岩土工程原位测试现状与思考

岩土工程原位测试现状与思考

蒋元浩1

1重庆交通大学 河海学院，重庆 400074

摘  要：岩体工程建设中原位试验是设计的重要数据标准，为获得更加准确的数据，近年来原位试验研究不断进行，并取得巨大进展，本文简要论述了荷载试验、旁压试验和触探试验的现状，并对原位试验的进行提出了思考与展望。

关键词：荷载试验；旁压试验；原位测试；综述

0 引言

岩土工程原位试验是工程建设中不可缺少的环节，相比与室内试验，原位试验代表性高，模拟程度更可靠，规模更大，具有方便操作，周期短效率高等特点。当前的原位测试技术具备自动化、信息化、多功能化和技术升级等四大特征，但仍然存在测试成本高、理论基础薄弱、试验自身局限和进展缓慢等问题[1]。因此，在我国日益发展的工程环境中，了解并发展原位测试技术显得尤为重要。近年来，其主要进展有：1、新型的传感器和相关的测量系统不断出现，如高精度孔压静力触探原位测试技术、基于全流动理论相继提出的几种新型的全流触探贯入仪、可视化 CPT 技术、电阻率 RCPTU 技术。2、提出了一系列的针对不同工况的原位岩土试验参数的分析体系。3、一系列新技术用于岩土体原位测试实验，如热传导探头TCPTU测试模块研发与土体热物性评价方法研究。4、设备的自动化及数字化程度明显提升。本文从荷载试验、旁压试验、触探试验等几个方面概述了原位试验的现状与思考。

1 荷载试验

荷载试验为工程建设提供承载力与变形模量设计依据，目前长春工程学院的深层荷载试验可达100m，，可消除测深对位移、传力柱和孔壁摩擦对荷载测量值的影响并且配备了自动显示、存储和打印等功能[2]；除深层荷载试验外还有一系列的便携式载荷试验可以在户外通过无线技术实现人机分离，在极端或者不便的情况下远程完成试验。同时也有学者在仪器减重等方面进行了相应研究，通过调整传统的螺旋版尺寸，进一步方便了试验的进行。

但总的来说，荷载试验使用的重物如果没有处理好，会产生较大的荷载，从而使得安装过程变得更加复杂，而且容易引发其他各类问题。所以在仪器简化等方面需要进一步进行研究。

2 旁压试验

旁压仪最早是单腔式旁压仪，然后又出现三腔，演变到现在可分为预钻式、自钻式和压入式三种。其中压入式对土体的挤压效应明显，很少使用。

预钻式旁压仪具有结构简单，操作方便的优点，发展到现在已经可以实现自动采集数据和编程的步骤，而且可以自动进行弹性膜约束力和综合变形的校正，其中法国梅纳旁压仪尤为突出。但是介于预钻的原理，其对土体扰动也不可避免，所以针对预钻式如何减小其误差也显得十分必要。

自钻式旁压仪是一次行完成钻孔、定位与试验的，张晓伦研制的自钻式原位剪切旁压仪，结合了室内直剪试验，完成了对土体扰动的减少，并且能同时测出土的强度和变形参数、获得不同深度土的力学参数[3]。

除此之外，多功能行的旁压试验也渐渐走进人们的视野，如改变探头的一孔多用的出现和联合剪切测抗剪强度和剪切模量。

总的来说，旁压仪的功能已经越来越强大和完善，但目前需要我们注意的是如何改善因为横向加压和土的各向异性所带来的误差。

3 触探试验

触探试验是在外力的作用下，使一定规格的锥头贯入土中，测出土的贯入阻力，以此确定土的物理力学性质。主要包括静力触探试验、标准贯入试验和圆锥动力触探试验。

静力触探试验广泛运用于地震、海洋等领域，当前的静力触探贯入设备也实现了集成化和自动化，如履带式静力触探、全地形静力触探车、集装箱贯入式、全自动式连续静力触探设备和车载式CPTU 系统等相继出现，可以实现工作一天触探深度达 300 m 左右，并自动记录、打印和处理成果。部分设备可进行无线操作，如瑞典的Geotech AB 公司生产的 Cpt-Nova Acoustic。

标准灌入试验现在也在其自动化方面取得一些进展，包括自动记录测试深度、锤击数、每一锤的贯人度、钻杆所承受的每一锤冲击力等，并且可以计算出各锤的能量传递率。但试验目前不能较高定量化程度的描述土层承载能力等的指标，未来看能否结合动态全面分析灌入的过程以达到此目的。

圆锥动力触探设备目前实现了多方面的技术升级，具备了取土样、远程操控、数据自动采集、分析和处理等功能，典型代表为法国Apageo公司的APAFOR50和APAFOR100动力触探仪。当然也有水平和倾斜方向的勘探，但总的来说动力触探任然缺乏定量的数据支持。

4 思考与展望

岩土原位实验随着发展种类也越来越多，更大地丰富了试验内容，更加方便了岩土工程勘测，就目前而言，做岩土原位试验需要注意以下几个方面：

（1）试验原理的选取

因为原位试验土体情况的复杂性，使得原位试验大大受限，因此根据试验的原理就可以对实验进行改进，以此更加符合现场情况的要求。比如天然密度的获取，对于浅层砂土和砾砂土可采用原位密度试验的灌砂法和灌水法。

（2）仪器的确定

不同的原位试验的仪器不相同，但都是根据土的特性而确定的，如静力触探和动力触探的仪器很多部分其实都可以公用，旁压试验和扁铲侧胀试验（DMT)的加压装置基本相同。

（3）试验步骤的分析

可以知道原位试验的实验误差来自很多方面，但当一个实验的原理和基本一起已经确定的时候，那么这个时候实验的误差基本上就来自于实验过程当中，于是对于实验步骤与要点的分析就显得十分地重要，在掌握实验原理的基础上，对试验步骤的分析能够有效指导我们试验对于试验的把控，从而控制误差来源，减少误差和杜绝操作方面导致的错误。

（4）试验结果的处理与分析

对于一个试验而言，只有当试验的结果处理分析完毕，没有任何异常的时候，这个试验才算是完成，如果试验结果与实际明显不符合或者差异较大，就需要考虑是否是实验过程中的错误所导致的，有就需要进行更改甚至重新做试验，当然对于实验结果的处理分析不单单只是对实验数据的汇总，因为我们得到的试验数据其实大多时候是一些简单的岩土体参数，想要得到能够用于指导生产实践的岩土体工程参数，往往需要对试验数据进行进一步的处理。比如利用公式计算或者画图对比分析。

对于岩土体原位测试，根据其现在发展状况，还有许多值得改进的地方，现在有许多针对特殊岩土体的原位试验，也有许多利用新技术进行的优化试验，针对岩土体复杂多变的特性，如何提高精度，如何在同一类岩土体中找到共同点，如何寻求一个合适的理论以统一相似的结论，也是目前岩土体原位试验所短缺的。同时如何引入新技术，对原位测试进行集成创新、实现自动化等也是未来发展的趋势。

5 参考文献

[1]王云南,张龙,郑建国,刘争宏,于永堂,门青波.最近三十年岩土原位测试技术新进展[J].岩土工程术,2021,35(04):269-274.

[2]吴丽萍，吴银柱，杨国春，等. 深层平板载荷试验装置的 研究[J]. 工程勘察，2001，（6）：4-7.

[3]张晓伦,徐光黎,王春艳,程伟峰. 自钻式原位剪切旁压仪及其工程应用[C]//.第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集.,2007:919-923+928.