第一篇：73098_巖土工程中的預測與預算

0巖土材料是天然的地質(zhì)歷史的產(chǎn)物，它一般是碎散的、不連續(xù)或部分連續(xù)的介質(zhì)。材料性質(zhì)十分復雜；具有極大的時空變異性。在巖土工程中，其地基或者巖土環(huán)境幾乎不可能完全探知；邊界條件和操作過程也有很大的影響。因而巖土工程問題具有很強的不確定性。這種不確定性包括互補率的破缺，即非此非彼的情況，是屬于模糊判斷的課題。另一方面是因果率的破缺，亦即因果關系的不確定性，一因多果。是屬于概率、數(shù)理統(tǒng)計和混沌學的范疇。所以對于這樣一個復雜的對象和眾多的影響因素，準確的定量的預測和預算是相當困難的。依靠純理論和技術技巧預測往往不成功，而經(jīng)驗的判斷是不可缺少的。土以碎散的顆粒為骨架，由固、液、氣三相物質(zhì)組成；在其由巖石風化的生成、搬運和沉積過程中幾經(jīng)滄桑，形成了不同于其他材料的復雜的力學性質(zhì)，而不同時空條件下土的性狀也各不相同。所以盡管已提出的土的本構關系理論數(shù)學模型不下百種，動用了傳統(tǒng)力學和現(xiàn)代力學的各種理論和手段，但是到目前為止，還沒有一種為人們所公認的，能夠準確、全面反映各種土的應力應變關系的數(shù)學模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。在計算機和計算技術基礎上發(fā)展起來的，以有限元為代表的數(shù)值計算是解決邊值問題的強有力的手段。當用來計算彈性體時其精確程度令人嘆為觀止。其計算結(jié)果與光彈試驗結(jié)果毫厘不差，結(jié)果光彈試驗很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數(shù)值計算中首先被假設為連續(xù)體，然后被離散化，假設各單元間的結(jié)點位移協(xié)調(diào)，計算土體的應力變形關系。這常常不能反映土的變形的微觀機理。以DDA（Discontinuous Deformation Analysis）為代表的離散單元計算方法在計算某些農(nóng)產(chǎn)品（如谷類）和工業(yè)零件（如滾珠）時是相當成功的。以至被稱為“數(shù)值試驗”可以精確地代替模型試驗。在定性地探索土的變形的微觀機理時，也是很有價值的。但是用以描述由不同尺寸、不同形狀、不同礦物成分的顆粒組成的土，反映不同三相成分及其物理、化學和力學的相互作用，即使是可能，恐怕也是相當遙遠的事。數(shù)學模型和數(shù)值計算預測的另一個難點是土的參數(shù)的選取，它受到取樣（制樣）和試驗手段的限制。原狀土在取樣過程中不可避免地受到擾動和發(fā)生應力釋放，會破壞其結(jié)構性。即使是重塑土試樣，制樣的方式、器具和操作程序的差別也嚴重影響試驗的結(jié)果。另一方面，目前使用的土工試驗儀器也存在局限性。以真三軸儀為例，由于邊界之間的干擾，試樣的應力和應變的均勻是很難保證的。在對地基和土工建筑物的探測方面，土層的時空變異及人類活動給勘探測試及其結(jié)果的判釋造成困難。除此以外，巖土工程中的復雜邊界條件和施工過程中的諸多因素也嚴重影響工程的實際結(jié)果。在我國每年發(fā)表和撰寫了大量的論文和報告，提出了各種理論、模型、計算方法、計算程序和技術手段，常常伴以試驗或者實測數(shù)據(jù)的驗證，其結(jié)果也常常是“符合得很好”。自己的試驗或觀測證實了理論或者方法的完美，正是：“各夸自家顏色好，百花園中各稱王。” 這種結(jié)果的可信性很值得懷疑。筆者在評閱一些論文和成果時，對于那些二者符合得完美到天衣無縫的圖與曲線，常常懷有很大的不信任感；而對于存在相當差別，甚至坦率地承認預測的不成功的情況，則是完全理解的?？上Ш笳咻^少。近年來，主要在國外進行了多次的“考試”或者“競賽”活動：首先委托一個（或幾個）單位進行所謂的“目標試驗”，亦即需要預測或者預算的試驗或?qū)嵗?。其結(jié)果是保密的，或者預測前不做試驗，預測以后在試驗。事先公布有關的土的一般資料、基本試驗的數(shù)據(jù)（為確定有關參數(shù)）和目標試驗的應力（應變）路徑。在全世界或者一定范圍征求參賽者（參加目標試驗的人不參賽）。全部預測結(jié)果上交以后，公布試驗結(jié)果。一般是召開研討會，評估或者評分。參賽者也常常進行申辯和總結(jié)。這是一種客觀、公正和有權威性的檢查比較方式。也是推動巖土工程發(fā)展的十分有益的活動和手段。它使我們認識到在巖土工程領域，我們的認識能力和預測能力到底有多高。試驗方法和設備的檢驗比較1.不同儀器的相同試驗的檢驗1982年在法國Grenoble召開的“土的本構關系國際研討會”上①，用劍橋式的立方體真三軸儀分別由德國的Karlsrube大學和法國的 Grenoble大學對同樣的砂土和粘性土進行復雜應力路徑和應變路徑的真三軸試驗，兩份試驗結(jié)果是存在著差別的。由于使用的儀器與土料都是相同的，差別主要源于操作

方法和技巧。1987年在美國克里夫蘭召開的“非粘性土的本構關系國際研討會”上②，利用美國Case大學的空心圓柱扭剪儀和法國Grenoble大學的劍橋式立方體真三軸儀進行砂土的相同應力路徑的試驗。試驗內(nèi)容包括：（1）b＝不同常數(shù)的不同密度兩種砂土的真三朝試驗；其中，b=（σ1-σ2）／（σ1-σ3）（2）在π平面上應力路徑為圓周（兩周）的的真三軸試驗。（b=常數(shù)的真三軸試驗與空心圓柱試驗的比較）表示了對于Hostun密砂（干密度ρd＝1.65g/cm3）在b＝不同常數(shù)，中主應力ρ2=500kPa保持不變，用兩種儀器試驗得到的軸向應力與軸向應變關系曲線，軸向應變和體應變的關系曲線?？梢娫赽=0和 0.28時，不同儀器試驗結(jié)果的差別是很大的。但是在評價它們時，主持者說：對于軸應變，除了0.286的結(jié)果很差（very poor）以外，其他的曲線符合的很好（very well）；（b.體應變εv與軸向應變εz間試驗曲線）的曲線認為符合得很優(yōu)良（excellent）。對比我們的一些論文中理論與實際曲線二者絲絲入扣的符合，就顯得很不真實。在這兩個試驗中試樣的破壞形態(tài)也有很大不同：空心圓柱試樣發(fā)生頸縮；立方體試樣產(chǎn)生V形的剪切帶。這些差別可能是由于試樣的制樣方法不同，試樣中的實際應力分布不同和試驗中的邊界條件不同引起的。2.土工離心機模型試驗1986年由歐洲共同體資助，發(fā)起“土工離心機的合作試驗”③。參賽者有三家：英國的劍橋大學、法國的道橋中心研究室和丹麥的工程院。試驗的內(nèi)容是模擬飽和砂土地基上的圓形淺基礎的承載力和荷載—沉降關系。試驗土料統(tǒng)一為巴黎盆地天然沉積的一種均勻石英細砂。模型地基的孔隙比規(guī)定為e=0.66（相對密度 Dr=86％），規(guī)定圓形基礎的模型尺寸為直徑D=56.6mm，離心加速度＝28.2g，基底完全粗糙。此前，由丹麥巖土研究所對于這種土進行了物性試驗和三軸試驗，其結(jié)果公布于眾。要求荷載—沉降關系表示成無量綱的變量q/γˊnb-s/b公關系曲線。其中：q=基礎上施加的荷載（kPa）γˊ=乙土的浮容重（kN-m3）n=重力加速度水平，即模型比尺b=模型基礎的尺寸（m）s=基礎的中心垂直沉降（m）同時也進行了相同條件下的現(xiàn)場載荷試驗，以便與模型試驗結(jié)果對比。這三家使出了渾身解數(shù)，精心制樣、安裝、運轉(zhuǎn)和量測，反復摸索，反復校驗，校正各種參數(shù)和影響因素。劍橋大學還在離心機上作了靜力觸探試驗。最后，劍橋大學提交了一組試驗結(jié)果，另外兩家按要求給出了一條曲線。圖2（圓形天然淺基礎的試驗荷載-沉降關系曲線）表示了其試驗結(jié)果，其中劍橋大學是筆者選取的最接近于要求的條件的試驗結(jié)果（e＝0.664）?？梢?，這種世界先進水平的土工離心模型試驗的誤差在±30%以上。值得提出的是，這是一種條件非常簡單明確的模型試驗。而現(xiàn)場的工程實際情況的條件和影響因素遠比這復雜。在這個試驗中，加載速率、模型地基砂的密度、制樣方法和運行程序?qū)υ囼灲Y(jié)果都有影響。例如劍橋大學的試驗表明，砂土的孔隙比變化0.01（相當于相對密度變化3％），則其承載力變化18％，如圖3（地基承載力與模型地基孔隙比間關系—劍橋大學試驗結(jié)果）所示。而由于模型地基是先制樣，后運轉(zhuǎn)，保證地基內(nèi)砂土處處均勻，孔隙比誤差在0.01范圍內(nèi)是有較大難度的。3.單樁的動測法的考試1992年在荷蘭海牙進行了一次動測樁的“考試”④。在第一輪，10根預制樁預先被沉入地基，樁徑250mm，樁長18m（7#樁17m）。要求測出其預制的“缺陷”。其中一根樁完整無缺；其余的9根樁各有缺陷：頸縮、擴徑和在不同部位的10mm寬，130mm深的刻槽。事先由特爾夫公司進行了地基勘察，將土層資料公布于眾。有12家具有國際聲譽的公司參賽，用小應變動測法檢測。結(jié)果是：平均測對4根；最多對7根，最少對兩根。沒有一家測出那根完整無損的樁。他們認為對于只有10mm寬的缺痕很難分辨。第二輪是沉入11.5m-19m長的5根樁，然后用靜載荷試驗測出極限承載力。10家公司用大應變動測法測試其極限承載力。其結(jié)果也不樂觀。比如，由靜載試驗為340kN的一根樁，各家給出的結(jié)果分布在90kN-510kN的范圍。4.堤防隱患檢測的“大比武”我國目前有各類堤防25萬公里，很多已具有幾百年的歷史。是民堤逐年加高培厚或者在汛期搶修形成的。地質(zhì)條件及堤身土料和質(zhì)量千差萬別，隱患很多。1998年洪水期間發(fā)生的許多險情和決口都是由于滲透通道形成的管涌和蟻穴鼠洞、裂隙異物和局

部疏松土體等造成的。為此水利部和防汛辦于1999年3月在湖南宜陽召開了“堤防隱患綜合檢測技術檢驗會”也北被稱為“大比武”。有我國的十幾家科研院所、大專院校和少數(shù)廠家（包括美國的勞雷公司）參加。檢測堤段位于宜陽的一段廢堤上。每個參賽的檢測方法負責200米堤段，時間是兩小時。幾處“隱患”是事先人工布置的，埋設了稻草、鋼管，模擬蟻穴和鼠洞。一般在兩米深范圍內(nèi)。人們使用的測試手段包括：高密度電阻率法、瞬變電磁法、地震波法、彈性波法和探地雷達等。這些方法都有一定的分辨率限制，即分辨尺寸與深度之比一般是相對固定的。因而兩米深的隱患的檢測不應算是難題。檢測結(jié)果聘請有關專家評審，打分。圖4（堤防隱患的檢測結(jié)果評分）所給的分數(shù)只是相對的。組織者對于測試結(jié)果是不滿意的。參賽者各自對其結(jié)果的誤差的原因進行了解釋。針對這種結(jié)果，水利部斥資幾百萬，開展專題研究，目標是“傻瓜”式的快速檢測儀器和方法。關鍵問題可能是要結(jié)合各地具體情況和長期的抗洪防汛經(jīng)驗，因地制宜，積累資料和經(jīng)驗，合理判釋，儀器才會發(fā)揮作用。很難想象，可以身背“傻瓜機”，走遍天下都會靈驗。土的本構關系的檢驗80年代以來，關于土的本構關系的“考試”至少進行了3次。1980年美國和加拿大召開了“巖土工程中極限平衡、塑性理論和一般的應力應變關系北美研討會”⑤。會前用兩種天然粘土、一種重塑的高嶺粘土和渥太華砂進行了一系列試驗。試驗包括：平均主應力p=常數(shù)的三軸試驗，b＝常數(shù)的真三軸試驗砂土在π平面上應力路徑為圓周的真三軸試驗天然粘土大主應力方向與其沉積方向成不同角度的三軸試驗。事先將土的物性參數(shù)和基本試驗的結(jié)果公開提供。然后在全世界范圍征求參賽者。參加預測的有個不同國家的17個本構模型。從給出的結(jié)果看，軸向應力應變關系（σ1-σ3）~ε1預測的精度一般尚可；體應變預測的精度差別很大。對于應力路徑在π平面上為圓周的情況，許多模型無能為力。由于原狀土的各向異性，對于其循環(huán)加載和超固結(jié)性狀很難預測，只有少數(shù)模型參加了預測。結(jié)果表明，沒有一個模型能夠合理地預測所有的試驗情況。正如會議主席Finn所說：“沒有給任何一個本構模型戴上王冠”。這也是符合當前的土力學理論發(fā)展的現(xiàn)狀的。1982年在法國召開了“土的本構關系國際研討會”人們用不同的理論模型對砂土和粘土的復雜應力路徑和應變路徑的試驗結(jié)果進行了類似的預測。如上所述，也對試驗本身進行了檢驗⑥。1987年在美國克里夫蘭召開了“非粘性土的本構關系國際研討會”⑦。會議征求對真三軸試驗和空心扭剪試驗結(jié)果用理論模型進行預測。共有世界各國的32個土 [1] [2]

第二篇：巖土工程

巖土工程

巖土工程是在土木工程實踐中建立起來的一種新的技術體制。巖土工程是以求解巖體與土體工程問題，包括地基與基礎、邊坡和地下工程等問題，作為自己的研究對象。

巖土工程專業(yè)是土木工程的分支，涉及巖石、土、地下水的部分稱巖土工程。是運用工程地質(zhì)學、土力學、巖石力學解決各類工程中關于巖石、土的工程技術問題的科學。

在某些時候，會建造一些臨時性建筑。然而正因為這些建筑是臨時性的，為了追求經(jīng)濟效益，人們往往會盡可能減少投資。人們總是希望臨時建筑物在不需要它的時候可以很容易的清除，所以人們就在倒塌與建成這之間的一個極值點徘徊。這也造就了一個臨時建筑物建成了，然而下一個人們就會減少投資，直到出現(xiàn)了事故，然后再加大投資，這樣的一個循環(huán)。這就是問題的所在，導致了臨時建筑存在了很大的安全隱患。許多的事故也是這樣發(fā)生的。這需要引起 我們的重視，在經(jīng)濟效益與人的生命這兩個選擇中，我們應該毫不猶豫的選擇人的生命，因為這是最重要的。因此這也要求巖土工程師具有豐富的經(jīng)驗。

巖土工程研究的對象是巖體和土體。巖體在其形成和存在的整個地質(zhì)歷史過程中，經(jīng)受了各種復雜的地質(zhì)作用，因而有著復雜的結(jié)構和環(huán)境。而不同地區(qū)的不同類型的巖體，由于經(jīng)歷的地質(zhì)作用過程不同，其工程性質(zhì)往往具有很大的差別。所以巖土工程師具有很強的地域性，在一個地方干過的巖土工程師到了一個新的地方必須從頭干起，先到工地干幾年，積累經(jīng)驗然后才能進行理論設計。巖土工程是一門應用科學，在巖土工程分析時不僅需要運用理論知識，還需要應用工程師的經(jīng)驗，才能獲得滿意的結(jié)果。所以對于巖土工程師來說經(jīng)驗是很重要的一部分。

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第三篇：巖土工程

濕陷性黃土：是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節(jié)理，在天然濕度下，其壓縮性較低，強度較高，但遇水侵濕時，土強度顯著降低，在附加壓力或在附加壓力與土的自重壓力下引起的濕陷變形，是一種下沉量大、下沉速度快的失穩(wěn)性變形，隊建筑物危害性大。紅黏土：指的是我國紅土的一個亞類，即母巖為碳酸鹽巖系經(jīng)過濕熱條件下的紅土作用形成的高塑性黏土這一特殊土類。紅黏土的工程地質(zhì)性質(zhì)特征：高塑性和分散性，高含水率低密實度，強度較高壓縮性較低，具有明顯的收縮性膨脹性輕微。

混合土：由細粒土和粗粒土混雜且缺乏中間粒徑的圖應定為混合土。多年凍土：含有固態(tài)水且凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)2年或2年以上的土。膨脹巖土：含有大量親水礦物，濕度變化時有較大體積變化，變形受約束時產(chǎn)生較大內(nèi)應力的巖土。鹽漬巖土：眼途中易熔鹽含量大于0.3%，并具有溶陷，鹽脹，服飾等工程特性時，應判定為鹽漬土。風化巖：巖石在風化營力作用下，其結(jié)構、成分混合性質(zhì)已產(chǎn)生不同程度的變異，應定名為風化巖，已完全風化成土的而未搬運的應定名為殘積土。

污染土：由于之污染物質(zhì)侵入的改變了物理力學性質(zhì)狀的土。（松散巖土中的空隙、堅硬巖石中的裂隙、可溶巖石中的溶穴）

上層之水：分布在包氣帶中局部隔水層或若隔水層之上具有自由水面的重力水。潛水：地表以下第一個穩(wěn)定隔水層或滲透性極弱的巖土層之上具有自由水面的地下水。承壓水：充滿在每個隔水層之間的水層中具有承壓性質(zhì)的地下水

試坑滲水試驗適合用于測定包氣帶 非飽和巖土層的滲透系數(shù)。常用的試驗方法有試坑法 單環(huán)法 雙環(huán)法。

地下水對深基坑工程的影響：1.惡化基坑開挖和施工條件2.易發(fā)生突涌、流沙管涌等不良現(xiàn)象3.軟土基坑周圍土質(zhì)，減低基坑周圍巖土體的強度，易造成坑壁變形，坑坡失穩(wěn)，坍塌甚至整體滑移等事故。4.增大支

護結(jié)構上的壓力。

場地地質(zhì)條件主要是指巖土的透水性和含水量。

工程地質(zhì)測繪可分兩種：一種是全面查明工程地質(zhì)條件為主要的綜合性測繪，一種是對某一工程地質(zhì)要素進行調(diào)查的專門性測繪。所謂測繪精度：指野外地質(zhì)現(xiàn)象觀察，描述及表示在圖上的精確程度和詳細程度。

野外工作應包括一下內(nèi)容：1.檢查解譯標志2.檢查解譯成果3.檢查外推結(jié)果4.對室內(nèi)難以獲得的資料進行外補充。

工程地質(zhì)測繪與調(diào)查成果資料包括：1.工程地質(zhì)測繪實際材料圖2.綜合工程地質(zhì)圖或工程分區(qū)圖3.綜合地質(zhì)柱狀圖4.工程地質(zhì)剖面圖5.各種素描照片和文字說明。鉆探工作中巖土工程勘查技術人員主要做三方面工作1.編制作為鉆探依據(jù)的設計書2.鉆探過程中進行巖心觀測編錄3.鉆探后進行資料的內(nèi)業(yè)整理。

坑探：有地表向深處挖掘坑槽或坑洞，以便地質(zhì)人員直接深入地下了解有關地質(zhì)現(xiàn)象或進行試驗等使用的地下勘探工作。

靜力觸探試驗：用靜力勻速將標準規(guī)格的探頭壓入土中，利用探頭內(nèi)的力傳感器同是通過電子測量儀器將探頭受到的灌入阻力記錄下來。圓錐動力觸探試驗：用一定質(zhì)量的重錘以一定高度的自由落距將標準格的圓錐形探頭灌入土中。根據(jù)打入土中一定距離所需的錘擊數(shù)，判斷定土的力學特性具有勘查和測試的雙重功能。

場地工程地質(zhì)的分類（簡單、中等復雜、復雜場地）

黃土濕陷性評包括全新世黃土晚更新世馬蘭黃土、部分中更新世離石黃土的土層，場地和地基三個方面。濕陷性黃土包括非自重濕陷性黃土、自重濕陷性黃土。（當濕陷系數(shù)值小于0.015時為非濕陷性黃土。）防止和減小建筑物地基沁水濕陷措施可分為地基處理、防水措施、結(jié)構措施。

軟土：天然孔隙比大于1.0，且天然含水量大于液限的細土粒土應判定為軟土。（淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土）

填土：根據(jù)物質(zhì)組成和堆填方式（素填土、雜填土、沖填土、壓實填土）鹽漬巖分為石膏鹽漬巖、芒硝鹽漬巖。

污染土場地包括：可能受污染的擬建場地、受污染的擬建場地、受污染的已建場地。

巖土中的空隙類型：松散巖土中的空隙、堅硬巖石裂隙、孔融巖石中的溶穴。

包氣帶自上而下可分為土壤水帶、中間水帶、毛細水帶。

地下水按埋藏條件分為：上層滯水、潛水、承壓水。按賦存的孔隙類型：孔隙水、裂隙水、巖溶水。水文地質(zhì)參數(shù)：反應地層水文地質(zhì)特征的數(shù)量指標（滲透系數(shù)K、導水系數(shù)T、給水度u、釋水系數(shù)S/越流和越流系數(shù)Ke、越流因素B）滲水試驗的方法：試坑法、單環(huán)法、雙環(huán)法。

壓水試驗分類：按階段劃分為：（分段壓水試驗綜合壓水試驗 全孔壓水試驗）按壓力點劃分為（單點 三點 和多點壓水試驗）按試驗壓力分為：（低壓壓水試驗 高壓壓水試驗）按加壓方式分為(水柱壓水試驗 自流式壓水試驗 機械法壓水試驗)。工程地質(zhì)測繪：綜合性測繪、專門性測繪。工程地質(zhì)測繪比例尺取決于勘察階段、建筑類型、規(guī)模和工程地質(zhì)條件的復雜程度。

物探的一般工作程序：接受任務、搜集資料、現(xiàn)場踏勘、編制計劃、方法試驗、外業(yè)工作、資料整理、提交成果。

成果報告應附的圖件：勘探點平面布置圖、工程地質(zhì)柱狀圖、工程地質(zhì)剖面圖、原位測試成果圖表、室內(nèi)試驗成果圖表。

工程地質(zhì)測繪與調(diào)查的成果資料應包括【工程地質(zhì)測繪實際材料圖】【綜合工程地質(zhì)圖或工程地質(zhì)分區(qū)圖】【綜合地質(zhì)柱狀圖】【工程地質(zhì)剖面圖】及【各種素描圖、照片和文字說明】。

濕陷性黃土的勘查重點：1.黃土地層的時代、成因2.濕陷性黃土層的厚度3濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)、濕陷起始壓力隨深度的變化4場地濕陷類型和地基濕陷等級的平面分布

5變形參數(shù)和承載力6地下水等環(huán)境水的變化趨勢7其他工程地質(zhì)條件。混合土勘查重點：1.成因、物質(zhì)來源及組成成分形成時期2.是否具有濕陷性、膨脹性3.與下浮巖土的接觸情況及接觸面的坡度和坡向4.是否存在崩塌不良地質(zhì)現(xiàn)象5.當?shù)乩没旌贤磷鳛榻ㄖ锏鼗⒔ㄖ牧系慕?jīng)驗以及各種有效的處理措施。填土的勘查重點：1.搜集資料，調(diào)查地形和地物的變遷，填土的來源、堆積年限和堆積方式2.查明填土的分布 厚度 物質(zhì)成分 均勻性，含水量等3調(diào)查有無暗塘 滲井及古墓的存在4查明地下水的水質(zhì)對混凝土的腐蝕性和相鄰地表水體的水力聯(lián)系。

風化巖和殘積土的重點：1母巖地質(zhì)年代和巖石名稱2巖石的風化程度3巖脈的風化花崗巖中球狀風化體的分布4巖土的均勻性 破碎帶和軟弱夾層的分布5地下水的賦存狀況及其變化。

軟土的探察重點：1軟土的成因、成層條件、分布規(guī)律、層理特征、可作為淺基礎 深基礎持力層的地下硬土層或基巖的埋藏條件2軟土地區(qū)微地貌形態(tài)與不同性質(zhì)的軟土層分布有內(nèi)在聯(lián)系，查明其分布范圍和埋藏深度3軟土固結(jié)歷史，強度和變形特征隨應力水平的變化，以及結(jié)構破壞對強度和變形的影響4地下水對基礎施工的影響5在強地震區(qū)對場地的地震效應做出鑒定6當?shù)氐墓こ探?jīng)驗。

混合地工程地質(zhì)調(diào)查的重點：1混合土的成因 物質(zhì)來源及組成成分以及其形成時期2混合土是否具有濕陷性和膨脹性3混合土與下伏巖土的接觸情況以及接觸面的坡度和坡向4混合土中是否存在滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象5當?shù)乩没旌贤磷鼋ㄖ锏鼗?、材料的?jīng)驗及有效的處理措施。

紅黏土的主要特征有哪些？(1)成分、結(jié)構特征：紅黏土的顆粒細而均勻，黏粒含量很高，尤以小于0.002mm的細黏粒為主。礦物成分以粘土礦物為主(2)紅黏土的工程地質(zhì)性質(zhì)特征①高塑性和分散性 ②高含水率、低密實度②強度較高，壓縮性較低。④具有明顯的收縮性，膨脹性輕微

地下水對基坑工程的影響①惡化基坑開挖和施土條件。②易發(fā)生突涌、流沙、管涌等不良現(xiàn)象。②軟化基坑周圍土質(zhì)，降低基坑周圍巖土體的強度，易造成坑壁變形、坑坡失穩(wěn)、坍塌甚至整體滑移等事故。④增大支護結(jié)構上的壓力。

工程地質(zhì)勘探的主要任務是：1）探明地下有關的地質(zhì)情況，揭露并劃分地層、量測界線，采取巖土樣，鑒定和描述巖土特性、成分和產(chǎn)狀。2）了解地質(zhì)構造，不良地質(zhì)現(xiàn)象的分布、界限、形態(tài)等，如斷裂構造、滑動面位置等。3）為深部取樣及現(xiàn)場試驗提供條件。4）揭露并測量地下水埋藏深度，采取水樣供實驗室分析，了解其物理化學性質(zhì)及地下水類型5）利用勘探坑孔可以進行某些項目長期觀鍘以及不良地質(zhì)現(xiàn)象處理工作。

巖土工程分析評價包括下列內(nèi)容：1）場地的穩(wěn)定性與適宜性2）為巖土工程設計提供場地地層結(jié)構和地下水空間分布的幾何參數(shù)3）預測擬建工程對現(xiàn)有工程的影響，工程建設產(chǎn)生的環(huán)境變化以及環(huán)境變化對工程的影響。4）提出地基與基礎方案設計的建議。5）預測施工過程可能出現(xiàn)的巖土工程問題以及解決方法，并提出相應的防治措施和合理的施工

工程地質(zhì)測繪和調(diào)查，宜包括下列內(nèi)容：1）查明地形、地貌特征，地貌單元形成過程及其與地層、構造、不良地質(zhì)現(xiàn)象的關系，劃分地貌單元。2）巖土的性質(zhì)、成因、年代、厚度和分布。對巖層應查明風化程度．對土層應區(qū)分新近堆積土、特殊性土的分布及其工程地質(zhì)條件3）查明巖層的產(chǎn)狀及構造類型、軟弱結(jié)構面的產(chǎn)狀及其性質(zhì)，包括斷層的位置、類型、產(chǎn)狀、斷距、破碎帶的寬度及充填膠結(jié)情況．4）查明地下水的類型、補給來源、排泄條件、井、泉的位置、含水層的巖性特征埋藏深度、水位變化及其與地表水體的關系等。5）搜集氣象、水文、植被、土的最大凍結(jié)深度等資料，調(diào)查最高洪水位及其發(fā)生時間、淹沒范圍。6）查明巖溶、土洞、滑坡、泥石流、崩塌、沖溝、斷裂、地震震害和岸邊沖刷等不良地質(zhì)現(xiàn)7）調(diào)查人類工程活動對場地穩(wěn)定性的影響，包括人工洞穴、地下采空、地震等。8）建筑物變形和建筑經(jīng)驗。簡述工程地質(zhì)勘查中的方法和技術手段的種類。（1）工程地質(zhì)測繪（2）工程地質(zhì)物探及勘探（3）工程地質(zhì)室內(nèi)實驗（4）工程地質(zhì)野外試驗（5）工程地質(zhì)長期觀測（6）勘察資料的室內(nèi)整理

工程地質(zhì)勘查的基本任務具體有哪些？1）查明建筑地區(qū)的工程地質(zhì)條件，指出有利和不利條件。2）分析研究與建筑有關的工程地質(zhì)問題，作出定性評價和定量評價，對建筑物的設計和施工提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。3）選出工程地質(zhì)條件優(yōu)越的建筑場地。4）配合建筑物的設計與施工，提出關于建筑物類型、結(jié)構、規(guī)模和施工方法的建議5）為擬定改善和防止不良地質(zhì)條件的措施提供地質(zhì)依據(jù)6）預測工程興建后對地質(zhì)環(huán)境造成的影響，制定保護地質(zhì)環(huán)境的措施

第四篇：：淺談巖土工程勘察中的技術問題與措施

淺談巖土工程勘察中的技術問題與措施

摘 要:闡述了在巖土工程勘察中存在的主要技術問題包括界面劃分、地質(zhì)形態(tài)，巖石參數(shù)以及人員素質(zhì)等，并對存在的技術問題提出了要求做好綜合應用勘察手段和加強巖土測試新技術的應用等工作。

關鍵詞:巖土工程；勘察；技術問題；措施

自20世紀80年代以來,我國開始實施巖土工程勘察體制。與地質(zhì)勘察工程相比，巖土工程勘察任務不僅要正確反映場地和地基的工程地質(zhì)條件，還應結(jié)合工程設計、施工條件進行技術論證和分析評價，并服務于工程建設。

巖土工程勘察的對象主要是地面以下的地質(zhì)體,難以直接觀察和檢查。大多數(shù)巖土體是非均質(zhì)、各向異性的，且受力狀態(tài)復雜,巖土工程類型及其勘察、設計和施工方法繁多，尤其是在復雜條件下場地自然條件的多變性,遇到的巖土工程問題多種多樣,其勘探工作的實施要正確反映場地和地基的工程地質(zhì)條件就顯得尤為重要。

1巖土工程勘察中存在的主要技術問題

隨著勘察市場競爭越來越激烈,不少勘察單位由于種種原因低價承接勘察業(yè)務,許多勘察單位不愿意采用先進手段和先進設備,導致勘察質(zhì)量和技術進步有停滯不前的趨勢。根據(jù)現(xiàn)行《巖土工程勘察規(guī)范》要提供準確、合理、經(jīng)濟的巖土工程勘察報告的任務,認為在巖土工程勘察中存在的技術問題很多，主要有:

（1）界面劃分問題:不同巖土體和巖石風化程度的界面劃分，地質(zhì)構造和軟弱結(jié)構面的判定，以及不良地質(zhì)體的地質(zhì)界面等；

（2）地質(zhì)形態(tài)問題:不明地下物體、空洞及其分布形態(tài)、埋藏位置和埋藏深度的確定；

（3）巖土參數(shù)問題:巖土設計參數(shù)（承載力、變形指標等）難于確定；

（4）綜合能力問題:部分勘察技術人員對勘察野外和室內(nèi)原始資料的整理、分析、利用的能力不夠強，缺乏如何辨別真?zhèn)?、歸納總結(jié)的能力，缺乏建筑、結(jié)構設計方面的知識，常造成勘察的目的性不明確,所提供的資料不能滿足需要；

（5）技術素質(zhì)問題:勘察技術人員碰到重大項目和復雜工程時束手無策,不能采用合適的技術方法和手段去解決所碰到的技術難題。

2解決問題的主要措施

要解決上述巖土工程勘察中存在的主要技術問題，可加強以下幾方面的工作。

（1）各種勘察手段的綜合應用和思維的多樣性，提高勘察精度，全面反映勘察場地各種地質(zhì)體的形態(tài)、界面、物理力學特征及其相互之間的關聯(lián)性。在方法上，不能只依靠傳統(tǒng)的單一勘察手段，隨著科學技術的不斷發(fā)展，應綜合采用工程地質(zhì)測繪、鉆探、坑探，合理地選擇、運用工程物探技術，重視遙感和地理信息系統(tǒng)在勘察中的應用等。

（2）加強勘察技術人員的再教育和技術培訓并形成定期制度，促進其知識的更新?lián)Q代。

（3）加強巖土測試和各種原位測試新技術的應用，加強使用施工檢測和監(jiān)測技術,確保所提供的巖土工程設計和施工參數(shù)的可靠性。

（4）重視勘察現(xiàn)場的巖土取樣和原位測試工作。巖土取樣和原位測試是巖土工程勘探結(jié)果的重要數(shù)據(jù)來源,也成為解決巖土工程勘探技術問題的重點。這首先是由于測試數(shù)據(jù)是分析評價的基礎，沒有完整、可靠、適用的測試數(shù)據(jù)，一切分析評價都是空中樓閣。巖土工程設計計算的準確性和可靠性決定于計算模式和計算參數(shù),計算參數(shù)比計算模式更重要。其次，巖土工程測試有較大難度，在鉆探取樣、樣品制備過程中，總會有一定程度的擾動和受力環(huán)境差異，對測試結(jié)果影響較大。巖土體是非均質(zhì)體，具有明顯的各向異性，測試結(jié)果應具有代表性。

（5）重視地質(zhì)鉆探的過程控制。巖土工程勘探中的地質(zhì)鉆探仍是目前最主要、最有效的勘察手段之一，因此在進行巖土工程地質(zhì)鉆探過程中必須根據(jù)不同的巖體、地層條件和取

樣、測試要求對鉆孔進行設計控制，以達到既能滿足技術要求又能提高經(jīng)濟效益的目的。

3結(jié) 語

巖土工程勘察的對象是建設場地的地質(zhì)、環(huán)境特征和巖土工程條件,具體而言主要是指場地巖土的巖性或土層性質(zhì)、空間分布和工程特征，地下水的補給、存貯、排泄特征和水位、水質(zhì)的變化規(guī)律，以及場地周圍地區(qū)存在的不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災害情況。巖土工程勘察工作的任務是查明情況，提供各種相關的技術數(shù)據(jù),分析和評價場地的巖土工程條件并提出解決巖土工程問題的建議，以保證工程建設安全、高效運行，促進經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻:

[1]黃俊泉.淺談工程勘察中的問題與措施[J].廣東科技,2007（S1）

[2]常金銘.巖土工程勘探工作重點[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2002,11

第五篇：巖土工程測試

土木工程學院工程課程報告

課程： 《巖土工程測試》

班級： 專業(yè)： 姓名： 教師：

2014年12月

目錄

一、巖土工程測試的意義概述...............................................................................................1

二、巖土工程測試的作用概述...............................................................................................2

三、巖土工程測試的內(nèi)容概述...............................................................................................2 3.1、平板荷載試驗.............................................................................................................3 3.2、十字板剪切和旁壓儀試驗.........................................................................................3 3.3、錨桿和土釘測試.........................................................................................................4 3.4、巖土的滲透性及注漿加固.........................................................................................5 3.5、靜力觸探試驗.............................................................................................................7 3.6、動力觸探試驗.............................................................................................................7 3.7、巖石力學參數(shù)測定.....................................................................................................8 3.8、軟巖及土的流變試驗.................................................................................................8 3.8.1、軟巖的特征與流變特性.........................................................................................8 3.9、巖土中的應力測量.....................................................................................................9 3.10、超聲波測試.............................................................................................................10 3.11、樁基檢測試驗.........................................................................................................10 3.12、地基動力測試.........................................................................................................11 3.13、巖體強度試驗.........................................................................................................12 3.14、非飽和土測試.........................................................................................................12 3.15、模型試驗.................................................................................................................12 3.16、測試數(shù)據(jù)的整理與分析.........................................................................................13

巖土工程測試課程報告

貴州大學（貴州路橋集團有限公司）王鎖

一、巖土工程測試的意義概述

巖土工程測試就是對巖土體的工程悱質(zhì)進行觀測和度量，得到巖土體的各種物理力學指標的試驗工作。

巖土工程測試是生產(chǎn)實踐，也是科學試驗，是獲得感性認識和理性認識的必由之路。毛澤東在《實踐淪》中說過：“真理的標準只能是社會的實踐。實踐的觀點是辯證唯物論的認識論之第一的和基本的觀點?！彼终f：“社會實踐的繼續(xù)，使人們在實踐中引起感覺和印象的東西反復了多次，于是在人們的腦子里生起了一個認識過程的突變(即飛躍)，產(chǎn)生了概念。”

土木工程、巖土工程都是很古老的學科。早期以土、木、石為材料，都是先有實踐、試驗，后來才有了材料力學、結(jié)構力學，近代才有了彈性力學、塑性力學、土力學、巖石力學等。材料屬性必須通過試驗或現(xiàn)場測試獲得。土力學中有試驗土力學，粒徑級配曲線、e—P曲線、p—S曲線、擊實曲線都是試驗、測試得到的，庫侖抗剪強度理論、達西定律也都是實踐、試驗得到的。土木工程、巖土工程中經(jīng)驗、統(tǒng)計公式很多，經(jīng)驗、統(tǒng)計更是實踐的總結(jié)，數(shù)學上的概率統(tǒng)計就是在實踐總結(jié)的基礎上應運而生的?？萍贾谐Ｓ玫姆捶治龇ǜ怯蓪嵺`、試驗結(jié)果反求材料特性、計算參數(shù)和深究理論概念。

英國人培根有一句名言“知識就是力量”。這句話不完整，沒有提到實踐的作用。知識如果不和實踐相結(jié)合，不能應用，就產(chǎn)生不了力量。中國老百姓有一句俗語叫有本事，本事即能力，即在實踐中應能用知識來解決問題、創(chuàng)造效益、提高生產(chǎn)力，這才是活的知識，才有力量，才算有本事。反之，如果知識不結(jié)合實踐，不能應用，那就是一個書呆子，沒有本事。我國宋代大詩人陸游說過：“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！奔埳系脕砑磿局R，絕知就是真知、會用，躬行就是實踐。一名巖土工程師如果不重視實踐、試驗，那是不可思議的，終無大成就，因此一定要重視試驗、實測技術。

總結(jié)得到的理論、計算公式的可靠性如何檢驗呢？還是實踐，以此為標準，由實踐來檢驗、提煉理論。/ 13

二、巖土工程測試的作用概述

巖土工程理論分析中的各種定理和規(guī)律（如摩爾一庫侖定律、各種巖土體本構模型等）幾乎都是建立在試驗分析的基礎之上。理論分析指導工程實踐，而土工測試又是理論分析的基礎。因此，在巖土工程中，測試處于基礎地位。

近幾十年以來，隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，工程實踐中出現(xiàn)了更多更復雜的巖土工程問題，為了解決這些問題，一系列新的巖土體理論和工程設計方法涌現(xiàn)出來。這些新的理論和設計方法要求測試技術有新的發(fā)展和突破。沒有先進的測試技術就得不到新的理論和設計方法所需要的精確的巖土體參數(shù)，這些新的理論和設計方法就無法保證工程實踐精度。因此，現(xiàn)代工程實踐對測試技術的要求越來越高，依賴性也越來越強。

從整體上看，巖土工程測試可以分為原位測試和室內(nèi)測試兩大類。原位測試可以在最大限度上減少試驗前對巖土體的擾動，避免了這些擾動可能帶來的對試驗結(jié)果的影響。原位測試結(jié)果可以直接反映原位巖土體的物理力學狀態(tài)，更接近工程實踐的實際情況。同時，對于某些難于采樣進行室內(nèi)測試的巖土體（如承受較大固結(jié)壓力的砂層），原位測試是必需的。但是進行原位測試，需要的人力、物力和財力通常都比較大。此外，原位測試對應的試驗條件比較復雜（比如邊界條件非常復雜)，給理論分析計算帶來了困難，許多情況都不得不進行某些理想化的假設才能進行計算分析。而室內(nèi)測試能進行各種理想條件下的控制試驗，在一定程度上反而更容易滿足理論分析計算的要求。因此，原位測試和室內(nèi)測試具有各自的特點和優(yōu)勢，不能相互取代。

現(xiàn)代新發(fā)展起來的測試設備和技術，往往以解決復雜工程問題為目的。因此，儀器構造復雜，操作要求高，可以了解巖土體材料在各種情況的變化規(guī)律、考慮常規(guī)試驗不能考慮的各種因素。但是，這些儀器設備花費巨大，并且操作復雜，不可能普遍應用于一般工程實踐，常規(guī)測試儀器和技術仍然是必需的。即便是對于復雜的工程實踐，常規(guī)測試也是必要的，它是進行復雜測試的基礎。

三、巖土工程測試的內(nèi)容概述

巖土工程測試的內(nèi)容很多，《巖土工程測試》（土木工程研究生系列教材）主要講述一下內(nèi)容。/ 13

3.1、平板荷載試驗

原位試驗(In-Situ Festing)有時也稱現(xiàn)場試驗(On the Spot Festing)，其類型很多，如靜力觸探、動力觸探、平板荷載試驗、十字板剪切試驗、旁壓儀試驗、大型剪切試驗、孔隙水壓力測試、彈性波速測試、地應力測試、抽水或注水、壓水試驗等。應用最廣泛、最常見的還是平板荷載試驗(P1ate Loading Test)，簡稱PLT試驗。

平板荷載試驗是利用彈性力學半無限體表面作用集中荷載的沉降計算公式(布希奈斯克解)，來確定地基承載力的基本方法。平板荷載試驗一般只能反映深度為兩倍承壓板寬度范圍內(nèi)的土性特征。

試驗設備,平板荷載試驗因試驗土層(地基)軟硬程度、平板(荷載板或承壓板)面積大小、試驗土層深度等不同，采用的測試設備有多種情況。整個試驗可分為承壓板、加荷系統(tǒng)、反力系統(tǒng)、觀測系統(tǒng)四部分。

3.2、十字板剪切和旁壓儀試驗

十字板剪切試驗全稱為野外十字板剪切試驗，國際上簡稱為FVST(Field Vane Shear Test)。十字板剪切試驗是用插入軟粘土中的十字板頭，以一定的速率旋轉(zhuǎn)，測出土的抗扭力矩，換算其抗剪強度。這個抗剪強度相當于摩擦角?u?0時的粘聚力Cu值。旁壓試驗(Pressure Meter Test，PMT)起源于德國。旁壓試驗是利用旁壓器對鉆孔壁施加橫向均勻應力，使孔壁土體發(fā)生徑向變形直至破壞，利用量測儀器量測壓力與徑向變形的關系推求土力學參數(shù)的一種原位測試方法。

十字板剪切試驗在國內(nèi)外運用廣泛，該法能夠有效地在原位測定飽和軟粘土的抗剪強度。長期以來的實踐證明，該試驗方法有如下優(yōu)點：①試驗存原位進行，不需取試樣；②對無法取樣和很難進行室內(nèi)試驗的土，如極軟粘土、巖土接觸面等，可以獲得必要的力學指標；③能更好地反映土的結(jié)構、構造特性，如層理、裂隙、結(jié)核和顆粒分布的不均勻性；④試驗中的邊界條件（如排水條件、天然受力狀態(tài)等）是實際的邊界條件；⑤對于正常固結(jié)的飽和軟粘性土，十字板試驗能反映出軟粘性土的天然強度隨深度而增大的規(guī)律，而室內(nèi)試驗指標成果比較分散。/ 13

十字板剪切試驗原理：十字板剪切試驗是在鉆孔某深度的軟粘性土中插人規(guī)定形式和尺寸的十字板頭，施加扭轉(zhuǎn)力矩，使板頭內(nèi)的土體與周圍土體產(chǎn)生相對扭剪，直至土體破壞，測出土體抵抗扭轉(zhuǎn)的最大力矩，然后根據(jù)力矩的平衡條件，推算出土體抗剪強度。在推算強度時，作了以下幾點假定：①剪破面為一圓柱面，圓柱面的直徑與高度分別等于十字板板頭的寬度D和高度H；②圓柱面?zhèn)让娴目辜魪姸?fV和上下端面上的抗剪強度?fH為均勻分布并相等，即?fV??fH??f。由于十字板現(xiàn)場剪切試驗為不排水剪切試驗。因此其試驗結(jié)果與無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果接近，飽和軟土在固結(jié)不排水剪切時??0，故?f?十字板剪切試驗推算抗剪強度的公式可以表達為

qu2?cu。

cu?k?Pf?f?

3.3、錨桿和土釘測試

錨桿支護技術是20世紀初由煤礦巷道支護發(fā)展而來的，在巖土工程的邊坡穩(wěn)定支護中已經(jīng)有廣泛應用，是比較成熟的技術?，F(xiàn)代土釘支護技術是20世紀70年代發(fā)展起來的，用于土體開挖和保持邊坡穩(wěn)定性的一種新型擋土技術。錨桿支護和土釘支護技術經(jīng)濟可靠，施工快速簡易，已在大量工程中得到應用。

錨桿的錨固原理：與錨桿直接作用的是復雜多變的巖土體，這給錨桿的力學行為及錨固用原理的觀測和研究帶來了很大的困難?，F(xiàn)有的多數(shù)有關錨桿支護作用和效果的試驗都是在限定條件下和理想化了的基礎上進行的。因此，目前對錨桿錨固原理了解還不夠深入，但以下幾種錨固作用機理是得到了工程和理淪界的普遍認同的。

懸吊作用原理：懸吊作用理論認為，錨桿支護是通過錨桿將軟弱、松動、不穩(wěn)定的巖土體懸吊在深層穩(wěn)定的巖土體上，以防止其離層滑脫。這種作用在地下結(jié)構錨固工程中，表現(xiàn)得尤為突出。起懸吊作用的錨桿，主要是提供拉力，用以克服滑落巖土體的重力或下滑力，來維持工程結(jié)構的穩(wěn)定。

組合梁作用原理：組合梁作用是較早提出來的，也是一般公認的支護作用原理之一。這種原理是把薄層狀巖體看成一種梁（簡支梁或懸臂梁）。在沒有錨固時，它們只是簡單地疊合在一起。由于層問摩擦阻力不足，在荷載作用下，單個/ 13

粱均產(chǎn)隹各自的彎曲變形，上下緣分別處于受壓和受拉狀態(tài)。若用螺栓將它們緊固成組合梁，各層板便相互擠壓，層間摩阻力大為增加，內(nèi)應力和撓度大為減小，于是增加了組合梁的抗彎強度。當把錨桿埋入巖士體一定深度，相當于將簡單疊合的數(shù)層梁變成組合梁，從而提高了地層的承載能力。錨桿提供的錨固力愈大，各巖層間的摩擦阻力愈大，組合梁整體化程度愈高，其強度也愈大。

擠壓加固作用原理：蘭格(T.A．Lang)通過光彈試驗證實了錨桿的擠壓加固作用。當他在彈性體上安裝具有預應力的錨桿時，發(fā)現(xiàn)在彈性體內(nèi)便形成以錨桿兩頭為頂點的錐形體壓縮區(qū)，若將錨桿以適當間距排列，使相鄰錨桿的錐形體壓縮區(qū)相重疊，便形成一定厚度的連續(xù)壓縮帶。

為說明錨桿對破碎地層的支護作用，國外的澳大利亞雪山水電站地下工程、國內(nèi)的冶金建筑研究院等單位曾分別先后用碎石、混凝土碎塊作材料模擬破碎地層，然后錨桿加固，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加固后的模型承壓能力大大提高。這就說明，通過錨桿的加固，即使毫無粘結(jié)力的碎石也能被加固成承載能力相當高的糕體“結(jié)構”。工程上稱這種現(xiàn)象為擠匿加固作用，類似我國古代橋梁工程中的鍵(腰鐵、鉸石)對裂隙巖體的作用。

上述錨桿的錨固作用原理在實際工程中并非孤立存在，往往是幾種作用同時存在并綜合作用，只不過在不同地質(zhì)條件下某種作剛占主導地位罷了。

3.4、巖土的滲透性及注漿加固

地下水在巖土孔(空)隙中的運動稱滲流(透)，發(fā)生滲流的區(qū)域稱為滲流場。觀測井就是敞開口的井，或稱為測壓井，可以用來觀測海水人浸淡水含水層的現(xiàn)象，觀測地下水的污染情況等。巖土體中的孔隙水壓力的量測可以利用敞開式測壓管(觀測井)或封閉式測壓計。壓水試驗是測定巖土體滲透性特征最常用的一種測試方法。它是靠水柱自重或泵壓力將水壓人到鉆孔內(nèi)巖壁周圍的裂隙中，并以一定條件下單位時間內(nèi)的吸水量來表示巖土體的滲透性。

觀測井包括海水入侵和地下水質(zhì)污染，這是為了環(huán)境保護，環(huán)境保護就是保護人類自身的生存利益。自然環(huán)境的變遷，如沙漠化、水源斷缺，對森林的破壞，直接影響甚至毀滅了人類自身的生存環(huán)境。

測孔隙水壓力意義也很重要。在飽和土中總應力由有效應力和孔隙水壓力組成。在非飽和土中總應力包括有效應力、孔隙水壓力和孔隙氣壓力?？紫端畨毫? 13

和孔隙氣壓力較難測準，因而有效應力原理的應用就受到影響。有效應力原理是土力學理論的重大發(fā)展，它反映r巖土工程強度的本質(zhì)。巖土工程計算中都有誤差，甚至誤差很大，原因當然足多方面的，但最主要的原因有兩個：一個是材料力學、彈性力學中均勻、連續(xù)、各向同性的彈性體假定是近似的，不完全符合實際，另一個是計贊：參數(shù)洪差大，nf靠性差。能夠使計算參數(shù)測試提高可靠度，這是個重要問題，足對崧土力學的貢獻。

巖體和土體的重要區(qū)別是巖體中有各種成因的節(jié)理、裂隙、甚至是裂縫，這些裂隙(縫)的存在嚴格地說使巖體不成為連續(xù)體，這就從根本上動搖了材料力學、彈性力學，也是巖土力學的根本假定，所以許多學者尤其對巖石(體)力學問題，從損傷力學，甚至從斷裂力學角度去研究，就是承認巖體不是，至少不是嚴格的連續(xù)體。但目前，從巖土力學與工程應用方面講，還是材料力學、彈性力學基礎。巖體中的壓水、灌漿工程就是要堵塞裂隙、使巖體成連續(xù)體，至少成為近似地連續(xù)體，從根本上改善了巖性，改變了巖體工程測試的前提條件。也為測試巖體中界面的接觸應力(壓力)、巖體(石)中應力(包括構造應力即地應力，工程荷載作用下的附加應力)，這些測試都要求緊密接觸，接觸良好，只有這樣才能很好的地傳遞應力，測試才能準確。巖體內(nèi)部裂隙被封堵后，成了連續(xù)介質(zhì)，巖體(石)內(nèi)部埋設儀器、儀表后，所有變形、變位、應變、位移才能測得準，這就為反分析法提供了基礎條件。反分析法是測位移、形變、應變，在此基礎上去作應力、應變參數(shù)分析，因為有了應力才有應變，現(xiàn)在是測了應變，再分析應力，應變參數(shù)，所以稱為反分析法。在數(shù)學物理方程中稱逆問題。反分析法是一種既老又新的方法，比如西醫(yī)診病，先查問癥狀，再分析病理，再用藥；中醫(yī)診病，先望、闖、問、切，再分析病理，再用藥，這就是反分析，先查明果，后分析因。又比如測擋土墻位移、變形，再反演土的抗剪強度。又比如大家所熟知的本構關系，也是反分析，先弄清各種影響因素的作用方向和規(guī)律，再通過演繹或歸納建立方程，然后再求解方程。

巖土的滲透性及測試應用是廣泛的，如野外抽水、基坑降排水、管涌、流沙、地層液化、隔水帷幕、隧道及礦井滲漏水、橋墩圍堰、大壩基礎防滲、水下工程、農(nóng)田灌溉、地面沉降、環(huán)境工程如回灌等都與巖土的滲透性有關，都要進行測試，有的在大學階段學過，有的在研究生階段工程地質(zhì)里學過。有的太專門化了，只/ 13

能約略提到，避免重復。

3.5、靜力觸探試驗

靜力觸探試驗(stati penetration test)，英文縮寫CPT(cone penetration test)。靜力觸探是用千斤頂或落錘將一根細長的金屬桿(直徑19～80mm)壓入或打人地下，用以測定任意深度處金屬桿的貫人阻力。將其結(jié)果繪成圖，橫坐標表示貫人阻力，縱坐標表示貫人深度，這是勘察方法——原位測試中的主要類型之一。

在20世紀初期的觸探儀是一個頂角為90。的圓錐，放在黏性土上并逐漸加荷，不斷貫人，貫人阻力隨著黏性土強度增大而增大。后來有了荷蘭圓錐靜力觸探試驗，這種圓錐具有60°頂角和直徑：36mm，錐底而積10cm2。

3.6、動力觸探試驗

動力觸探（DPT）和標準貫入試驗(SPT)都是土工原位測試的主要方法，它們是利用一定的錘擊能量，將帶有探頭的探桿打人土中，按貫入的難易程度來評價土的性質(zhì)，得到經(jīng)驗(統(tǒng)計)公式。

標準貫入試驗的力學機理：標準貫人試驗（SPT)與動力觸探試驗在設備上的區(qū)別（重型動力觸探和標準貫入試驗沒備大同小異）主要是探頭形式和結(jié)構有差異，因而決定了各自的試驗機理。標準貫人試驗的探頭稱貫人器，是由鉆孔取土器轉(zhuǎn)化而來的開口管狀空心探頭。在貫人過程中，整個貫人器對端部和周圍土體產(chǎn)生擠壓和剪切作用，同時由于貫人器是空心的，將有部分土體擠入，加之是在沖擊作用下工作，其工作細節(jié)和邊界條件非常復雜。20世紀50年代以來不斷有人探討標準貫人試驗的力學機理，從理論研究方面講，可有三種理論：①動力作用理論；②用極限平衡理論進行研究；③用波動理論進行研究。

影響動力觸探儀精度的因素：⑴人為使用因素：①落錘的高度控制和錘擊方法；②量測讀數(shù)精度；③觸探孔垂直程度和探桿長度；④在鉆孔中進行觸探時鉆孔的護壁和清孔情況。⑵設備本身的影響因素：①穿心錘的形狀和質(zhì)量；②探頭的形狀和大??；③觸探桿的截面尺寸、長度和質(zhì)量；④導向錘座的構造及尺寸。⑶土質(zhì)與工程環(huán)境：①土的性質(zhì)，如密度、含水量、顆粒結(jié)構、壓縮性、超固結(jié)狀態(tài)、抗剪強度等；②觸探深度，包括觸探桿長度和探桿側(cè)壁摩擦。觸探深度在12～15m以內(nèi)時，可忽略探桿側(cè)壁摩阻力，也不用泥漿護壁。探桿長度有顯著影/ 13

響，對錘擊數(shù)需要修正；③地下水的影響。在粘性土中試驗，地下水的影響大；在砂土中試驗．地下水影響小。

3.7、巖石力學參數(shù)測定

巖石的力學性質(zhì)，巖石和巖體，無論是干燥的還是飽和的，在大多數(shù)工程荷載作用下，均表現(xiàn)為彈性體或近似彈性體。

巖石特別是巖體內(nèi)部，必然有節(jié)理、裂隙、結(jié)構面、軟弱夾層等。這些結(jié)構面、軟弱夾層，其物質(zhì)成分、微觀結(jié)構、力學性質(zhì)都比較復雜，其力學性質(zhì)可能屬于非線性彈性、彈塑性或粘彈性等。對于結(jié)構面和軟弱夾層而言，它們含水情況是否飽和，作用力方向和結(jié)構面、軟弱夾層的展布方向是垂直還是平行或者傾斜，影響很大、差異明顯、工程效果大不相同。由于巖石、巖體本構關系的多樣性、復雜性及不確定性，這里只研究巖石、巖體作為彈性體、近似彈性體的情況。

3.8、軟巖及土的流變試驗

軟巖及土的流變性包括彈性后效、流動、結(jié)構面的閉合和滑移變形等。隨著巖土工程的發(fā)展，流變已成為工程實踐中常遇到的問題，也是造成事故的主要因素之一。巖土體流動變形呈現(xiàn)出了大量的、具有不同特征的流動變形和破裂現(xiàn)象一，通過測試技術，研究這些現(xiàn)象便于了解巖土體變形程度、發(fā)生原因、發(fā)展趨勢及最終狀態(tài)，由此采取適時有效的工程對策。

3.8.1、軟巖的特征與流變特性

軟巖的基本特征是強度低，孔隙率高，重度小，滲水、吸水性好，易風化，易崩解，具有顯著的膨脹性和明顯的時效特性。作為工程材料，其穩(wěn)定性差。由于巖體開挖后出現(xiàn)持續(xù)變形，對于不穩(wěn)定巖石包括泥質(zhì)夾層節(jié)理弱面等，往往有流變性、粘彈性、粘彈塑性等。流變性又稱粘性(Viscosity)，是指物體受力變形過程與時間有關的變形性質(zhì)。軟巖流變的一個重要特征是其強度隨時間的延長而降低。

軟巖的流變性包括彈性后效、流動、結(jié)構面的閉合和滑移變形。，彈性后效是一種延遲發(fā)生的彈性變形和彈性恢復。由于加荷剛繼瞬時的彈性變形產(chǎn)生之后，仍有部分變形隨時間增長而產(chǎn)生，因為這部分變形屬于可恢復的，且在恢復時亦需要一定的時間，因此，這部分變形仍屬于彈性變形范疇，當外力卸除后最/ 13

終不留下永久變形。流動又可分為粘性流動和塑性流動，它是一種隨時間延續(xù)而發(fā)生的塑性變形（永久變形），其中粘性流動足指在較小外力作用下發(fā)生的塑性變形（永久變形），塑性流動是指外力達到屈服極限值后才開始發(fā)生的塑性變形。閉合和滑移是巖體中結(jié)構面的壓縮變形和結(jié)構面問的錯動，也屬塑性變形。

工程巖體流變性狀及其多樣性、易變性顯得比較復雜。不同成因類型的軟巖、不同結(jié)構構造的軟弱層，其流變性表現(xiàn)程度是不同的?；◢弾r風化形成的軟巖，流變變形一般較小，阻尼變形持續(xù)時間較短，變形很快趨向穩(wěn)定；泥質(zhì)砂巖變形增長較快，變形量值也較大；粘土巖與頁巖以及軟弱夾層的流變特性非常明顯，故對其流變性進行研究有著重要的現(xiàn)實意義。

軟巖的流變規(guī)律是很復雜的，它和膨脹、崩解一樣給軟巖工程帶來極大的危害。地下洞室圍巖的失穩(wěn)往往是流變、膨脹和崩解的綜合效應。很難區(qū)分何種效應起主導作用。

軟巖的流變力學特性主要包括四方面：①蠕變，在恒定麻力的條件下，變形隨時間逐漸增長的現(xiàn)象；②應力松弛，當應變保持一定時，應力隨時間逐漸減小的現(xiàn)象；③流動特性，時間一定時，應變速率與戊力大小的關系；④長期強度，在長期荷載持續(xù)作用下軟巖的強度。

3.9、巖土中的應力測量

土體中的應力測量通常采用壓力盒裝置（常用的有鋼弦式土壓力盒），測量時必須保證儀器埋設處的土體可以近似認為是彈性均勻連續(xù)介質(zhì)。地應力的研究和測試方法有：巖體表面應力測量技術、淺鉆孔應力解除技術、深鉆孔地應力測量技術、水壓裂法地應力測量技術和聲發(fā)射法地應力測量技術等。

土中應力測量分為兩種類型，一類是在界面處的應力稱為接觸應力，如基礎底面、擋土墻背處(包括深基坑支撐和土層的接觸面處)、地下洞室襯砌外側(cè)、樁端界面處、雙層地基界面處，深埋管道底部或外側(cè)，這些都是在兩種材料的界面處。另一類是在土體內(nèi)部，如地基內(nèi)部、邊坡體內(nèi)部，還有厚襯砌內(nèi)部、地下連續(xù)墻內(nèi)部（嚴格說，后兩種情況不是土中應力）。

測土中應力有一個基本要求，這就是要求介質(zhì)是連續(xù)介質(zhì)，也就是說儀器埋設處應是連續(xù)介質(zhì)，而且儀器埋設處要有代表性。這就要求不論界面還是土體內(nèi)部，不應該處于非均勻狀態(tài)或是有孔洞或有應力集中現(xiàn)象。如在巖體中測試最好/ 13

通過灌漿填塞，封堵各式各樣、大大小小的裂隙，使之成為連續(xù)介質(zhì)，起碼近似于彈性連續(xù)介質(zhì)。在土體中測試時，要求通過手工操作使土體，至少使儀器埋設處成為彈性、均勻連續(xù)介質(zhì)。這才符合材料力學、彈性力學的基本假定，具備測試正確性的基本前提。

3.10、超聲波測試

聲波測試技術是一種現(xiàn)代物理技術，該技術主要是應用聲學原理，采用聲電轉(zhuǎn)換技術，依據(jù)彈性波理論，利用波速這一參數(shù)，結(jié)合波幅、波頻、波形等特征，反映介質(zhì)質(zhì)點運動的力學特征，獲得工程地質(zhì)與室內(nèi)試樣的物理力學特性。

聲波測試技術是一種現(xiàn)代物理技術，主要是應用聲學原理，采用聲電轉(zhuǎn)換技術，依據(jù)彈性波理論，利用波速這一參數(shù)，結(jié)合波幅、波頻、波形等特征，來反映介質(zhì)質(zhì)點運動的力學特征，獲得工程地質(zhì)與室內(nèi)試樣的物理力學特性。

聲波測試分室內(nèi)與室外兩種。室內(nèi)主要是測定巖土試樣的聲波波速，用來計算巖土試樣的物理力學參數(shù)；室外主要是在工程現(xiàn)場通過原位測試，用彈性波波速來對地質(zhì)進行評價，尤其是巖體的完整性與穩(wěn)定性評價。概括起來，聲波測試技術可以解決以下幾方面的問題：①巖石(土)試樣的物理力學性質(zhì)的測定和估算，如動彈性模量、泊松比等；②利用聲波參數(shù)結(jié)合地質(zhì)因素，對工程地質(zhì)進行分類、分級；③利用聲波探測技術評價地下工程圍巖的穩(wěn)定性，包括圍巖松弛帶范圍的測定和圍巖穩(wěn)定性的定期觀測；④利用聲波測井技術，進行工程地質(zhì)勘探鉆孔及孔間地質(zhì)剖面分層，確定風化層厚度，為設計開挖及處理提供依據(jù)；⑤巖體中存在缺陷，如構造斷裂、巖溶洞穴的位置和走向及規(guī)模，張開裂隙的延伸方向和長度的探測；⑥工程巖體施工及加固效果的檢測，如爆破、噴錨支護、補強灌漿的質(zhì)量檢查等。

3.11、樁基檢測試驗

樁是設置在地層中的豎直或傾斜的基礎支承構件。樁基檢測的目的主要有兩個：第一個目的是為樁基的設計提供合理的依據(jù)。該目的是通過在建筑現(xiàn)場的試樁上進行測試來實現(xiàn)的。第二個目的是檢驗工程樁的施：[質(zhì)量，是否能夠滿足設計或建(構)筑物對樁基承載力的要求。該目的是通過對工程樁進行抽樣測試來實現(xiàn)的。

樁基檢測的目的主要有兩個：一是為樁基的設計提供合理的依據(jù)，該目的是/ 13

通過在建筑現(xiàn)場的試樁上實現(xiàn)的；二是檢驗工程樁的施工質(zhì)量，是否能滿足設計或建(構)筑物對樁基承載能力的要求，該目的是通過對工程樁抽樣檢測來達到的。對樁基檢測的基本要求主要有兩項：一是樁的平面位置與幾何尺寸；二是樁的完整性與承載能力。主要介紹單樁的完整性與承載能力的檢測技術與方法。單樁承載力檢測內(nèi)容包括樁的垂直承載力、水平承載力與抗拔承載力，它取決于樁周(端)介質(zhì)對樁的支承阻力以及樁身材料的強度。單樁完整性反映了樁身截面尺寸變化、樁身材料密實度和連續(xù)性的綜合性指標。檢測參數(shù)包括樁身鋼筋混凝土波速、密實度，樁身截面尺寸變化，樁身缺陷位置、缺陷形式、缺陷程度，推算樁長及估算鋼筋混凝土強度等級等。樁基檢測技術方法分靜載試驗與動測試驗兩種。

3.12、地基動力測試

在巖土工程中，巖土體受到動力作用(地震、風振、浪振、機器振動以及爆炸爆破、高速流體和陸地高速重型運載工具等所產(chǎn)生的動應力等)的情況是非常普遍的。巖土體在動力作用下的反應和動力參數(shù)通過動力測試獲得。常用的巖土體室內(nèi)動力測試技術有：動三軸試驗、動單剪試驗、振動臺試驗和共振桂試驗。

土的動力性質(zhì)是指其在各種動力作用下直接或間接表現(xiàn)出來的某種反應和效應，從巖土工程觀點來看，動力是指地震、風振、浪振、機器(鍛錘、透平機、破碎機等)振動，以及爆炸、爆破、高速流體通道和陸地重型高速運載工具等所產(chǎn)生的動應力?？梢?，巖土體在各類土建工程中受到動力作用的情況是極其普遍的。

土的動力測試的目的分為三個方面：①土的基本動力參數(shù)的測定，如動彈性模量、動剪切模量、泊松比、動阻尼以及土體中波的傳播速度等；②土體的動力反應試驗．如飽和低塑性土的振動液化試驗和衰減試驗等；③土體結(jié)構受振條件下的原型觀測，如各種動力作用下土體振動性狀的實際觀測等。就其測試條件又可分為四類：①室內(nèi)試驗；②現(xiàn)場模擬試驗；③原位試驗；④原型觀測。

由于動力試驗條件的復雜性，通常一項動力參數(shù)可以通過多種試驗方法測求。所以在設計土的動力試驗或選用某項試驗設備時．應首先考慮試驗條件的相似性和設備功能的多重性，以及試驗成果的針對性。

動三軸試驗原理：動三軸試驗是從靜三軸試驗發(fā)展而來的，通過對試樣施加/ 13

模擬的動土應力。同時測求試樣在承受動荷載作用下所表現(xiàn)出的動態(tài)反應。這種反應是多方面的，最基本和最主要的是動應力(或動主應力比)與相應的動應變的關系和動應力與相應的孔隙水壓力的變化關系。根據(jù)應力、應變及孔壓這三種指標的相互關系，可以推求出土的各項動彈性參數(shù)及粘彈性參數(shù)，以及土樣在模擬某種實際振動的動應力作用下所產(chǎn)生的性狀。

3.13、巖體強度試驗

巖體是賦存于一定地質(zhì)環(huán)境中的復雜地質(zhì)體，通常由巖石(結(jié)構體)和各種各樣的軟弱結(jié)構面組合而成。因此，巖體強度不僅與組成巖體的巖石力學性質(zhì)有關，而且與這些軟弱結(jié)構面的物質(zhì)組成、發(fā)育程度、組合類型及力學性質(zhì)等有著很大的聯(lián)系。許多工程實踐表明，結(jié)構面的存在大大削弱了．巖體整體強度，導致巖體穩(wěn)定性降低。工程實踐需要以巖體為對象的室內(nèi)測試技術和原位測試技術來分析評價巖體強度和穩(wěn)定性。

3.14、非飽和土測試

相對于飽和土力學而言，非飽和土力學的研究進展比較緩慢。制約其發(fā)展的因素主要有兩個：一是試驗技術，迄今沒有定型設備；二是理論體系欠成熟。理論的發(fā)展離不開試驗對土的力學特性的揭示，因而測試技術對非飽和土力學發(fā)展的影響非常深遠。

3.15、模型試驗

盡管隨著計算機技術的發(fā)展，巖土工程的分析計算取得了蠔足的進步，但到目前為止，許多復雜的工程情況(如水工大壩、地基一結(jié)構的相互作用等)，運用現(xiàn)有的理論計算仍有很多困難，甚至無法計算，這時，模型試驗就是一種非常有效的方法。模型試驗要求模型材料、模型形狀及所受的荷載等必須按照一定的規(guī)律與原型的情況相似。

模型的相似原理：既然是模型試驗，模型和原型之間，在幾何尺寸，材料、物理、力學特性方面是相似而不是相同。模型試驗的相似理論是指模型上重現(xiàn)的物理現(xiàn)象應與原型相似，即要求模型材料、模型形狀、所受荷載等均必須遵循一定的規(guī)律。這種模型試驗，既要研究在正常荷載作用下結(jié)構、巖體、地質(zhì)體的應力及變形特性，又要研究超載情況下的變形和破壞特征，因而兼有線彈性應力模/ 13

型和破壞模型的試驗特點，因此它既要滿足結(jié)構破壞型試驗的相似關系，又要滿足地質(zhì)力學、巖體力學模型試驗的相似關系。

概括而言，相似原理可表述如下：實體(原型)和模型為兩個系統(tǒng)，它們的幾何特征和各個對應的物理量必須(然)互相成為一定的比例關系。這樣就可以試驗測定模型系統(tǒng)的物理量，再按比例推求原型(實體)的相對應的物理量。

考慮平面問題時，物理量包括坐標、體積力、邊界力、應力、位移、應變、彈性模量、泊松比等。

數(shù)值模擬：模型試驗要制作模型或稱試件(樣)，要多作兒次、幾十次試驗，就要作多個試件。模型試驗復雜、費時、費錢，所以有的人就少作，甚至不作，這樣要得到足夠的、準確的、可靠的試驗數(shù)據(jù)就不可能。有效的解決辦法是數(shù)值模擬。

以有限單元法為代表(有限條帶法、邊界冗法等)的方法稱為數(shù)值方法，這是目前最接近真值的近似方法。我們設定一個數(shù)值模型，單元劃分好，模型中的特殊構造損傷事先安置好．可設置特殊單元，各種荷載及加載條件、邊界條件設計好，只要編好計算程序，在計算機上很快或較快時間內(nèi)就可以得出結(jié)果，一目了然，再調(diào)數(shù)值，形成一個新的方案再計算，很快又得出一個結(jié)果，一個計算方案的計算結(jié)果就相當于一個模型(試件)試驗。用數(shù)值模擬米和模型試驗相比較，數(shù)值模擬應用越來越廣，當然和有限單元法及電子計算機的大量使用分不開。

3.16、測試數(shù)據(jù)的整理與分析

在巖土工程測試中必然會遇到大量的數(shù)據(jù)，因此巖土工程測試中的一項重要工作就是從大量的數(shù)據(jù)中取出有用的數(shù)據(jù)并得出結(jié)論或規(guī)律，用于指導工程實踐。

數(shù)據(jù)處理，在數(shù)理統(tǒng)計中，就是通過隨機變量的部分觀察值來推斷隨機變量的特性，例如分布規(guī)律和數(shù)字特征等。數(shù)理統(tǒng)計是具有廣泛應用的一個數(shù)學分支，它以概率論為理論基礎，根據(jù)試驗或觀察得到的數(shù)據(jù)，對研究對象的客觀規(guī)律作出合理的估計與判斷。/ 13