【文章內(nèi)容簡介】 ............................................................12 、非飽和土測試.........................................................................................................12 、模型試驗.................................................................................................................12 、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，數(shù)學上的概率統(tǒng)計就是在實踐總結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果的影響。原位測試結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?，F(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。/ 1平板荷載試驗原位試驗(InSitu 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。、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，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ju=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構、構造特性，如層理、裂隙、結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)让娴目辜魪姸萾fV和上下端面上的抗剪強度tfH為均勻分布并相等，即tfV=tfH=tf。由于十字板現(xiàn)場剪切試驗為不排水剪切試驗。因此其試驗結果與無側限抗壓強度試驗結果接近，飽和軟土在固結不排水剪切時j=0，故tf=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(Pff)、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。現(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(．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，即使毫無粘結力的碎石也能被加固成承載能力相當高的糕體“結構”。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。、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，