巖土工程測試技術(shù)課件--第一章

1、1.1.1 巖土工程測試的意義巖土工程測試的意義 巖土工程測試就是對巖土體的工程性質(zhì)進(jìn)行觀測和度量，得到巖巖土工程測試就是對巖土體的工程性質(zhì)進(jìn)行觀測和度量，得到巖土體的各種物理力學(xué)指標(biāo)的試驗(yàn)工作。土體的各種物理力學(xué)指標(biāo)的試驗(yàn)工作。 （1）巖土工程測試技術(shù)不僅在巖土工程建設(shè)實(shí)踐中十分重要，而）巖土工程測試技術(shù)不僅在巖土工程建設(shè)實(shí)踐中十分重要，而且在巖土工程理論的形成和發(fā)展過程中也起著決定性的作用，測試處且在巖土工程理論的形成和發(fā)展過程中也起著決定性的作用，測試處于基礎(chǔ)地位。理論分析、室內(nèi)外測試和工程實(shí)踐是巖土工程分析三個于基礎(chǔ)地位。理論分析、室內(nèi)外測試和工程實(shí)踐是巖土工程分析三個重要的方面。理論

2、分析指導(dǎo)工程實(shí)踐，而測試又是理論分析的基礎(chǔ)。重要的方面。理論分析指導(dǎo)工程實(shí)踐，而測試又是理論分析的基礎(chǔ)。 （2）巖土工程測試技術(shù)是保證巖土工程設(shè)計(jì)的合理性的重要手段。）巖土工程測試技術(shù)是保證巖土工程設(shè)計(jì)的合理性的重要手段。 （3）巖土工程測試技術(shù)是大型巖土工程信息化施工的保障，現(xiàn)場）巖土工程測試技術(shù)是大型巖土工程信息化施工的保障，現(xiàn)場測試已經(jīng)成為巖土工程施工不可分割的重要組成部分。測試已經(jīng)成為巖土工程施工不可分割的重要組成部分。 （4）巖土工程測試技術(shù)是保證大型重要巖土工程長期安全運(yùn)行的）巖土工程測試技術(shù)是保證大型重要巖土工程長期安全運(yùn)行的重要手段。重要手段。1.1.2.1室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)室內(nèi)試驗(yàn)

3、技術(shù) 室內(nèi)試驗(yàn)主要有室內(nèi)試驗(yàn)主要有土土的物理力學(xué)指標(biāo)室內(nèi)測試試驗(yàn)、的物理力學(xué)指標(biāo)室內(nèi)測試試驗(yàn)、巖石巖石的的物理力學(xué)指標(biāo)室內(nèi)測試試驗(yàn)、利用物理力學(xué)指標(biāo)室內(nèi)測試試驗(yàn)、利用相似材料相似材料完成的巖土工程模完成的巖土工程模型試驗(yàn)和采用型試驗(yàn)和采用數(shù)值方法數(shù)值方法完成的數(shù)值仿真試驗(yàn)。完成的數(shù)值仿真試驗(yàn)。 （1）土的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)在）土的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)在土力學(xué)土力學(xué)和和土動力學(xué)土動力學(xué)中進(jìn)行講中進(jìn)行講解，主要試驗(yàn)有：土的含水率試驗(yàn)、土的密度試驗(yàn)、土粒比重解，主要試驗(yàn)有：土的含水率試驗(yàn)、土的密度試驗(yàn)、土粒比重試驗(yàn)、土的顆粒分析試驗(yàn)、土的界限含水率試驗(yàn)、砂的相對密試驗(yàn)、土的顆粒分析試驗(yàn)、土的界限含水率試驗(yàn)、砂的相對密度試

4、驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)、承載比試驗(yàn)、回彈模量試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、度試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)、承載比試驗(yàn)、回彈模量試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)、黃土濕陷試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試固結(jié)試驗(yàn)、黃土濕陷試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、直接剪切試驗(yàn)、反復(fù)直剪強(qiáng)度試驗(yàn)、土的動力特性試驗(yàn)、驗(yàn)、直接剪切試驗(yàn)、反復(fù)直剪強(qiáng)度試驗(yàn)、土的動力特性試驗(yàn)、自由膨脹率試驗(yàn)、膨脹率試驗(yàn)、膨脹力試驗(yàn)、收縮試驗(yàn)、凍土自由膨脹率試驗(yàn)、膨脹率試驗(yàn)、膨脹力試驗(yàn)、收縮試驗(yàn)、凍土密度試驗(yàn)、凍土溫度試驗(yàn)、未凍含水率試驗(yàn)、凍土導(dǎo)熱系數(shù)試密度試驗(yàn)、凍土溫度試驗(yàn)、未凍含水率試驗(yàn)、凍土導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)、凍脹量試驗(yàn)和凍土融化壓縮試驗(yàn)。驗(yàn)、凍脹量試驗(yàn)和凍土融化壓縮試

5、驗(yàn)。 （2）巖石的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)在）巖石的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)在巖石力學(xué)巖石力學(xué)中進(jìn)行講解，主要試驗(yàn)有：含水率中進(jìn)行講解，主要試驗(yàn)有：含水率實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、 顆粒密度實(shí)驗(yàn)、塊體密度實(shí)驗(yàn)、吸水性實(shí)驗(yàn)、滲透性實(shí)驗(yàn)、膨脹性實(shí)顆粒密度實(shí)驗(yàn)、塊體密度實(shí)驗(yàn)、吸水性實(shí)驗(yàn)、滲透性實(shí)驗(yàn)、膨脹性實(shí)驗(yàn)、耐崩解性實(shí)驗(yàn)、凍融實(shí)驗(yàn)、巖石斷裂韌度測試實(shí)驗(yàn)、單軸壓縮強(qiáng)度和變驗(yàn)、耐崩解性實(shí)驗(yàn)、凍融實(shí)驗(yàn)、巖石斷裂韌度測試實(shí)驗(yàn)、單軸壓縮強(qiáng)度和變形實(shí)驗(yàn)、三軸壓縮強(qiáng)度和變形實(shí)驗(yàn)、抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、形實(shí)驗(yàn)、三軸壓縮強(qiáng)度和變形實(shí)驗(yàn)、抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、 直剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、點(diǎn)荷載直剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、點(diǎn)荷載強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。 （3）相似材料模型試驗(yàn)主要在）相似材料模型試驗(yàn)主要在模型

6、試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)中進(jìn)行講解。該試驗(yàn)采用相中進(jìn)行講解。該試驗(yàn)采用相似理論，用與巖土工程原型力學(xué)性質(zhì)相似的材料按照幾何常數(shù)縮制成室內(nèi)模似理論，用與巖土工程原型力學(xué)性質(zhì)相似的材料按照幾何常數(shù)縮制成室內(nèi)模型，在模型上模擬各種加載和開挖過程，研究巖土工程的變形和破壞等力學(xué)型，在模型上模擬各種加載和開挖過程，研究巖土工程的變形和破壞等力學(xué)現(xiàn)象。模型試驗(yàn)種類繁多，主要試驗(yàn)有：巖土工程開挖施工過程圍巖破壞規(guī)現(xiàn)象。模型試驗(yàn)種類繁多，主要試驗(yàn)有：巖土工程開挖施工過程圍巖破壞規(guī)律試驗(yàn)、巖土工程加固機(jī)理研究、地下工程開挖引起的地表損害規(guī)律研究、律試驗(yàn)、巖土工程加固機(jī)理研究、地下工程開挖引起的地表損害規(guī)律研究、巖爆機(jī)理研究

7、、地下洞室群支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化分析、離心模型試驗(yàn)、光彈模型試巖爆機(jī)理研究、地下洞室群支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化分析、離心模型試驗(yàn)、光彈模型試驗(yàn)等。驗(yàn)等。 (4)數(shù)值仿真試驗(yàn)主要在數(shù)值仿真試驗(yàn)主要在有限單元法有限單元法等課程中進(jìn)行講解。數(shù)值仿真等課程中進(jìn)行講解。數(shù)值仿真試驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行巖土工程問題的研究試驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行巖土工程問題的研究,具有可以模擬大型巖土工程、模擬具有可以模擬大型巖土工程、模擬復(fù)雜邊界條件、成本低、精度高等特點(diǎn)。巖土工程數(shù)值仿真試驗(yàn)主要的數(shù)值復(fù)雜邊界條件、成本低、精度高等特點(diǎn)。巖土工程數(shù)值仿真試驗(yàn)主要的數(shù)值方法有：有限元法、離散元法、有限差分法、不連續(xù)變形法、顆粒流法、流方法有：有限元法、離

8、散元法、有限差分法、不連續(xù)變形法、顆粒流法、流形單元法、無單元法等形單元法、無單元法等 在原位測試方面，地基中的位移場、應(yīng)力場測試，地下結(jié)構(gòu)表面的在原位測試方面，地基中的位移場、應(yīng)力場測試，地下結(jié)構(gòu)表面的土壓力測試，地基土的強(qiáng)度特性及變形特性測試等方面是研究的重點(diǎn)。土壓力測試，地基土的強(qiáng)度特性及變形特性測試等方面是研究的重點(diǎn)。原位測試技術(shù)可以分為土體的原位測試試驗(yàn)和巖體的原位測試試驗(yàn)兩類。原位測試技術(shù)可以分為土體的原位測試試驗(yàn)和巖體的原位測試試驗(yàn)兩類。 （1）土體的原位測試試驗(yàn)在）土體的原位測試試驗(yàn)在基礎(chǔ)工程基礎(chǔ)工程中講解。主要有：靜載荷中講解。主要有：靜載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、

9、輕便觸探試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、輕便觸探試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、現(xiàn)場直剪試驗(yàn)、地基土動力特性原位測試試驗(yàn)、場地土波速測試、場地現(xiàn)場直剪試驗(yàn)、地基土動力特性原位測試試驗(yàn)、場地土波速測試、場地地微震觀測、循環(huán)荷載板試驗(yàn)、地基土剛度系數(shù)測試、振動衰減測試、地微震觀測、循環(huán)荷載板試驗(yàn)、地基土剛度系數(shù)測試、振動衰減測試、旁壓試驗(yàn)、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)等。旁壓試驗(yàn)、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)等。 （2）巖體的原位測試試驗(yàn)在）巖體的原位測試試驗(yàn)在巖體力學(xué)巖體力學(xué)中講解。主要有：地應(yīng)力中講解。主要有：地應(yīng)力測試、彈性波測試、回彈試驗(yàn)、巖體變形試驗(yàn)、巖體強(qiáng)度試驗(yàn)等。測試、彈性波測試、回彈試驗(yàn)、巖體變形試

10、驗(yàn)、巖體強(qiáng)度試驗(yàn)等。 現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)在水電工程大型地下廠房群、城市地鐵建設(shè)中的車站及區(qū)間隧道、大型現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)在水電工程大型地下廠房群、城市地鐵建設(shè)中的車站及區(qū)間隧道、大型城市地下空間、復(fù)雜條件下礦山巷道、大斷面隧道、高陡邊坡加固等工程施工中，由于信城市地下空間、復(fù)雜條件下礦山巷道、大斷面隧道、高陡邊坡加固等工程施工中，由于信息法施工的普及，現(xiàn)場監(jiān)測成為保證上述工程安全施工的重要手段。息法施工的普及，現(xiàn)場監(jiān)測成為保證上述工程安全施工的重要手段。 （1）巖土工程現(xiàn)場監(jiān)測涉及的領(lǐng)域眾多）巖土工程現(xiàn)場監(jiān)測涉及的領(lǐng)域眾多 （2）巖土工程現(xiàn)場監(jiān)測的分類）巖土工程現(xiàn)場監(jiān)測的分類 按開展監(jiān)測的時間：施工期監(jiān)測

11、和運(yùn)營期監(jiān)測。按開展監(jiān)測的時間：施工期監(jiān)測和運(yùn)營期監(jiān)測。 按監(jiān)測的建筑物類型：大壩監(jiān)測、地下洞室監(jiān)測、隧道監(jiān)測、地鐵監(jiān)測、基坑監(jiān)測、按監(jiān)測的建筑物類型：大壩監(jiān)測、地下洞室監(jiān)測、隧道監(jiān)測、地鐵監(jiān)測、基坑監(jiān)測、邊坡監(jiān)測、支檔結(jié)構(gòu)監(jiān)測等。邊坡監(jiān)測、支檔結(jié)構(gòu)監(jiān)測等。 按影響因素：對人類工程活動進(jìn)行的監(jiān)測、自然地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，如滑坡、崩塌等。按影響因素：對人類工程活動進(jìn)行的監(jiān)測、自然地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，如滑坡、崩塌等。 按監(jiān)測物理量的類型：變形監(jiān)測、應(yīng)力（壓力）應(yīng)變監(jiān)測、滲流監(jiān)測、溫度監(jiān)測和動按監(jiān)測物理量的類型：變形監(jiān)測、應(yīng)力（壓力）應(yīng)變監(jiān)測、滲流監(jiān)測、溫度監(jiān)測和動態(tài)監(jiān)測等。態(tài)監(jiān)測等。 按監(jiān)測變量：原因量和效應(yīng)

12、量監(jiān)測。原因量即環(huán)境參量，由于它們的變化引起建筑物按監(jiān)測變量：原因量和效應(yīng)量監(jiān)測。原因量即環(huán)境參量，由于它們的變化引起建筑物性態(tài)的變化；效應(yīng)量是建筑物對原因量變化而產(chǎn)生的響應(yīng)。性態(tài)的變化；效應(yīng)量是建筑物對原因量變化而產(chǎn)生的響應(yīng)。1.2.1 發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀 （1）新的測試設(shè)備不斷出現(xiàn)，如采用全站儀進(jìn)行表面）新的測試設(shè)備不斷出現(xiàn)，如采用全站儀進(jìn)行表面水平位移觀測，梁式傾斜儀進(jìn)行深層側(cè)向位移觀測，采用磁水平位移觀測，梁式傾斜儀進(jìn)行深層側(cè)向位移觀測，采用磁環(huán)式沉降儀進(jìn)行分層沉降觀測。環(huán)式沉降儀進(jìn)行分層沉降觀測。 （2）大型工程的自動監(jiān)測系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，如軟基加固、）大型工程的自動監(jiān)測系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，如軟

13、基加固、公路路基、基坑支護(hù)等工程現(xiàn)場監(jiān)測很多采用了先進(jìn)的實(shí)時公路路基、基坑支護(hù)等工程現(xiàn)場監(jiān)測很多采用了先進(jìn)的實(shí)時自動化監(jiān)測自動化監(jiān)測 （3）一系列新興技術(shù)用于巖土工程測試中，如光纖維傳）一系列新興技術(shù)用于巖土工程測試中，如光纖維傳感技術(shù)在巖土工程現(xiàn)場監(jiān)測感技術(shù)在巖土工程現(xiàn)場監(jiān)測 。 （4）監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和反饋技術(shù)提高迅速。先進(jìn)的三監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和反饋技術(shù)提高迅速。先進(jìn)的三維地質(zhì)建模軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)挖掘和專家系統(tǒng)等都在維地質(zhì)建模軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)挖掘和專家系統(tǒng)等都在逐步應(yīng)用。逐步應(yīng)用。 （5）國內(nèi)很多地方對實(shí)行）國內(nèi)很多地方對實(shí)行“第三方監(jiān)測第三方監(jiān)測”進(jìn)行了探索進(jìn)行了探索和實(shí)踐，實(shí)施

14、城市地下工程施工和實(shí)踐，實(shí)施城市地下工程施工“第三方監(jiān)測第三方監(jiān)測”是保證施工是保證施工安全和工程質(zhì)量十分重要的舉措，有效地避免了施工過程中安全和工程質(zhì)量十分重要的舉措，有效地避免了施工過程中可能發(fā)生的事故?？赡馨l(fā)生的事故。 （6）對于大型重要的巖土工程，監(jiān)測不僅在施工過程）對于大型重要的巖土工程，監(jiān)測不僅在施工過程中開展，而且在運(yùn)營過程中也要進(jìn)行，巖土工程的運(yùn)營期間中開展，而且在運(yùn)營過程中也要進(jìn)行，巖土工程的運(yùn)營期間的長期健康監(jiān)測系統(tǒng)的建立研究已經(jīng)發(fā)展為巖土工程領(lǐng)域的的長期健康監(jiān)測系統(tǒng)的建立研究已經(jīng)發(fā)展為巖土工程領(lǐng)域的重要課題之一。重要課題之一。 （1）國產(chǎn)的巖土工程現(xiàn)場監(jiān)測儀器的信息化程度較低，）國產(chǎn)的巖土工程現(xiàn)場監(jiān)測儀器的信息化程度較低，急需對先進(jìn)的國外監(jiān)測儀器進(jìn)行消化吸收，提高國產(chǎn)化率，減急需對先進(jìn)的國外監(jiān)測儀器進(jìn)行消化