巖土測試技術

巖土工程測試技術總結報告．報告綜述本學期學習了《巖土工程測試技術》和《地基基礎測試新技術》兩門課程，通過學習，對這兩門課程有了一定的了解。巖土工程是利用土力學、巖體力學及工程地質學的理論與方法，為研究各類土建工程中涉及巖土體的利用、整治或改造問題而進行的系統(tǒng)性工作。而巖土工程測試技術可以從根本上保證巖土工程設計的精確性、代表性以及經(jīng)濟合理性的重要手段。在整個巖土工程中它與理論計算和施工檢驗是相輔相成的三個環(huán)節(jié)。巖土工程測試技術不僅在工程實踐中十分重要，而且在學科理論的研究與發(fā)展中也起著決定性作用。在《地基基礎測試新技術》這本書中，主要介紹了載荷試驗、靜力觸探試驗、旁壓試驗、標準貫入試驗和十字板剪切試驗等原位測試手段，都是確定地基土靜力特性的重要方法。另外地基土動力特性測試這一章節(jié)介紹了在實際工程中比較常用的場地土波速測試、場地地威振測試、場地土剛度系數(shù)測試和振動衰減測試等內容。另外，因為樁基礎是一種應用十分廣泛的基礎型式，所以樁的靜載荷試驗仍是確定單樁承載能力、提供合理設計參數(shù)以及檢驗樁基質量最基本、最重要的方法，另外還有基樁的動力測試。感覺這些測試手段都是些應用型很強的實驗方法，重在現(xiàn)場的學習！一．土的變形土的變形是巖土工程中最具有普遍意義的的問題之一，為了確保巖土工程的安全、經(jīng)濟而有效，我們必須掌握巖土的變形特性，并據(jù)以控制巖土工程設計與施工。所以按照林老師的要求，本章將著重介紹下土的變形土體在建筑物或構筑物等外荷載作用下將產(chǎn)生應力和變形，如果土體的變形過大，則會影響工程的正常使用，甚至會使土體發(fā)生整體破壞而喪失穩(wěn)定性。因此，在工程實踐中，必須弄清楚土體中各點應力的大小及分布規(guī)律，計算出土體

的沉降變形量，使土體的實際沉降變形量控制在上部結構安全和正常使用的允許范圍之內。土和其他彈性工程材料不一樣，變形特性隨著應力水平變化，并不是一個常量。但又和其他工程材料一樣，即土的變形（應變）與荷載強度（應力）常是一個問題的兩個方面，即嚴格的說，既沒有脫離強度的變形，也沒有不具備變形的強度。而是相互為用，即有時需要以一定的強度范圍來論述變形，但有時又需要以一定的變形來定義強度，所以兩者常是不可分割的。我們知道，如果在土體上施加一定的外力，則土體產(chǎn)生變形。由于作用力的方向不同，產(chǎn)生的變形也不同，有壓縮變形、拉伸變形和剪切變形。在剪切變形中，若施加的外力超過了土的抗剪強度，土體便會沿某一結合面滑動，而產(chǎn)生剪切破壞。圖1為上述破壞變形的形式。圖1土體的各種破壞變形（a）無側限壓縮破壞；（b）有側限壓縮破壞；（c）拉伸破壞；（d）扭轉破壞；（e）彎曲破壞土體的破壞大多為圖1（a）和（b）所示的兩種破壞形式，主要為壓縮破壞,有時也會產(chǎn)生局部拉伸破壞，如壩頂兩端產(chǎn)生張裂縫等。土得主要力學變形特性為:土得壓縮性土是可壓縮體,在靜壓力下土得孔隙比將從原有得狀態(tài)減少到新的孔隙比,孔隙比的減少說明土體的固體顆粒密實度的增加,壓力愈大,孔隙比減少愈多,土體密實。土的滲透性土是多相體，在一定的條件下，固體骨架間的流動會產(chǎn)生流動。土的滲透性和土中滲流對土體的強度和變形有重要影響，所以，壓縮性是地基設計中非常重要的指標。土的流變性在有效應力作用下，由于顆粒表面所吸附的水（氣）的粘滯性，顆粒的重新排列和骨架體的錯動具有時間效應，土體變形與時間有關；另一方面，有時土體變形受到邊界的約束，這種約束有抵銷蠕動變形的能力，因此土體內部應力必須調整，也于時間有關。4．土的剪脹性土體受力后會有明顯的塑性體積變形，而土體的塑性變形完全是由剪切造成的。一般緊密砂土，超固結黏土常出現(xiàn)體積膨脹（剪脹），而軟土，松砂常表現(xiàn)為體積收縮（剪縮）。彈塑性剪應變土體受剪產(chǎn)生剪應變，卸載后能恢復的剪應變從稱為彈性剪應變，不能恢復的稱為塑性剪應變，它與顆粒之間的相對錯動滑移相聯(lián)系。應變硬化和軟化土體應力隨應變增加而增加，直到達到極限強度而破壞，這種情況稱為土體應變硬化；反之，土體應力隨變形增加而上升，達到某一峰值后轉為下降，即應力降低，而應變卻增加，這種情況稱為土體應變軟化。應力路徑和應力歷史對變形的影響巖土材料存在較大的塑性變形，沿不同的應力路徑加荷，各階段的塑性變形增量不同，就有不同應變增量。換句話說，盡管初始和終了應力狀態(tài)相同，加荷的應力路徑不同，結果變形是不同的，這就是應力路徑對變形的影響。由于土體的變形破壞機理包含的各種復雜因素，故可將其概括為五個方面的影響：第一,應力方面，包括應力類型、應力水平和應力路徑的影響。第二，應變方面，包括彈性、塑性、加工硬化、加工軟化以及由此而產(chǎn)生的殘余強度和逐漸破壞等影響。第三，孔隙水方面，包括固結條件、凝聚力和內摩擦角隨含水量變化的影響。第四，加荷速率及受力時間方面，包括瞬時荷載、長期荷載、重復荷載荷振動作用下土體的瞬時強度、長期強度、蠕變荷動力反應等問題。第五，土體的不等向荷不均勻性所產(chǎn)生的影響。所以，土的變形并不能簡單地以彈性材料的虎克定律來表征，而是需要從土的孔隙比與外加壓力關系、固結過程、應力歷史、以及粘滯彈性等多方面來反映其變形特征。根據(jù)土體的變形和破壞機理的復雜性以及土力學計算理論中存在的問題，我們可以總結出以下結論，并要時刻的注意：1．目前還沒有任何一種土力學計算理論能在一次計算中概括土體的全部復雜性質。每一種理論都是在某些簡化假定的前提下建立的，而且，無論計算技術如何精確，實際上計算結果不可能超出其參數(shù)測定的精確程度。2．我們知道，在運用任何一種計算理論去分析土力學問題的同時，還需要考慮這種理論所未曾計入的其他因素及其影響，并進行綜合分析判斷。這里所建議的“綜合分析判斷”，應包括從不同角度用不同理論所進行的分析，并以大量工程實錄和各種試驗結果為參數(shù)所作出的判斷。3．為了能進行比較全面的綜合分析判斷，土力學工作者不僅需要有比較全面深入的理論知識，而且需要熟知大量的工程實錄資料和已有的實踐經(jīng)驗，包括前人的經(jīng)驗和自己的經(jīng)驗，這就得要求我們去研究相關的資料并積累自己的實踐經(jīng)驗。4．在各種設計規(guī)范的有關土力學部分，不僅對勘探、試驗和設計計算方法做了詳細的規(guī)定，而且還規(guī)定了適用范圍、容許應力和變形、許多具體的尺寸限制以及在不同條件下所要求的最小安全系數(shù)。這些規(guī)定都是在大量理論分析與實踐經(jīng)驗相結合的基礎上，由許多專家共同總結制定的，可以說是經(jīng)過許多工程考驗過并無失誤，因而是經(jīng)過綜合分析判斷的結果。但是，一般的規(guī)范只適用于普通中小型的工程設計，不適用特殊的或特大的工程。而且即便在普通中小型工程中，由于這樣或那樣的原因，或意料之外的事故，有時也會發(fā)生超出規(guī)范的例外情況。5．所以，在重要的巖土工程實踐中，應盡可能進行現(xiàn)場試驗和長期監(jiān)測，并根據(jù)實測的數(shù)據(jù)不斷反饋修正原有的設計參數(shù)和工程數(shù)量。這是保證工程質量的必要方法，也是提高參數(shù)精度和改進設計原理的重要途徑。三．土工試驗這學期我們做的試驗主要為室內試驗，包括用篩析法測定砂土的粒度成分，用環(huán)刀法測定土的天然密度，用烘干法測定土的天然含水量，用錐式儀法測定粘性土的液限含水率，用搓滾法測定粘性土的塑限含水率，砂土的最大與最小孔隙比的試驗，常水頭法滲透試驗，變水頭法滲透試驗，還有土的常規(guī)壓縮實驗，土的直接剪切試驗，其中接觸較多又比較重要的是土的靜三軸剪切試驗，下面我簡要介紹下三軸壓縮試驗。用三軸試驗測定土體的強度參數(shù)，有幾種不同方法。根據(jù)試驗過程中排水條件，通常分為不固結不排水剪（UU）、固結不排水剪（CU）和固結排水剪（CD）。試驗方法的選擇，要根據(jù)設計要求、土體的性質、施工速度、工程運用條件等決定。這學期我們大部分做的試驗都是不固結不排水剪，下面就著重講一下不固結不排水剪的原理。不固結不排水剪是對試樣施加圍壓g和軸向壓力P的過程中，均不允許試3樣排水。若試樣為完全飽和的，則施加的外力為孔隙水所承擔，土粒間的有效應力g'保持不變，因而強度不因圍壓G的增大而增加。盡管圍壓G大小不同，但33各莫爾圓的直徑都基本相同。故強度包絡線近似水平，①=0。如試樣為非飽和土，則隨圍壓G的增加，試樣密度也相應增加，相應的莫爾圓直徑也增大，強3度包絡線為傾斜線①工0。UU試驗所測得的強度參數(shù)是天然土層（或人工填土）的含水率保持不變時的參數(shù)。圖2是我們2005年上學期所作的其中一個UU試驗的強度包絡線，圖中水平實線是以總應力表示的強度包絡線。按摩爾—庫侖方程，強度表示為：t=c+tan①uu從圖2中可知，c=104.60,①=2.10°若在試驗中測定孔隙壓力u,則有效大主應力和有效小主應力分別為b'二b11—u,b'=b—u,而有效主應力差為b'—b'=(b—u)—(b—u)=b—3313131b,實際保持不變。3我們做過多次的三軸試驗,發(fā)現(xiàn)了三軸試驗和直接剪切試驗以及其他試驗相比有優(yōu)點也有它的不足之處,我們查閱資料總結出三軸試驗的優(yōu)點有：應用范圍較廣,可用以測定土的強度參數(shù)、應力變形參數(shù)、土的消散系數(shù)、靜止側壓力系數(shù)及滲透系數(shù)等,三軸試驗適用各種土類,如原狀土、重塑土的黏性土及沙礫等；對于有結構面的土,如裂縫土,它能較真實的反映土的應力應變特性；它還可以根據(jù)工程設計的施工和運用條件控制排水,測定孔隙壓力,較可靠的測定試驗過程中試樣的體積變化。許多實際工程的資料表明,用三軸試驗所測定的強度參數(shù),如c、①，靜止側壓力系數(shù)K，孔隙壓力消散系數(shù)C及滲透系數(shù)k比其他試驗0V方法所測得的計算參數(shù)更為合理、可靠，能較真實地反映土地性質。另外，三軸試驗也有它的不足之處：試驗過程中施加地應力是軸對稱的，即b二b；而大多數(shù)的實際工程則是近似平面問題，如土石壩、路堤、擋土墻、23隧道、房屋基礎等，因而與實際的應力狀態(tài)有差別，其中主應力(b)不能變2化，不能模擬平面應變條件，主應力方向不能逐漸改變。試樣的末端如不能采取減少摩擦的措施，則受到約束，從而影響應力、應變、體積變化及孔隙壓力之間的關系。還要說明的是，三軸試驗做一次試驗要一個小時左右，而一個圖樣做下來就要以上午或一下午，很費時間；而且試驗操作復雜，需要有試驗技術熟練的人員操作，因而試驗結果的質量與試驗人員的技術水平有很大關系。后期試驗數(shù)據(jù)的處理也需要專業(yè)人員重新處理下，因為在試驗中由于這樣或那樣的原因，可能回出現(xiàn)失誤，必須要在后期及時調整，這就要我們觀察圖樣并根據(jù)專業(yè)知識進行判斷，從而對數(shù)據(jù)做下調整。從我們的試驗室以及三軸設備來說，三軸的儀器設備較直剪儀或固結儀復雜且費用較高，還需要經(jīng)常維護，定期的檢查。盡管三軸試驗有這樣或那樣的不足，但是對于許多實用目的而言，三軸試驗的優(yōu)點遠大于其缺點。根據(jù)我們做過的工程實例，一些重要的工程問題中，試驗室試驗結果和現(xiàn)場穩(wěn)定性探測之間的關系都能很好的符合。任何室內試驗都要和實際相結合，三軸試驗也不例外，而從做過汕頭某些工程的土樣我們可以看出，UU試驗方法通常適用于滲透性低的飽和黏性土，如原狀黏性土、粉土等，測定其天然土層的現(xiàn)有強度或重塑土的靈敏度或與室內模型試驗土的強度。除了裂縫土、壓實的粉土以外，這類土的強度（b-G）隨G133的變化不明顯。對于具體工程而言，如施工期很短，土體來不及固結排水，如在軟土地基上快速施工的堤壩、路基、碼頭、房屋或油庫等，分析其穩(wěn)定性時，如用總應力分析法，則應用UU試驗，測定其c,