浅谈岩土工程中的几种试验方法

浅谈岩土工程中的几种试验方法

郭哲

三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌443002

摘要：岩土工程与我们的生活息息相关，不同性质的岩土体会对工程质量造成不同的影响。为此，我们需要对岩土体进行试验来获得它们的各种参数，从而更好地了解工程概况。

关键词：岩土工程；测试方法；岩土

1.引言

随着我国建设水平的不断提高与工程规模的不断扩大，岩土工程问题也日益突出。而岩土体作为工程地质体的一部分，特别是对地下工程而言，岩土体既是建筑的结构材料，又是工程环境的构造物。因而岩土体自身的性质会对整个工程产生十分重要的影响，诸如围岩稳定、基坑突涌、岩爆等一列的工程问题，为此，对岩土体的性质进行研究是十分必要的。

2.土体试验方法

土体的试验方法主要是原位测试，一般指不影响土层的稳定性的情况下，通过规定的一起和严密的科学实验，获得工程现场的土体的物理力学参数。由于原位测试并为对土体产生扰动，所以相对传统的勘探手段而言，原位测试得到的数据结果更为精确，而且也避免了因为运输土体样本带来的不便，可以节约不少时间。通常来说，土体原位测试有以下几种常用具体的方法：

（1）静力载荷试验：静力载荷试验是指通过外力将不同级别的荷载分别施加于合适面积的承压板上，然后通过承压板将荷载均匀的传递到现场被测土体上，土体由于承压板压力的作用会发生排水固结，并因此产生变形和沉降。通过特定的沉降测量装置，可以绘制出土体应力-应变曲线，然后可以根据此曲线得出土体的孔隙比、变形模量、压缩模量等参数并以此确定土体的工程特性，即：当应力-应变曲线的斜率较大时，单位应力产生的沉降量更为，所以该图为高压缩性土，不适于较大的工程建设，否则将有产生不均匀沉降甚至整体下陷的风险；反之，如果应力-应变曲线的斜率较为平缓，则该处土为低压缩性土，具有良好的工程性质。

（2）静力触探试验：对于某些场地而言，由于形成及沉积时间和风化剥蚀程度的不同，土层往往具有分层的特性。而对于成层的土体，很难通过静力载荷试验将各土层分辨出来，所以这个时候就要采用静力触探试验。即将特殊处理过的探头压入土体，通过外加荷载的作用使其不断深入土层，然后测定探头尖端所受到的摩擦力，因为分层土的各项物理性质，如密度、孔隙比、压缩模量等不听，导致尖端所受的摩擦力也会不同，因此各土层的工程性质可以得到良好地反应。另外，为了适应不同的地质条件和精度要求，可以采用的探头种类也可分为三种不同类型，：即单桥探头、双桥探头、孔压探头。触探试验结束后，可以通过仪器测得的摩擦力随深度曲线初步判断出各个土层的类别，并可以通过土力学原理进一步获得土体的抗剪强度、粘聚力等特征参数。

（3）扁铲侧胀试验：同静力触探试验一样，扁铲侧胀试验也是适用于测量分层土的工程性质的原位测试方法。虽然扁铲侧胀试验相对于其他原位测试方法而言起源较晚，但因为其操作简便、经济节约、可循环性测试等优点，从上世纪八十年代刚发明出来后就迅速得到了广泛的应用，并先后作为各个国家岩土体测试的推荐方法。该试验主要是通过测定安装于扁铲侧面模片的应力应变关系，根据力学的基本原理，获得土体的相关参数。由于土体中不同位置的应力应变关系不同，为了更精确的获得试验结果，往往需要通过线性回归的方法对各个点的连线进行拟合修正，然后根据土力学相关知识进一步推导出变形模量、抗剪强度等参数，从而确定场地的地基承载力以便确定工程规模。而根据多次的工程试验数据来看，扁铲侧胀试验适用于淤泥质土，软黏土等强度较低的土体，而对于碎石土、砂土等的测定则有所偏差。

（4）抗剪试验：土体的抗剪强度是指土体抵抗剪切变形破坏的受剪能力。一般来说，工程建筑物的整体破坏通常都是因为其下部地基土发生部分剪切破坏，从而形成贯通的滑动面使得地基失稳。为了保证建筑物的整体稳定性，往往需要对现场土体的抗剪强度进行试验，主要是分为直接剪切试验和三轴压缩试验。直接剪切试验是指通过测量两个水平接触面之间的剪应力并通过力学原理间接测定试验土的抗剪强度，且可以根据不同的水文地质情况选择以下三种试验方式，即快剪试验、固结快剪试验和慢剪试验。三轴压缩试验主要是指通过施加竖直方向的轴力和围压使岩体试样发生剪切破坏，进而相对准确地测量出土体的抗剪强度，并可以根据围压的等量关系分为真三轴试验和假三轴试验。而由于真三轴试验的测试仪器较为昂贵且操作较为复杂，故实际试验中往往采取假三轴试验，即围压处处相等，虽然假三轴试验的准确度相对较低，但也足够满足试验的要求而且试验的成本比真三轴试验低不少，故而实际工程中往往选择假三轴试验。同直剪试验一样，三轴压缩试验也可根据不同的水文地质条件分为不固结不排水试验、固结不排水试验、固结排水试验。

3.岩体测试试验

一般来说，岩体是在漫长的地质演变过程中通过各种复杂的自然作用和构造运动中形成的、由结构面和各种非连续体组成的产物。

（1）岩体声波试验：根据物理学知识，声音的传播速度跟其所在的介质紧密相关。通常而言，介质越稳定，声波的传播速度越快，实际生活中也往往通过声波来测定两地之间的直线距离。因为岩体属于固体且具有相对稳定的力学性质，故而声波在岩体中的传播速度相对稳定，而由于岩体中存在结构面、节理、裂隙等结构，会导致声波在不同性质岩体中的传播速度也不同，而通过不同的波速也可以分辨岩体的类别和其所具有的工程性质。当波速较大时，说明岩体的力学性质较好，风化程度较轻，比较适合作为工程岩体。

（2）岩体渗透性试验：岩体的渗透性主要是指在动水压力一定的情况下，岩体中的裂隙被水穿透的能力。通常来说，岩体渗透性试验的主要原理是达西定律，即水在岩体中的渗流速率与该渗流段水力坡度成正比，而比例系数k则是跟岩体自身性质相关的参数。在进行渗透试验前，需要将岩石完全浸湿，使之充分饱和，使得压力水在岩体裂隙中能够平缓的流动，避免因孔隙未完全张开导致的渗流速度损失。当测出比例系数k后，即可对岩体的渗透性进行评价。

4.结语

作为岩土工程中的承载主体，岩土体的性质往往对工程有着极其重要的影响。而为了准确的了解岩土体的各项性质，必须进行相关的试验从而获得准确的各项参数。因此，需要掌握常用的岩土体试验方法以便能够适应各种复杂的地质环境。

参考文献：

[1]徐威,陈智勇,郑华文.扁铲侧胀试验计算地基承载力的方法及对比分析[J].水运工程,2018(06):268-273.

[2]姜方龙.浅析岩土工程勘察土工试验中的常见问题与处理方法[J].福建建材,2013(06):22-23.

[3]贺瑞霞,任德生,曹洪亮.工程地质勘察中的标准贯入试验[J].铁道建筑,2010(03):60-62.

[4]徐海波,宋新江,钱财富.静力触探法研究综述[J].南水北调与水利科技,2013,11(05):78-81+135.