【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ............................................................12 、非飽和土測(cè)試.........................................................................................................12 、模型試驗(yàn).................................................................................................................12 、測(cè)試數(shù)據(jù)的整理與分析.........................................................................................13巖土工程測(cè)試課程報(bào)告貴州大學(xué)（貴州路橋集團(tuán)有限公司）王鎖一、巖土工程測(cè)試的意義概述巖土工程測(cè)試就是對(duì)巖土體的工程悱質(zhì)進(jìn)行觀測(cè)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。巖土工程測(cè)試是生產(chǎn)實(shí)踐，也是科學(xué)試驗(yàn)，是獲得感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)的必由之路。毛澤東在《實(shí)踐淪》中說過：“真理的標(biāo)準(zhǔn)只能是社會(huì)的實(shí)踐。實(shí)踐的觀點(diǎn)是辯證唯物論的認(rèn)識(shí)論之第一的和基本的觀點(diǎn)。”他又說：“社會(huì)實(shí)踐的繼續(xù)，使人們?cè)趯?shí)踐中引起感覺和印象的東西反復(fù)了多次，于是在人們的腦子里生起了一個(gè)認(rèn)識(shí)過程的突變(即飛躍)，產(chǎn)生了概念?！蓖聊竟こ?、巖土工程都是很古老的學(xué)科。早期以土、木、石為材料，都是先有實(shí)踐、試驗(yàn)，后來才有了材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)，近代才有了彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、土力學(xué)、巖石力學(xué)等。材料屬性必須通過試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲得。土力學(xué)中有試驗(yàn)土力學(xué)，粒徑級(jí)配曲線、e—P曲線、p—S曲線、擊實(shí)曲線都是試驗(yàn)、測(cè)試得到的，庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度理論、達(dá)西定律也都是實(shí)踐、試驗(yàn)得到的。土木工程、巖土工程中經(jīng)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)公式很多，經(jīng)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)更是實(shí)踐的總結(jié)，數(shù)學(xué)上的概率統(tǒng)計(jì)就是在實(shí)踐總結(jié)的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的。科技中常用的反分析法更是由實(shí)踐、試驗(yàn)結(jié)果反求材料特性、計(jì)算參數(shù)和深究理論概念。英國(guó)人培根有一句名言“知識(shí)就是力量”。這句話不完整，沒有提到實(shí)踐的作用。知識(shí)如果不和實(shí)踐相結(jié)合，不能應(yīng)用，就產(chǎn)生不了力量。中國(guó)老百姓有一句俗語叫有本事，本事即能力，即在實(shí)踐中應(yīng)能用知識(shí)來解決問題、創(chuàng)造效益、提高生產(chǎn)力，這才是活的知識(shí)，才有力量，才算有本事。反之，如果知識(shí)不結(jié)合實(shí)踐，不能應(yīng)用，那就是一個(gè)書呆子，沒有本事。我國(guó)宋代大詩(shī)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(shí)，絕知就是真知、會(huì)用，躬行就是實(shí)踐。一名巖土工程師如果不重視實(shí)踐、試驗(yàn)，那是不可思議的，終無大成就，因此一定要重視試驗(yàn)、實(shí)測(cè)技術(shù)?？偨Y(jié)得到的理論、計(jì)算公式的可靠性如何檢驗(yàn)?zāi)?？還是實(shí)踐，以此為標(biāo)準(zhǔn)，由實(shí)踐來檢驗(yàn)、提煉理論。/ 13二、巖土工程測(cè)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(kù)侖定律、各種巖土體本構(gòu)模型等）幾乎都是建立在試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)之上。理論分析指導(dǎo)工程實(shí)踐，而土工測(cè)試又是理論分析的基礎(chǔ)。因此，在巖土工程中，測(cè)試處于基礎(chǔ)地位。近幾十年以來，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，工程實(shí)踐中出現(xiàn)了更多更復(fù)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(shè)計(jì)方法涌現(xiàn)出來。這些新的理論和設(shè)計(jì)方法要求測(cè)試技術(shù)有新的發(fā)展和突破。沒有先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)就得不到新的理論和設(shè)計(jì)方法所需要的精確的巖土體參數(shù)，這些新的理論和設(shè)計(jì)方法就無法保證工程實(shí)踐精度。因此，現(xiàn)代工程實(shí)踐對(duì)測(cè)試技術(shù)的要求越來越高，依賴性也越來越強(qiáng)。從整體上看，巖土工程測(cè)試可以分為原位測(cè)試和室內(nèi)測(cè)試兩大類。原位測(cè)試可以在最大限度上減少試驗(yàn)前對(duì)巖土體的擾動(dòng)，避免了這些擾動(dòng)可能帶來的對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。原位測(cè)試結(jié)果可以直接反映原位巖土體的物理力學(xué)狀態(tài)，更接近工程實(shí)踐的實(shí)際情況。同時(shí)，對(duì)于某些難于采樣進(jìn)行室內(nèi)測(cè)試的巖土體（如承受較大固結(jié)壓力的砂層），原位測(cè)試是必需的。但是進(jìn)行原位測(cè)試，需要的人力、物力和財(cái)力通常都比較大。此外，原位測(cè)試對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)條件比較復(fù)雜（比如邊界條件非常復(fù)雜)，給理論分析計(jì)算帶來了困難，許多情況都不得不進(jìn)行某些理想化的假設(shè)才能進(jìn)行計(jì)算分析。而室內(nèi)測(cè)試能進(jìn)行各種理想條件下的控制試驗(yàn)，在一定程度上反而更容易滿足理論分析計(jì)算的要求。因此，原位測(cè)試和室內(nèi)測(cè)試具有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，不能相互取代?，F(xiàn)代新發(fā)展起來的測(cè)試設(shè)備和技術(shù)，往往以解決復(fù)雜工程問題為目的。因此，儀器構(gòu)造復(fù)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(yàn)不能考慮的各種因素。但是，這些儀器設(shè)備花費(fèi)巨大，并且操作復(fù)雜，不可能普遍應(yīng)用于一般工程實(shí)踐，常規(guī)測(cè)試儀器和技術(shù)仍然是必需的。即便是對(duì)于復(fù)雜的工程實(shí)踐，常規(guī)測(cè)試也是必要的，它是進(jìn)行復(fù)雜測(cè)試的基礎(chǔ)。三、巖土工程測(cè)試的內(nèi)容概述巖土工程測(cè)試的內(nèi)容很多，《巖土工程測(cè)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(yàn)原位試驗(yàn)(InSitu Festing)有時(shí)也稱現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)(On the Spot Festing)，其類型很多，如靜力觸探、動(dòng)力觸探、平板荷載試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、旁壓儀試驗(yàn)、大型剪切試驗(yàn)、孔隙水壓力測(cè)試、彈性波速測(cè)試、地應(yīng)力測(cè)試、抽水或注水、壓水試驗(yàn)等。應(yīng)用最廣泛、最常見的還是平板荷載試驗(yàn)(P1ate Loading Test)，簡(jiǎn)稱PLT試驗(yàn)。平板荷載試驗(yàn)是利用彈性力學(xué)半無限體表面作用集中荷載的沉降計(jì)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(yàn)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(yàn)設(shè)備,平板荷載試驗(yàn)因試驗(yàn)土層(地基)軟硬程度、平板(荷載板或承壓板)面積大小、試驗(yàn)土層深度等不同，采用的測(cè)試設(shè)備有多種情況。整個(gè)試驗(yàn)可分為承壓板、加荷系統(tǒng)、反力系統(tǒng)、觀測(cè)系統(tǒng)四部分。、十字板剪切和旁壓儀試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)全稱為野外十字板剪切試驗(yàn)，國(guó)際上簡(jiǎn)稱為FVST(Field Vane Shear Test)。十字板剪切試驗(yàn)是用插入軟粘土中的十字板頭，以一定的速率旋轉(zhuǎn)，測(cè)出土的抗扭力矩，換算其抗剪強(qiáng)度。這個(gè)抗剪強(qiáng)度相當(dāng)于摩擦角ju=0時(shí)的粘聚力Cu值。旁壓試驗(yàn)(Pressure Meter Test，PMT)起源于德國(guó)。旁壓試驗(yàn)是利用旁壓器對(duì)鉆孔壁施加橫向均勻應(yīng)力，使孔壁土體發(fā)生徑向變形直至破壞，利用量測(cè)儀器量測(cè)壓力與徑向變形的關(guān)系推求土力學(xué)參數(shù)的一種原位測(cè)試方法。十字板剪切試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)外運(yùn)用廣泛，該法能夠有效地在原位測(cè)定飽和軟粘土的抗剪強(qiáng)度。長(zhǎng)期以來的實(shí)踐證明，該試驗(yàn)方法有如下優(yōu)點(diǎn)：①試驗(yàn)存原位進(jìn)行，不需取試樣；②對(duì)無法取樣和很難進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)的土，如極軟粘土、巖土接觸面等，可以獲得必要的力學(xué)指標(biāo)；③能更好地反映土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特性，如層理、裂隙、結(jié)核和顆粒分布的不均勻性；④試驗(yàn)中的邊界條件（如排水條件、天然受力狀態(tài)等）是實(shí)際的邊界條件；⑤對(duì)于正常固結(jié)的飽和軟粘性土，十字板試驗(yàn)?zāi)芊从吵鲕浾承酝恋奶烊粡?qiáng)度隨深度而增大的規(guī)律，而室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)成果比較分散。/ 13十字板剪切試驗(yàn)原理：十字板剪切試驗(yàn)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(zhuǎn)力矩，使板頭內(nèi)的土體與周圍土體產(chǎn)生相對(duì)扭剪，直至土體破壞，測(cè)出土體抵抗扭轉(zhuǎn)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(qiáng)度。在推算強(qiáng)度時(shí)，作了以下幾點(diǎn)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?qiáng)度tfV和上下端面上的抗剪強(qiáng)度tfH為均勻分布并相等，即tfV=tfH=tf。由于十字板現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)為不排水剪切試驗(yàn)。因此其試驗(yàn)結(jié)果與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果接近，飽和軟土在固結(jié)不排水剪切時(shí)j=0，故tf=十字板剪切試驗(yàn)推算抗剪強(qiáng)度的公式可以表達(dá)為qu2=cu。cu=k(Pff)、錨桿和土釘測(cè)試錨桿支護(hù)技術(shù)是20世紀(jì)初由煤礦巷道支護(hù)發(fā)展而來的，在巖土工程的邊坡穩(wěn)定支護(hù)中已經(jīng)有廣泛應(yīng)用，是比較成熟的技術(shù)?，F(xiàn)代土釘支護(hù)技術(shù)是20世紀(jì)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(shù)。錨桿支護(hù)和土釘支護(hù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)可靠，施工快速簡(jiǎn)易，已在大量工程中得到應(yīng)用。錨桿的錨固原理：與錨桿直接作用的是復(fù)雜多變的巖土體，這給錨桿的力學(xué)行為及錨固用原理的觀測(cè)和研究帶來了很大的困難?，F(xiàn)有的多數(shù)有關(guān)錨桿支護(hù)作用和效果的試驗(yàn)都是在限定條件下和理想化了的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。因此，目前對(duì)錨桿錨固原理了解還不夠深入，但以下幾種錨固作用機(jī)理是得到了工程和理淪界的普遍認(rèn)同的。懸吊作用原理：懸吊作用理論認(rèn)為，錨桿支護(hù)是通過錨桿將軟弱、松動(dòng)、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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(rèn)的支護(hù)作用原理之一。這種原理是把薄層狀巖體看成一種梁（簡(jiǎn)支梁或懸臂梁）。在沒有錨固時(shí)，它們只是簡(jiǎn)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(gè)/ 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(yīng)力和撓度大為減小，于是增加了組合梁的抗彎強(qiáng)度。當(dāng)把錨桿埋入巖士體一定深度，相當(dāng)于將簡(jiǎn)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(qiáng)度也愈大。擠壓加固作用原理：蘭格(．Lang)通過光彈試驗(yàn)證實(shí)了錨桿的擠壓加固作用。當(dāng)他在彈性體上安裝具有預(yù)應(yīng)力的錨桿時(shí)，發(fā)現(xiàn)在彈性體內(nèi)便形成以錨桿兩頭為頂點(diǎn)的錐形體壓縮區(qū)，若將錨桿以適當(dāng)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(duì)破碎地層的支護(hù)作用，國(guó)外的澳大利亞雪山水電站地下工程、國(guó)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(jié)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(jié)力的碎石也能被加固成承載能力相當(dāng)高的糕體“結(jié)構(gòu)”。工程上稱這種現(xiàn)象為擠匿加固作用，類似我國(guó)古代橋梁工程中的鍵(腰鐵、鉸石)對(duì)裂隙巖體的作用。上述錨桿的錨固作用原理在實(shí)際工程中并非孤立存在，往往是幾種作用同時(shí)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(dǎo)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(yùn)動(dòng)稱滲流(透)，發(fā)生滲流的區(qū)域稱為滲流場(chǎng)。觀測(cè)井就是敞開口的井，或稱為測(cè)壓井，可以用來觀測(cè)海水人浸淡水含水層的現(xiàn)象，觀測(cè)地下水的污染情況等。巖土體中的孔隙水壓力的量測(cè)可以利用敞開式測(cè)壓管(觀測(cè)井)或封閉式測(cè)壓計(jì)。壓水試驗(yàn)是測(cè)定巖土體滲透性特征最常用的一種測(cè)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(shí)間內(nèi)的吸水量來表示巖土體的滲透性。觀測(cè)井包括海水入侵和地下水質(zhì)污染，這是為了環(huán)境保護(hù)，環(huán)境保護(hù)就是保護(hù)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(duì)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(cè)孔隙水壓力意義也很重要。在飽和土中總應(yīng)力由有效應(yīng)力和孔隙水壓力組成。在非飽和土中總應(yīng)力包括有效應(yīng)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(cè)準(zhǔn)，因而有效應(yīng)力原理的應(yīng)用就受到影響。有效應(yīng)力原理是土力學(xué)理論的重大發(fā)展，它反映r巖土工程強(qiáng)度的本質(zhì)。巖土工程計(jì)算中都有誤差，甚至誤差很大，原因當(dāng)然足多方面的，但最主要的原因有兩個(gè)：一個(gè)是材料力學(xué)、彈性力學(xué)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(shí)際，另一個(gè)是計(jì)贊：參數(shù)洪差大，nf靠性差。能夠使計(jì)算參數(shù)測(cè)試提高可靠度，這是個(gè)重要問題，足對(duì)崧土力學(xué)的貢獻(xiàn)。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(yán)格地說使巖體不成為連續(xù)體，這就從根本上動(dòng)搖了材料力學(xué)、彈性力學(xué)，也是巖土力學(xué)的根本假定，所以許多學(xué)者尤其對(duì)巖石(體)力學(xué)問題，從損傷力學(xué)，