巖體測試與檢測技術(shù)論文

word文檔可自由復(fù)制編輯本科生結(jié)課論文巖土工程測試與檢測技術(shù)測試工作是巖土工程中必須進(jìn)行的關(guān)鍵步驟，它不僅是學(xué)科理論研究與發(fā)展的基礎(chǔ)，而且也為巖土工程實(shí)際所必需。監(jiān)測與檢測可以保證工程的施工質(zhì)量和安全，提高工程效益。在巖土工程服務(wù)于工程建設(shè)的全過程中，現(xiàn)場監(jiān)測與檢測是一個重要的環(huán)節(jié)，可以使工程師們對上部結(jié)構(gòu)與下部巖土地基共同作用的性狀及施工和建筑物運(yùn)營過程的認(rèn)識在理論和實(shí)踐上更加完善。依據(jù)監(jiān)測結(jié)果，利用反演分析的方法，求出能使理論分析與實(shí)測基本一致的工程參數(shù)。巖土工程測試包括室內(nèi)土工試驗(yàn)、巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)、原位測試、原型實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)測等，在整個巖土工程中占有特殊而重要的作用。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，而且在巖土工程的理論形成和發(fā)展過程中也起著決定性作用。測試技術(shù)也是保證巖土工程設(shè)計的合理性和保證施工質(zhì)量的重要手段。巖土工程的測試、檢測與檢測是從事巖土工程勘測、設(shè)計、施工監(jiān)理的工作者所必需的基本知識，同時也是從巖土工理論研究所必須具備的基本手段。巖土工程測試技術(shù)一般可以分為室內(nèi)試驗(yàn)、原位測試和原型監(jiān)測三大類，還有各種模型試驗(yàn)，極其多樣，各有各的特點(diǎn)和用途，同一種參數(shù)，又因測試方法不同而得出不同的成果數(shù)據(jù)。選用合理的測試方法成為巖土工程計算能否達(dá)到預(yù)期效果的重要環(huán)節(jié)。例如土的模量有壓縮模量、變形模量、旁壓模量、反演模量；土的抗剪強(qiáng)度室內(nèi)試驗(yàn)有直剪和三軸剪；直剪又有快剪、固結(jié)快剪和慢剪；三軸剪又有不固結(jié)不排水剪、固結(jié)不排水剪、固結(jié)排水剪和固結(jié)不排水剪測孔隙水壓力；原位測試有十字板剪切試驗(yàn)和野外大型剪切試驗(yàn)。測試方法的多樣性，也是巖土工程區(qū)別于其他工程技術(shù)一個重要特點(diǎn)。

隨著現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，各類工程日新月異，重型廠房、高層建筑、重大的水利樞紐、艱險的鐵路、橋梁和隧道，以及為了向海洋尋找資源、向地下爭取空間而進(jìn)行的各種發(fā)展性工程等，都與他們所依賴以存在的巖土地層有著極為密切地聯(lián)系。各類工程的成功與否，在很大程度上取決于巖土體能否提供足夠的承載力，保證建筑物不產(chǎn)生影響其安全、正常使用的過大或不均勻沉降，以及水平位移、穩(wěn)定性或各種形式的巖土應(yīng)力作用。為了保證各類工程及周圍環(huán)境安全，確保工程的順利進(jìn)行，必須進(jìn)行巖土測試、檢測和監(jiān)測。巖土測試技術(shù)以巖土力學(xué)理論為指導(dǎo)法則，以工程實(shí)踐為服務(wù)對象，而巖土力學(xué)理論又是以巖土測試技術(shù)為實(shí)驗(yàn)依據(jù)和發(fā)展背景的。不論設(shè)計理論與方法如何先進(jìn)、合理，如果測試落后，則設(shè)計計算所依據(jù)的巖土參數(shù)無法準(zhǔn)確測求，不但巖土工程設(shè)計的先進(jìn)性無從體現(xiàn)，而且?guī)r土工程的質(zhì)量與精度也難以保證。所以，測試技術(shù)是從根本上保證巖土工程設(shè)計準(zhǔn)確性、代表性以及經(jīng)濟(jì)性的重要手段。再整個巖土工程中它與理論計算和施工檢驗(yàn)是相鋪相成的。下面介紹幾種重要的巖土工程測試。

一、室內(nèi)土工試驗(yàn)

目前，土工試驗(yàn)大致可分為觀察判別試驗(yàn)、物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)和力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)等。

室內(nèi)試驗(yàn)項(xiàng)目包括：

1.土的物理性能試驗(yàn),2.砂的相對密度試驗(yàn)：3.土的變形試驗(yàn)：4.土的強(qiáng)度試驗(yàn)：5.土的化學(xué)性試驗(yàn)：

（一）土的物理性能試驗(yàn),包括：含水率、密度、顆粒密度、界限含水率、顆粒分析、滲透、擊實(shí)等試驗(yàn)。試驗(yàn)成果可分別用于土的工程分類、土的狀態(tài)判定、滲透計算、填土工程施工方法的選擇和質(zhì)量控制。

（二）砂的相對密度試驗(yàn)：包括砂的最大和最小孔隙比試驗(yàn)，由此確定砂的相對密實(shí)度，可作為判斷砂疏密狀態(tài)的指標(biāo)。

（三）土的變形試驗(yàn)：包括固結(jié)、壓縮、濕陷性和膨脹性等。這些試驗(yàn)可為設(shè)計提供變形參數(shù)，即：壓縮系數(shù)、壓縮模量、體積壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、前期固結(jié)壓力、固結(jié)系數(shù)、濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)、膨脹率、膨脹力等指標(biāo)。

（四）土的強(qiáng)度試驗(yàn)：包括直接剪切試驗(yàn)、反復(fù)直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)等。

這些試驗(yàn)可為設(shè)計提供抗剪強(qiáng)度指標(biāo)參數(shù)(黏聚力、內(nèi)摩擦角)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、靈敏度等。用以計算地基、邊坡及擋土墻等的穩(wěn)定性，必要時用以計算地基承載力。

（五）土的化學(xué)性試驗(yàn)：包括黏土礦物鑒定、有機(jī)質(zhì)和鹽漬土試驗(yàn)等。黏土礦物成分是決定土的物理、化學(xué)性質(zhì)的重要因素；有機(jī)質(zhì)試驗(yàn)可測得土中的有機(jī)質(zhì)含量，供研究其特性或供施工選擇土料之用；鹽

漬土指土中易溶鹽含量大于5％的土。隨著其含量多寡和類別的不同，土的物理力學(xué)性質(zhì)將有不同程度的改變，進(jìn)行鹽漬土試驗(yàn)，提供相應(yīng)的指標(biāo)，作為地基評價、采取工程措施或選料決策的依據(jù)。

二、巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)

巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要任務(wù)是進(jìn)行常規(guī)力學(xué)指標(biāo)測試和巖體變形與破壞機(jī)理的分析與研究。

巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：

1.測定巖石的顆粒密度2.測定巖石的塊體密度3.測定巖石的吸水率與飽和吸水率4.測定巖石的靜力變形參數(shù)5.測定巖石的單軸抗壓強(qiáng)度6.測定巖石的抗拉強(qiáng)度7.測定巖石的剪切強(qiáng)度8.測定巖石的抗折強(qiáng)度9.測定巖石的點(diǎn)荷載強(qiáng)度10.測定巖石的動力變形參數(shù)

11.測定巖石三軸壓力條件下的強(qiáng)度與變形參數(shù)12.測定結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度參數(shù)三、巖土的原位測試技術(shù)

原位測試一般是指在現(xiàn)場基本保持地籍圖的天然結(jié)構(gòu)、天然含水量、天然應(yīng)力狀態(tài)的情況下測定地基土的物理-力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的試驗(yàn)方法。通過這些方法測定地基土的物理力學(xué)指標(biāo)，進(jìn)而依據(jù)理論分析或經(jīng)驗(yàn)公式評定巖土的工程性能和狀態(tài)。有些巖土工程由于地質(zhì)條件復(fù)雜或者結(jié)構(gòu)條件與荷載條件復(fù)雜，難以用理論計算方法對土體的應(yīng)力-應(yīng)變的變化做出準(zhǔn)確的預(yù)計，也難以在室內(nèi)模擬現(xiàn)場地層條件和現(xiàn)場荷載條件進(jìn)行試驗(yàn)。這是，可以通過原位實(shí)驗(yàn)為設(shè)計提供可靠的依據(jù)。原位測試不僅是巖土工程勘察與評價中獲得巖土體實(shí)際參數(shù)的最重要手段，而且是巖土工程監(jiān)測與檢測的主要方法，并且可用于施工過程中或地基加固處理后地基土的物理力學(xué)性質(zhì)及狀態(tài)的變化或檢測。巖土的原位測試又可以分為兩種，一種是作為獲取實(shí)際參數(shù)的原位實(shí)驗(yàn)，另一種則是作為提供施工控制和反演分析參數(shù)的原位監(jiān)測。

（一）原位測試有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：

1、避開了取土樣的困難，可以測定難以采取不擾動試樣的土層的有關(guān)工程性質(zhì)；

2、在原位應(yīng)力條件下進(jìn)行試驗(yàn)，避免采樣過程中應(yīng)力釋放的影響；

3、實(shí)驗(yàn)的巖土體體積較大，代表性強(qiáng)；

4、工作效率較高，可大大縮短勘探實(shí)驗(yàn)的周期。

（二）原位測試盡管有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有一定的不足之處：

1、各種原位測試都有其針對性和適用條件，如使用不當(dāng)則會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性；

2、原位測試所得參數(shù)與圖的工程性質(zhì)間的關(guān)系往往是建立在統(tǒng)計關(guān)系上；

3、影響原位測試結(jié)果的因素較為復(fù)雜，使得對策定制的準(zhǔn)確判定造成一定的困難；

4、原位測試中的主應(yīng)力方向與實(shí)際巖土工程問題中多變的主應(yīng)力方向往往并不一致。

（三）巖土工程中的原位測試技術(shù)可用于巖土工程的各個分支工程中，它貫穿于工程的各個階段，在不同的階段中有著不同的功能。巖土工程中的原位測試技術(shù)包含如下種類：

1．基本測試技術(shù)：

（1）載荷試驗(yàn)（平板、螺旋板）；（2）靜力觸探試驗(yàn)；（3）圓錐動力觸探試驗(yàn)；（4）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)；（5）十字板剪切試驗(yàn)；（6）旁壓試驗(yàn)；（7）現(xiàn)場剪切試驗(yàn)；（8）波速試驗(yàn)；（9）基樁的靜力測試和動力測試；（10）錨桿抗拔試驗(yàn)；

2．工程應(yīng)用：

（1）巖土工程勘察；（2）地基基礎(chǔ)的質(zhì)量檢測；（3）基坑開挖的檢測與監(jiān)測；（4）巖體原位應(yīng)力測試；（5）公路、隧道、大壩、邊坡等大型工程的監(jiān)測和檢測。

除上列種類外，近年來還發(fā)展起來一些新的原位測試技術(shù)。本講義分為9章，主要介紹載荷試驗(yàn)等通用（基本）測試技術(shù)。

巖土工程原位測試技術(shù)是巖土工程的重要組成部分。無數(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論計算表明，巖土的工程性質(zhì)試驗(yàn)成果和精度，會因其種類、狀態(tài)、試驗(yàn)方法和技巧的不同而有較大的出入。和室內(nèi)試驗(yàn)相比，原位測試的代表性好、測試結(jié)果精度較高，因而較為可靠。在巖土工程中，選用正確的參數(shù)遠(yuǎn)比選用計算方法重要，因而巖土工程的原位測試在巖土工程中占據(jù)了重要的地位。沈珠江院士認(rèn)為，可靠的土質(zhì)參數(shù)只能通過原位測試取得。近20年來，巖土工程原位測試技術(shù)受重視的程度愈來愈高，以全國性的地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范和勘察規(guī)范為例，在《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》TJ7-74中只在附錄中列入了觸探試驗(yàn)與單樁靜載荷試驗(yàn)要點(diǎn)，而在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GBJ7-89的附錄中則增加了地基土載荷試驗(yàn)要點(diǎn)、巖基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入和輕便觸探試驗(yàn)要點(diǎn)，與TJ7-74相比，原位測試的份量加重了，到了95年的《巖土工程勘察規(guī)范》，已將原位測試單獨(dú)列為了一章，包含了載荷試驗(yàn)等十種在勘察、設(shè)計階段常用的原位測試方法。由此可見，巖土工程原位測試技術(shù)的地位是愈來愈重要了。而且，巖土工程原位測試技術(shù)的應(yīng)用范圍并不限于勘察設(shè)計階段，在施工和施工驗(yàn)收階段，原位測試也有重要的應(yīng)用。

巖土工程多為隱蔽性工程，由于巖土性質(zhì)的復(fù)雜多變，加之結(jié)構(gòu)體與巖土體之間的相互作用難以把握，故巖土工程中發(fā)生事故的機(jī)率很大而且難于發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。因此，重視和強(qiáng)化巖土工程中的監(jiān)測和檢測工作是十分必要的，而原位測試（檢測）是實(shí)際工作中最常用也是最直觀可靠的技術(shù)手段。

四、現(xiàn)場監(jiān)控

現(xiàn)場監(jiān)控就是以實(shí)際工程作為對象，在施工期及工后期對整個巖土體和地下結(jié)構(gòu)以及周圍環(huán)境，于事先設(shè)定的點(diǎn)位上，按設(shè)定的時間間隔進(jìn)行應(yīng)力和變形現(xiàn)場觀測?，F(xiàn)場監(jiān)測工作主要包括三個方面內(nèi)容：

1、對巖土所受到的施工作用、各類荷載的大小以及在這些荷載作用下巖土反應(yīng)性狀的監(jiān)測。

2、對建設(shè)中或運(yùn)營中結(jié)構(gòu)物的監(jiān)測。

3、監(jiān)測巖土工程在施工及運(yùn)營過程中對周圍環(huán)境的影響，比如對地基加固的檢驗(yàn)與檢測

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，不僅事先要選擇在地質(zhì)條件良好的場地上從事建設(shè)，而且有時也不得不在地質(zhì)條件良好的場地上從事建設(shè)，而且有時也不得不在地質(zhì)條件不良的地基上進(jìn)行修建。因此為了保證工程質(zhì)量，往往需要通過現(xiàn)場測試對加固效果進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測與檢測。因此現(xiàn)場測試就成為地基加固的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場測試可以為工程設(shè)計提供依據(jù)；對施工過程進(jìn)行控制、檢驗(yàn)和指導(dǎo)；為理論研究提供試驗(yàn)手段。但是現(xiàn)場測試在地基加固過程中需要注意下列問題：加固后的現(xiàn)場測試應(yīng)在地基加固施工結(jié)束后經(jīng)一定時間的休止恢復(fù)后再進(jìn)行；為了有較好的可比性，前后兩次測試應(yīng)盡量由統(tǒng)一組織人員、用同一儀器、按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；由于各種測試方法都有一定的適用范圍，故必須根據(jù)測試目的和現(xiàn)場條件，選用最好的的方法；無論何種測試方法都有一定的局限性，顧應(yīng)盡可能采用多種方法，進(jìn)行綜合評價。

五、原型試驗(yàn)

原型試驗(yàn)以實(shí)際地下結(jié)構(gòu)物為對象在現(xiàn)場地質(zhì)條件下按設(shè)計荷載條件進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)構(gòu)具有直觀、可靠等優(yōu)點(diǎn)。通過原型試驗(yàn)可以進(jìn)一步驗(yàn)證工程勘察結(jié)果和設(shè)計結(jié)果的正確性與可靠性。比如樁基礎(chǔ)的測試與檢驗(yàn)。樁基礎(chǔ)是一種應(yīng)用十分廣泛的基礎(chǔ)形式，樁基的質(zhì)量直接關(guān)系到整個建筑物的安危。裝的施工具有高度的隱蔽性，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題難，事故處理更難，因此，樁基礎(chǔ)的監(jiān)測工作是整個樁基工程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，只有提高基樁的監(jiān)測評定結(jié)果的可靠性，才能真正保證樁基工程的質(zhì)量與安全。

樁的靜荷載試驗(yàn)是確定單樁承載能力、提供合理設(shè)計參數(shù)以及檢驗(yàn)裝機(jī)質(zhì)量最直觀、最可靠的方法。近年來，我國的樁基檢測技術(shù)，特別是基樁動測技術(shù)得到了飛速發(fā)展?；鶚兜膭恿y試，一般是在樁頂施加一激振能量，引起樁身的震動，利用特定的儀器記錄下樁身的振動信號并加以分析，從中提取能夠反映樁身性質(zhì)的信息，從而達(dá)到確定樁身材料強(qiáng)度、檢驗(yàn)樁身的完整性、評價樁身施工質(zhì)