有不同程度的改變，進(jìn)行鹽漬土試驗(yàn)，提供相應(yīng)的指標(biāo)，作為地基評(píng)價(jià)、采取工程措施或選料決策的依據(jù)。二、巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要任務(wù)是進(jìn)行常規(guī)力學(xué)指標(biāo)測(cè)試和巖體變形與破壞機(jī)理的分析與研究。巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：1.測(cè)定巖石的顆粒密度2.測(cè)定巖石的塊體密度3.測(cè)定巖石的吸水率與飽和吸水率4.測(cè)定巖石的靜力變形參數(shù)5.測(cè)定巖石的單軸抗壓強(qiáng)度6.測(cè)定巖石的抗拉強(qiáng)度7.測(cè)定巖石的剪切強(qiáng)度8.測(cè)定巖石的抗折強(qiáng)度9.測(cè)定巖石的點(diǎn)荷載強(qiáng)度10.測(cè)定巖石的動(dòng)力變形參數(shù)11.測(cè)定巖石三軸壓力條件下的強(qiáng)度與變形參數(shù)12.測(cè)定結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度參數(shù)三、巖土的原位測(cè)試技術(shù)原位測(cè)試一般是指在現(xiàn)場(chǎng)基本保持地籍圖的天然結(jié)構(gòu)、天然含水量、天然應(yīng)力狀態(tài)的情況下測(cè)定地基土的物理-力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的試驗(yàn)方法。通過這些方法測(cè)定地基土的物理力學(xué)指標(biāo)，進(jìn)而依據(jù)理論分析或經(jīng)驗(yàn)公式評(píng)定巖土的工程性能和狀態(tài)。有些巖土工程由于地質(zhì)條件復(fù)雜或者結(jié)構(gòu)條件與荷載條件復(fù)雜，難以用理論計(jì)算方法對(duì)土體的應(yīng)力-應(yīng)變的變化做出準(zhǔn)確的預(yù)計(jì)，也難以在室內(nèi)模擬現(xiàn)場(chǎng)地層條件和現(xiàn)場(chǎng)荷載條件進(jìn)行試驗(yàn)。這是，可以通過原位實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。原位測(cè)試不僅是巖土工程勘察與評(píng)價(jià)中獲得巖土體實(shí)際參數(shù)的最重要手段，而且是巖土工程監(jiān)測(cè)與檢測(cè)的主要方法，并且可用于施工過程中或地基加固處理后地基土的物理力學(xué)性質(zhì)及狀態(tài)的變化或檢測(cè)。巖土的原位測(cè)試又可以分為兩種，一種是作為獲取實(shí)際參數(shù)的原位實(shí)驗(yàn)，另一種則是作為提供施工控制和反演分析參數(shù)的原位監(jiān)測(cè)。（一）原位測(cè)試有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：1、避開了取土樣的困難，可以測(cè)定難以采取不擾動(dòng)試樣的土層的有關(guān)工程性質(zhì)；2、在原位應(yīng)力條件下進(jìn)行試驗(yàn)，避免采樣過程中應(yīng)力釋放的影響；3、實(shí)驗(yàn)的巖土體體積較大，代表性強(qiáng)；4、工作效率較高，可大大縮短勘探實(shí)驗(yàn)的周期。（二）原位測(cè)試盡管有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有一定的不足之處：1、各種原位測(cè)試都有其針對(duì)性和適用條件，如使用不當(dāng)則會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性；2、原位測(cè)試所得參數(shù)與圖的工程性質(zhì)間的關(guān)系往往是建立在統(tǒng)計(jì)關(guān)系上；3、影響原位測(cè)試結(jié)果的因素較為復(fù)雜，使得對(duì)策定制的準(zhǔn)確判定造成一定的困難；4、原位測(cè)試中的主應(yīng)力方向與實(shí)際巖土工程問題中多變的主應(yīng)力方向往往并不一致。（三）巖土工程中的原位測(cè)試技術(shù)可用于巖土工程的各個(gè)分支工程中，它貫穿于工程的各個(gè)階段，在不同的階段中有著不同的功能。巖土工程中的原位測(cè)試技術(shù)包含如下種類：1．基本測(cè)試技術(shù)：（1）載荷試驗(yàn)（平板、螺旋板）；（2）靜力觸探試驗(yàn)；（3）圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)；（4）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)；（5）十字板剪切試驗(yàn)；（6）旁壓試驗(yàn)；（7）現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)；（8）波速試驗(yàn)；（9）基樁的靜力測(cè)試和動(dòng)力測(cè)試；（10）錨桿抗拔試驗(yàn)；2．工程應(yīng)用：（1）巖土工程勘察；（2）地基基礎(chǔ)的質(zhì)量檢測(cè)；（3）基坑開挖的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)；（4）巖體原位應(yīng)力測(cè)試；（5）公路、隧道、大壩、邊坡等大型工程的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)。除上列種類外，近年來還發(fā)展起來一些新的原位測(cè)試技術(shù)。本講義分為9章，主要介紹載荷試驗(yàn)等通用（基本）測(cè)試技術(shù)。巖土工程原位測(cè)試技術(shù)是巖土工程的重要組成部分。無數(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，巖土的工程性質(zhì)試驗(yàn)成果和精度，會(huì)因其種類、狀態(tài)、試驗(yàn)方法和技巧的不同而有較大的出入。和室內(nèi)試驗(yàn)相比，原位測(cè)試的代表性好、測(cè)試結(jié)果精度較高，因而較為可靠。在巖土工程中，選用正確的參數(shù)遠(yuǎn)比選用計(jì)算方法重要，因而巖土工程的原位測(cè)試在巖土工程中占據(jù)了重要的地位。沈珠江院士認(rèn)為，可靠的土質(zhì)參數(shù)只能通過原位測(cè)試取得。近20年來，巖土工程原位測(cè)試技術(shù)受重視的程度愈來愈高，以全國(guó)性的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范和勘察規(guī)范為例，在《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》TJ7-74中只在附錄中列入了觸探試驗(yàn)與單樁靜載荷試驗(yàn)要點(diǎn)，而在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ7-89的附錄中則增加了地基土載荷試驗(yàn)要點(diǎn)、巖基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入和輕便觸探試驗(yàn)要點(diǎn)，與TJ7-74相比，原位測(cè)試的份量加重了，到了95年的《巖土工程勘察規(guī)范》，已將原位測(cè)試單獨(dú)列為了一章，包含了載荷試驗(yàn)等十種在勘察、設(shè)計(jì)階段常用的原位測(cè)試方法。由此可見，巖土工程原位測(cè)試技術(shù)的地位是愈來愈重要了。而且，巖土工程原位測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用范圍并不限于勘察設(shè)計(jì)階段，在施工和施工驗(yàn)收階段，原位測(cè)試也有重要的應(yīng)用。巖土工程多為隱蔽性工程，由于巖土性質(zhì)的復(fù)雜多變，加之結(jié)構(gòu)體與巖土體之間的相互作用難以把握，故巖土工程中發(fā)生事故的機(jī)率很大而且難于發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。因此，重視和強(qiáng)化巖土工程中的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)工作是十分必要的，而原位測(cè)試（檢測(cè)）是實(shí)際工作中最常用也是最直觀可靠的技術(shù)手段。四、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控就是以實(shí)際工程作為對(duì)象，在施工期及工后期對(duì)整個(gè)巖土體和地下結(jié)構(gòu)以及周圍環(huán)境，于事先設(shè)定的點(diǎn)位上，按設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行應(yīng)力和變形現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作主要包括三個(gè)方面內(nèi)容：1、對(duì)巖土所受到的施工作用、各類荷載的大小以及在這些荷載作用下巖土反應(yīng)性狀的監(jiān)測(cè)。2、對(duì)建設(shè)中或運(yùn)營(yíng)中結(jié)構(gòu)物的監(jiān)測(cè)。3、監(jiān)測(cè)巖土工程在施工及運(yùn)營(yíng)過程中對(duì)周圍環(huán)境的影響，比如對(duì)地基加固的檢驗(yàn)與檢測(cè)隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，不僅事先要選擇在地質(zhì)條件良好的場(chǎng)地上從事建設(shè)，而且有時(shí)也不得不在地質(zhì)條件良好的場(chǎng)地上從事建設(shè)，而且有時(shí)也不得不在地質(zhì)條件不良的地基上進(jìn)行修建。因此為了保證工程質(zhì)量，往往需要通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)加固效果進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)與檢測(cè)。因此現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試就成為地基加固的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試可以為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)；對(duì)施工過程進(jìn)行控制、檢驗(yàn)和指導(dǎo)；為理論研究提供試驗(yàn)手段。但是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試在地基加固過程中需要注意下列問題：加固后的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試應(yīng)在地基加固施工結(jié)束后經(jīng)一定時(shí)間的休止恢復(fù)后再進(jìn)行；為了有較好的可比性，前后兩次測(cè)試應(yīng)盡量由統(tǒng)一組織人員、用同一儀器、按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；由于各種測(cè)試方法都有一定的適用范圍，故必須根據(jù)測(cè)試目的和現(xiàn)場(chǎng)條件，選用最好的的方法；無論何種測(cè)試方法都有一定的局限性，顧應(yīng)盡可能采用多種方法，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。五、原型試驗(yàn)原型試驗(yàn)以實(shí)際地下結(jié)構(gòu)物為對(duì)象在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件下按設(shè)計(jì)荷載條件進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)構(gòu)具有直觀、可靠等優(yōu)點(diǎn)。通過原型試驗(yàn)可以進(jìn)一步驗(yàn)證工程勘察結(jié)果和設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性與可靠性。比如樁基礎(chǔ)的測(cè)試與檢驗(yàn)。樁基礎(chǔ)是一種應(yīng)用十分廣泛的基礎(chǔ)形式，樁基的質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)建筑物的安危。裝的施工具有高度的隱蔽性，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題難，事故處理更難，因此，樁基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)工作是整個(gè)樁基工程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，只有提高基樁的監(jiān)測(cè)評(píng)定結(jié)果的可靠性，才能真正保證樁基工程的質(zhì)量與安全。樁的靜荷載試驗(yàn)是確定單樁承載能力、提供合理設(shè)計(jì)參數(shù)以及檢驗(yàn)裝機(jī)質(zhì)量最直觀、最可靠的方法。近年來，我國(guó)的樁基檢測(cè)技術(shù)，特別是基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)得到了飛速發(fā)展。?；鶚兜膭?dòng)力測(cè)試，一般是在樁頂施加一激振能量，引起樁身的震動(dòng)，利用特定的儀器記錄下樁身的振