73098_岩土工程中的预测与预算

第一篇：73098_岩土工程中的预测与预算

0岩土材料是天然的地质历史的产物，它一般是碎散的、不连续或部分连续的介质。材料性质十分复杂；具有极大的时空变异性。在岩土工程中，其地基或者岩土环境几乎不可能完全探知；边界条件和操作过程也有很大的影响。因而岩土工程问题具有很强的不确定性。这种不确定性包括互补率的破缺，即非此非彼的情况，是属于模糊判断的课题。另一方面是因果率的破缺，亦即因果关系的不确定性，一因多果。是属于概率、数理统计和混沌学的范畴。所以对于这样一个复杂的对象和众多的影响因素，准确的定量的预测和预算是相当困难的。依靠纯理论和技术技巧预测往往不成功，而经验的判断是不可缺少的。土以碎散的颗粒为骨架，由固、液、气三相物质组成；在其由岩石风化的生成、搬运和沉积过程中几经沧桑，形成了不同于其他材料的复杂的力学性质，而不同时空条件下土的性状也各不相同。所以尽管已提出的土的本构关系理论数学模型不下百种，动用了传统力学和现代力学的各种理论和手段，但是到目前为止，还没有一种为人们所公认的，能够准确、全面反映各种土的应力应变关系的数学模型。是否存在这样的模型也是值得怀疑的。在计算机和计算技术基础上发展起来的，以有限元为代表的数值计算是解决边值问题的强有力的手段。当用来计算弹性体时其精确程度令人叹为观止。其计算结果与光弹试验结果毫厘不差，结果光弹试验很快被废止。土是碎散材料，而在一般数值计算中首先被假设为连续体，然后被离散化，假设各单元间的结点位移协调，计算土体的应力变形关系。这常常不能反映土的变形的微观机理。以DDA（Discontinuous Deformation Analysis）为代表的离散单元计算方法在计算某些农产品（如谷类）和工业零件（如滚珠）时是相当成功的。以至被称为“数值试验”可以精确地代替模型试验。在定性地探索土的变形的微观机理时，也是很有价值的。但是用以描述由不同尺寸、不同形状、不同矿物成分的颗粒组成的土，反映不同三相成分及其物理、化学和力学的相互作用，即使是可能，恐怕也是相当遥远的事。数学模型和数值计算预测的另一个难点是土的参数的选取，它受到取样（制样）和试验手段的限制。原状土在取样过程中不可避免地受到扰动和发生应力释放，会破坏其结构性。即使是重塑土试样，制样的方式、器具和操作程序的差别也严重影响试验的结果。另一方面，目前使用的土工试验仪器也存在局限性。以真三轴仪为例，由于边界之间的干扰，试样的应力和应变的均匀是很难保证的。在对地基和土工建筑物的探测方面，土层的时空变异及人类活动给勘探测试及其结果的判释造成困难。除此以外，岩土工程中的复杂边界条件和施工过程中的诸多因素也严重影响工程的实际结果。在我国每年发表和撰写了大量的论文和报告，提出了各种理论、模型、计算方法、计算程序和技术手段，常常伴以试验或者实测数据的验证，其结果也常常是“符合得很好”。自己的试验或观测证实了理论或者方法的完美，正是：“各夸自家颜色好，百花园中各称王。” 这种结果的可信性很值得怀疑。笔者在评阅一些论文和成果时，对于那些二者符合得完美到天衣无缝的图与曲线，常常怀有很大的不信任感；而对于存在相当差别，甚至坦率地承认预测的不成功的情况，则是完全理解的。可惜后者较少。近年来，主要在国外进行了多次的“考试”或者“竞赛”活动：首先委托一个（或几个）单位进行所谓的“目标试验”，亦即需要预测或者预算的试验或实例。其结果是保密的，或者预测前不做试验，预测以后在试验。事先公布有关的土的一般资料、基本试验的数据（为确定有关参数）和目标试验的应力（应变）路径。在全世界或者一定范围征求参赛者（参加目标试验的人不参赛）。全部预测结果上交以后，公布试验结果。一般是召开研讨会，评估或者评分。参赛者也常常进行申辩和总结。这是一种客观、公正和有权威性的检查比较方式。也是推动岩土工程发展的十分有益的活动和手段。它使我们认识到在岩土工程领域，我们的认识能力和预测能力到底有多高。试验方法和设备的检验比较1.不同仪器的相同试验的检验1982年在法国Grenoble召开的“土的本构关系国际研讨会”上①，用剑桥式的立方体真三轴仪分别由德国的Karlsrube大学和法国的 Grenoble大学对同样的砂土和粘性土进行复杂应力路径和应变路径的真三轴试验，两份试验结果是存在着差别的。由于使用的仪器与土料都是相同的，差别主要源于操作

方法和技巧。1987年在美国克里夫兰召开的“非粘性土的本构关系国际研讨会”上②，利用美国Case大学的空心圆柱扭剪仪和法国Grenoble大学的剑桥式立方体真三轴仪进行砂土的相同应力路径的试验。试验内容包括：（1）b＝不同常数的不同密度两种砂土的真三朝试验；其中，b=（σ1-σ2）／（σ1-σ3）（2）在π平面上应力路径为圆周（两周）的的真三轴试验。（b=常数的真三轴试验与空心圆柱试验的比较）表示了对于Hostun密砂（干密度ρd＝1.65g/cm3）在b＝不同常数，中主应力ρ2=500kPa保持不变，用两种仪器试验得到的轴向应力与轴向应变关系曲线，轴向应变和体应变的关系曲线。可见在b=0和 0.28时，不同仪器试验结果的差别是很大的。但是在评价它们时，主持者说：对于轴应变，除了0.286的结果很差（very poor）以外，其他的曲线符合的很好（very well）；（b.体应变εv与轴向应变εz间试验曲线）的曲线认为符合得很优良（excellent）。对比我们的一些论文中理论与实际曲线二者丝丝入扣的符合，就显得很不真实。在这两个试验中试样的破坏形态也有很大不同：空心圆柱试样发生颈缩；立方体试样产生V形的剪切带。这些差别可能是由于试样的制样方法不同，试样中的实际应力分布不同和试验中的边界条件不同引起的。2.土工离心机模型试验1986年由欧洲共同体资助，发起“土工离心机的合作试验”③。参赛者有三家：英国的剑桥大学、法国的道桥中心研究室和丹麦的工程院。试验的内容是模拟饱和砂土地基上的圆形浅基础的承载力和荷载—沉降关系。试验土料统一为巴黎盆地天然沉积的一种均匀石英细砂。模型地基的孔隙比规定为e=0.66（相对密度 Dr=86％），规定圆形基础的模型尺寸为直径D=56.6mm，离心加速度＝28.2g，基底完全粗糙。此前，由丹麦岩土研究所对于这种土进行了物性试验和三轴试验，其结果公布于众。要求荷载—沉降关系表示成无量纲的变量q/γˊnb-s/b公关系曲线。其中：q=基础上施加的荷载（kPa）γˊ=乙土的浮容重（kN-m3）n=重力加速度水平，即模型比尺b=模型基础的尺寸（m）s=基础的中心垂直沉降（m）同时也进行了相同条件下的现场载荷试验，以便与模型试验结果对比。这三家使出了浑身解数，精心制样、安装、运转和量测，反复摸索，反复校验，校正各种参数和影响因素。剑桥大学还在离心机上作了静力触探试验。最后，剑桥大学提交了一组试验结果，另外两家按要求给出了一条曲线。图2（圆形天然浅基础的试验荷载-沉降关系曲线）表示了其试验结果，其中剑桥大学是笔者选取的最接近于要求的条件的试验结果（e＝0.664）。可见，这种世界先进水平的土工离心模型试验的误差在±30%以上。值得提出的是，这是一种条件非常简单明确的模型试验。而现场的工程实际情况的条件和影响因素远比这复杂。在这个试验中，加载速率、模型地基砂的密度、制样方法和运行程序对试验结果都有影响。例如剑桥大学的试验表明，砂土的孔隙比变化0.01（相当于相对密度变化3％），则其承载力变化18％，如图3（地基承载力与模型地基孔隙比间关系—剑桥大学试验结果）所示。而由于模型地基是先制样，后运转，保证地基内砂土处处均匀，孔隙比误差在0.01范围内是有较大难度的。3.单桩的动测法的考试1992年在荷兰海牙进行了一次动测桩的“考试”④。在第一轮，10根预制桩预先被沉入地基，桩径250mm，桩长18m（7#桩17m）。要求测出其预制的“缺陷”。其中一根桩完整无缺；其余的9根桩各有缺陷：颈缩、扩径和在不同部位的10mm宽，130mm深的刻槽。事先由特尔夫公司进行了地基勘察，将土层资料公布于众。有12家具有国际声誉的公司参赛，用小应变动测法检测。结果是：平均测对4根；最多对7根，最少对两根。没有一家测出那根完整无损的桩。他们认为对于只有10mm宽的缺痕很难分辨。第二轮是沉入11.5m-19m长的5根桩，然后用静载荷试验测出极限承载力。10家公司用大应变动测法测试其极限承载力。其结果也不乐观。比如，由静载试验为340kN的一根桩，各家给出的结果分布在90kN-510kN的范围。4.堤防隐患检测的“大比武”我国目前有各类堤防25万公里，很多已具有几百年的历史。是民堤逐年加高培厚或者在汛期抢修形成的。地质条件及堤身土料和质量千差万别，隐患很多。1998年洪水期间发生的许多险情和决口都是由于渗透通道形成的管涌和蚁穴鼠洞、裂隙异物和局

部疏松土体等造成的。为此水利部和防汛办于1999年3月在湖南宜阳召开了“堤防隐患综合检测技术检验会”也北被称为“大比武”。有我国的十几家科研院所、大专院校和少数厂家（包括美国的劳雷公司）参加。检测堤段位于宜阳的一段废堤上。每个参赛的检测方法负责200米堤段，时间是两小时。几处“隐患”是事先人工布置的，埋设了稻草、钢管，模拟蚁穴和鼠洞。一般在两米深范围内。人们使用的测试手段包括：高密度电阻率法、瞬变电磁法、地震波法、弹性波法和探地雷达等。这些方法都有一定的分辨率限制，即分辨尺寸与深度之比一般是相对固定的。因而两米深的隐患的检测不应算是难题。检测结果聘请有关专家评审，打分。图4（堤防隐患的检测结果评分）所给的分数只是相对的。组织者对于测试结果是不满意的。参赛者各自对其结果的误差的原因进行了解释。针对这种结果，水利部斥资几百万，开展专题研究，目标是“傻瓜”式的快速检测仪器和方法。关键问题可能是要结合各地具体情况和长期的抗洪防汛经验，因地制宜，积累资料和经验，合理判释，仪器才会发挥作用。很难想象，可以身背“傻瓜机”，走遍天下都会灵验。土的本构关系的检验80年代以来，关于土的本构关系的“考试”至少进行了3次。1980年美国和加拿大召开了“岩土工程中极限平衡、塑性理论和一般的应力应变关系北美研讨会”⑤。会前用两种天然粘土、一种重塑的高岭粘土和渥太华砂进行了一系列试验。试验包括：平均主应力p=常数的三轴试验，b＝常数的真三轴试验砂土在π平面上应力路径为圆周的真三轴试验天然粘土大主应力方向与其沉积方向成不同角度的三轴试验。事先将土的物性参数和基本试验的结果公开提供。然后在全世界范围征求参赛者。参加预测的有个不同国家的17个本构模型。从给出的结果看，轴向应力应变关系（σ1-σ3）~ε1预测的精度一般尚可；体应变预测的精度差别很大。对于应力路径在π平面上为圆周的情况，许多模型无能为力。由于原状土的各向异性，对于其循环加载和超固结性状很难预测，只有少数模型参加了预测。结果表明，没有一个模型能够合理地预测所有的试验情况。正如会议主席Finn所说：“没有给任何一个本构模型戴上王冠”。这也是符合当前的土力学理论发展的现状的。1982年在法国召开了“土的本构关系国际研讨会”人们用不同的理论模型对砂土和粘土的复杂应力路径和应变路径的试验结果进行了类似的预测。如上所述，也对试验本身进行了检验⑥。1987年在美国克里夫兰召开了“非粘性土的本构关系国际研讨会”⑦。会议征求对真三轴试验和空心扭剪试验结果用理论模型进行预测。共有世界各国的32个土 [1] [2]

第二篇：岩土工程

岩土工程

岩土工程是在土木工程实践中建立起来的一种新的技术体制。岩土工程是以求解岩体与土体工程问题，包括地基与基础、边坡和地下工程等问题，作为自己的研究对象。

岩土工程专业是土木工程的分支，涉及岩石、土、地下水的部分称岩土工程。是运用工程地质学、土力学、岩石力学解决各类工程中关于岩石、土的工程技术问题的科学。

在某些时候，会建造一些临时性建筑。然而正因为这些建筑是临时性的，为了追求经济效益，人们往往会尽可能减少投资。人们总是希望临时建筑物在不需要它的时候可以很容易的清除，所以人们就在倒塌与建成这之间的一个极值点徘徊。这也造就了一个临时建筑物建成了，然而下一个人们就会减少投资，直到出现了事故，然后再加大投资，这样的一个循环。这就是问题的所在，导致了临时建筑存在了很大的安全隐患。许多的事故也是这样发生的。这需要引起 我们的重视，在经济效益与人的生命这两个选择中，我们应该毫不犹豫的选择人的生命，因为这是最重要的。因此这也要求岩土工程师具有丰富的经验。

岩土工程研究的对象是岩体和土体。岩体在其形成和存在的整个地质历史过程中，经受了各种复杂的地质作用，因而有着复杂的结构和环境。而不同地区的不同类型的岩体，由于经历的地质作用过程不同，其工程性质往往具有很大的差别。所以岩土工程师具有很强的地域性，在一个地方干过的岩土工程师到了一个新的地方必须从头干起，先到工地干几年，积累经验然后才能进行理论设计。岩土工程是一门应用科学，在岩土工程分析时不仅需要运用理论知识，还需要应用工程师的经验，才能获得满意的结果。所以对于岩土工程师来说经验是很重要的一部分。

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第三篇：岩土工程

湿陷性黄土：是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水侵湿时，土强度显著降低，在附加压力或在附加压力与土的自重压力下引起的湿陷变形，是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形，队建筑物危害性大。红黏土：指的是我国红土的一个亚类，即母岩为碳酸盐岩系经过湿热条件下的红土作用形成的高塑性黏土这一特殊土类。红黏土的工程地质性质特征：高塑性和分散性，高含水率低密实度，强度较高压缩性较低，具有明显的收缩性膨胀性轻微。

混合土：由细粒土和粗粒土混杂且缺乏中间粒径的图应定为混合土。多年冻土：含有固态水且冻结状态持续2年或2年以上的土。膨胀岩土：含有大量亲水矿物，湿度变化时有较大体积变化，变形受约束时产生较大内应力的岩土。盐渍岩土：眼途中易熔盐含量大于0.3%，并具有溶陷，盐胀，服饰等工程特性时，应判定为盐渍土。风化岩：岩石在风化营力作用下，其结构、成分混合性质已产生不同程度的变异，应定名为风化岩，已完全风化成土的而未搬运的应定名为残积土。

污染土：由于之污染物质侵入的改变了物理力学性质状的土。（松散岩土中的空隙、坚硬岩石中的裂隙、可溶岩石中的溶穴）

上层之水：分布在包气带中局部隔水层或若隔水层之上具有自由水面的重力水。潜水：地表以下第一个稳定隔水层或渗透性极弱的岩土层之上具有自由水面的地下水。承压水：充满在每个隔水层之间的水层中具有承压性质的地下水

试坑渗水试验适合用于测定包气带 非饱和岩土层的渗透系数。常用的试验方法有试坑法 单环法 双环法。

地下水对深基坑工程的影响：1.恶化基坑开挖和施工条件2.易发生突涌、流沙管涌等不良现象3.软土基坑周围土质，减低基坑周围岩土体的强度，易造成坑壁变形，坑坡失稳，坍塌甚至整体滑移等事故。4.增大支

护结构上的压力。

场地地质条件主要是指岩土的透水性和含水量。

工程地质测绘可分两种：一种是全面查明工程地质条件为主要的综合性测绘，一种是对某一工程地质要素进行调查的专门性测绘。所谓测绘精度：指野外地质现象观察，描述及表示在图上的精确程度和详细程度。

野外工作应包括一下内容：1.检查解译标志2.检查解译成果3.检查外推结果4.对室内难以获得的资料进行外补充。

工程地质测绘与调查成果资料包括：1.工程地质测绘实际材料图2.综合工程地质图或工程分区图3.综合地质柱状图4.工程地质剖面图5.各种素描照片和文字说明。钻探工作中岩土工程勘查技术人员主要做三方面工作1.编制作为钻探依据的设计书2.钻探过程中进行岩心观测编录3.钻探后进行资料的内业整理。

坑探：有地表向深处挖掘坑槽或坑洞，以便地质人员直接深入地下了解有关地质现象或进行试验等使用的地下勘探工作。

静力触探试验：用静力匀速将标准规格的探头压入土中，利用探头内的力传感器同是通过电子测量仪器将探头受到的灌入阻力记录下来。圆锥动力触探试验：用一定质量的重锤以一定高度的自由落距将标准格的圆锥形探头灌入土中。根据打入土中一定距离所需的锤击数，判断定土的力学特性具有勘查和测试的双重功能。

场地工程地质的分类（简单、中等复杂、复杂场地）

黄土湿陷性评包括全新世黄土晚更新世马兰黄土、部分中更新世离石黄土的土层，场地和地基三个方面。湿陷性黄土包括非自重湿陷性黄土、自重湿陷性黄土。（当湿陷系数值小于0.015时为非湿陷性黄土。）防止和减小建筑物地基沁水湿陷措施可分为地基处理、防水措施、结构措施。

软土：天然孔隙比大于1.0，且天然含水量大于液限的细土粒土应判定为软土。（淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土）

填土：根据物质组成和堆填方式（素填土、杂填土、冲填土、压实填土）盐渍岩分为石膏盐渍岩、芒硝盐渍岩。

污染土场地包括：可能受污染的拟建场地、受污染的拟建场地、受污染的已建场地。

岩土中的空隙类型：松散岩土中的空隙、坚硬岩石裂隙、孔融岩石中的溶穴。

包气带自上而下可分为土壤水带、中间水带、毛细水带。

地下水按埋藏条件分为：上层滞水、潜水、承压水。按赋存的孔隙类型：孔隙水、裂隙水、岩溶水。水文地质参数：反应地层水文地质特征的数量指标（渗透系数K、导水系数T、给水度u、释水系数S/越流和越流系数Ke、越流因素B）渗水试验的方法：试坑法、单环法、双环法。

压水试验分类：按阶段划分为：（分段压水试验综合压水试验 全孔压水试验）按压力点划分为（单点 三点 和多点压水试验）按试验压力分为：（低压压水试验 高压压水试验）按加压方式分为(水柱压水试验 自流式压水试验 机械法压水试验)。工程地质测绘：综合性测绘、专门性测绘。工程地质测绘比例尺取决于勘察阶段、建筑类型、规模和工程地质条件的复杂程度。

物探的一般工作程序：接受任务、搜集资料、现场踏勘、编制计划、方法试验、外业工作、资料整理、提交成果。

成果报告应附的图件：勘探点平面布置图、工程地质柱状图、工程地质剖面图、原位测试成果图表、室内试验成果图表。

工程地质测绘与调查的成果资料应包括【工程地质测绘实际材料图】【综合工程地质图或工程地质分区图】【综合地质柱状图】【工程地质剖面图】及【各种素描图、照片和文字说明】。

湿陷性黄土的勘查重点：1.黄土地层的时代、成因2.湿陷性黄土层的厚度3湿陷系数、自重湿陷系数、湿陷起始压力随深度的变化4场地湿陷类型和地基湿陷等级的平面分布

5变形参数和承载力6地下水等环境水的变化趋势7其他工程地质条件。混合土勘查重点：1.成因、物质来源及组成成分形成时期2.是否具有湿陷性、膨胀性3.与下浮岩土的接触情况及接触面的坡度和坡向4.是否存在崩塌不良地质现象5.当地利用混合土作为建筑物地基、建筑材料的经验以及各种有效的处理措施。填土的勘查重点：1.搜集资料，调查地形和地物的变迁，填土的来源、堆积年限和堆积方式2.查明填土的分布 厚度 物质成分 均匀性，含水量等3调查有无暗塘 渗井及古墓的存在4查明地下水的水质对混凝土的腐蚀性和相邻地表水体的水力联系。

风化岩和残积土的重点：1母岩地质年代和岩石名称2岩石的风化程度3岩脉的风化花岗岩中球状风化体的分布4岩土的均匀性 破碎带和软弱夹层的分布5地下水的赋存状况及其变化。

软土的探察重点：1软土的成因、成层条件、分布规律、层理特征、可作为浅基础 深基础持力层的地下硬土层或基岩的埋藏条件2软土地区微地貌形态与不同性质的软土层分布有内在联系，查明其分布范围和埋藏深度3软土固结历史，强度和变形特征随应力水平的变化，以及结构破坏对强度和变形的影响4地下水对基础施工的影响5在强地震区对场地的地震效应做出鉴定6当地的工程经验。

混合地工程地质调查的重点：1混合土的成因 物质来源及组成成分以及其形成时期2混合土是否具有湿陷性和膨胀性3混合土与下伏岩土的接触情况以及接触面的坡度和坡向4混合土中是否存在滑坡等不良地质现象5当地利用混合土做建筑物地基、材料的经验及有效的处理措施。

红黏土的主要特征有哪些？(1)成分、结构特征：红黏土的颗粒细而均匀，黏粒含量很高，尤以小于0.002mm的细黏粒为主。矿物成分以粘土矿物为主(2)红黏土的工程地质性质特征①高塑性和分散性 ②高含水率、低密实度②强度较高，压缩性较低。④具有明显的收缩性，膨胀性轻微

地下水对基坑工程的影响①恶化基坑开挖和施土条件。②易发生突涌、流沙、管涌等不良现象。②软化基坑周围土质，降低基坑周围岩土体的强度，易造成坑壁变形、坑坡失稳、坍塌甚至整体滑移等事故。④增大支护结构上的压力。

工程地质勘探的主要任务是：1）探明地下有关的地质情况，揭露并划分地层、量测界线，采取岩土样，鉴定和描述岩土特性、成分和产状。2）了解地质构造，不良地质现象的分布、界限、形态等，如断裂构造、滑动面位置等。3）为深部取样及现场试验提供条件。4）揭露并测量地下水埋藏深度，采取水样供实验室分析，了解其物理化学性质及地下水类型5）利用勘探坑孔可以进行某些项目长期观铡以及不良地质现象处理工作。

岩土工程分析评价包括下列内容：1）场地的稳定性与适宜性2）为岩土工程设计提供场地地层结构和地下水空间分布的几何参数3）预测拟建工程对现有工程的影响，工程建设产生的环境变化以及环境变化对工程的影响。4）提出地基与基础方案设计的建议。5）预测施工过程可能出现的岩土工程问题以及解决方法，并提出相应的防治措施和合理的施工

工程地质测绘和调查，宜包括下列内容：1）查明地形、地貌特征，地貌单元形成过程及其与地层、构造、不良地质现象的关系，划分地貌单元。2）岩土的性质、成因、年代、厚度和分布。对岩层应查明风化程度．对土层应区分新近堆积土、特殊性土的分布及其工程地质条件3）查明岩层的产状及构造类型、软弱结构面的产状及其性质，包括断层的位置、类型、产状、断距、破碎带的宽度及充填胶结情况．4）查明地下水的类型、补给来源、排泄条件、井、泉的位置、含水层的岩性特征埋藏深度、水位变化及其与地表水体的关系等。5）搜集气象、水文、植被、土的最大冻结深度等资料，调查最高洪水位及其发生时间、淹没范围。6）查明岩溶、土洞、滑坡、泥石流、崩塌、冲沟、断裂、地震震害和岸边冲刷等不良地质现7）调查人类工程活动对场地稳定性的影响，包括人工洞穴、地下采空、地震等。8）建筑物变形和建筑经验。简述工程地质勘查中的方法和技术手段的种类。（1）工程地质测绘（2）工程地质物探及勘探（3）工程地质室内实验（4）工程地质野外试验（5）工程地质长期观测（6）勘察资料的室内整理

工程地质勘查的基本任务具体有哪些？1）查明建筑地区的工程地质条件，指出有利和不利条件。2）分析研究与建筑有关的工程地质问题，作出定性评价和定量评价，对建筑物的设计和施工提供可靠的地质依据。3）选出工程地质条件优越的建筑场地。4）配合建筑物的设计与施工，提出关于建筑物类型、结构、规模和施工方法的建议5）为拟定改善和防止不良地质条件的措施提供地质依据6）预测工程兴建后对地质环境造成的影响，制定保护地质环境的措施

第四篇：：浅谈岩土工程勘察中的技术问题与措施

浅谈岩土工程勘察中的技术问题与措施

摘 要:阐述了在岩土工程勘察中存在的主要技术问题包括界面划分、地质形态，岩石参数以及人员素质等，并对存在的技术问题提出了要求做好综合应用勘察手段和加强岩土测试新技术的应用等工作。

关键词:岩土工程；勘察；技术问题；措施

自20世纪80年代以来,我国开始实施岩土工程勘察体制。与地质勘察工程相比，岩土工程勘察任务不仅要正确反映场地和地基的工程地质条件，还应结合工程设计、施工条件进行技术论证和分析评价，并服务于工程建设。

岩土工程勘察的对象主要是地面以下的地质体,难以直接观察和检查。大多数岩土体是非均质、各向异性的，且受力状态复杂,岩土工程类型及其勘察、设计和施工方法繁多，尤其是在复杂条件下场地自然条件的多变性,遇到的岩土工程问题多种多样,其勘探工作的实施要正确反映场地和地基的工程地质条件就显得尤为重要。

1岩土工程勘察中存在的主要技术问题

随着勘察市场竞争越来越激烈,不少勘察单位由于种种原因低价承接勘察业务,许多勘察单位不愿意采用先进手段和先进设备,导致勘察质量和技术进步有停滞不前的趋势。根据现行《岩土工程勘察规范》要提供准确、合理、经济的岩土工程勘察报告的任务,认为在岩土工程勘察中存在的技术问题很多，主要有:

（1）界面划分问题:不同岩土体和岩石风化程度的界面划分，地质构造和软弱结构面的判定，以及不良地质体的地质界面等；

（2）地质形态问题:不明地下物体、空洞及其分布形态、埋藏位置和埋藏深度的确定；

（3）岩土参数问题:岩土设计参数（承载力、变形指标等）难于确定；

（4）综合能力问题:部分勘察技术人员对勘察野外和室内原始资料的整理、分析、利用的能力不够强，缺乏如何辨别真伪、归纳总结的能力，缺乏建筑、结构设计方面的知识，常造成勘察的目的性不明确,所提供的资料不能满足需要；

（5）技术素质问题:勘察技术人员碰到重大项目和复杂工程时束手无策,不能采用合适的技术方法和手段去解决所碰到的技术难题。

2解决问题的主要措施

要解决上述岩土工程勘察中存在的主要技术问题，可加强以下几方面的工作。

（1）各种勘察手段的综合应用和思维的多样性，提高勘察精度，全面反映勘察场地各种地质体的形态、界面、物理力学特征及其相互之间的关联性。在方法上，不能只依靠传统的单一勘察手段，随着科学技术的不断发展，应综合采用工程地质测绘、钻探、坑探，合理地选择、运用工程物探技术，重视遥感和地理信息系统在勘察中的应用等。

（2）加强勘察技术人员的再教育和技术培训并形成定期制度，促进其知识的更新换代。

（3）加强岩土测试和各种原位测试新技术的应用，加强使用施工检测和监测技术,确保所提供的岩土工程设计和施工参数的可靠性。

（4）重视勘察现场的岩土取样和原位测试工作。岩土取样和原位测试是岩土工程勘探结果的重要数据来源,也成为解决岩土工程勘探技术问题的重点。这首先是由于测试数据是分析评价的基础，没有完整、可靠、适用的测试数据，一切分析评价都是空中楼阁。岩土工程设计计算的准确性和可靠性决定于计算模式和计算参数,计算参数比计算模式更重要。其次，岩土工程测试有较大难度，在钻探取样、样品制备过程中，总会有一定程度的扰动和受力环境差异，对测试结果影响较大。岩土体是非均质体，具有明显的各向异性，测试结果应具有代表性。

（5）重视地质钻探的过程控制。岩土工程勘探中的地质钻探仍是目前最主要、最有效的勘察手段之一，因此在进行岩土工程地质钻探过程中必须根据不同的岩体、地层条件和取

样、测试要求对钻孔进行设计控制，以达到既能满足技术要求又能提高经济效益的目的。

3结 语

岩土工程勘察的对象是建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件,具体而言主要是指场地岩土的岩性或土层性质、空间分布和工程特征，地下水的补给、存贮、排泄特征和水位、水质的变化规律，以及场地周围地区存在的不良地质作用和地质灾害情况。岩土工程勘察工作的任务是查明情况，提供各种相关的技术数据,分析和评价场地的岩土工程条件并提出解决岩土工程问题的建议，以保证工程建设安全、高效运行，促进经济社会的可持续发展。

参考文献:

[1]黄俊泉.浅谈工程勘察中的问题与措施[J].广东科技,2007（S1）

[2]常金铭.岩土工程勘探工作重点[M].北京：冶金工业出版社,2002,11

第五篇：岩土工程测试

土木工程学院工程课程报告

课程： 《岩土工程测试》

班级： 专业： 姓名： 教师：

2014年12月

目录

一、岩土工程测试的意义概述...............................................................................................1

二、岩土工程测试的作用概述...............................................................................................2

三、岩土工程测试的内容概述...............................................................................................2 3.1、平板荷载试验.............................................................................................................3 3.2、十字板剪切和旁压仪试验.........................................................................................3 3.3、锚杆和土钉测试.........................................................................................................4 3.4、岩土的渗透性及注浆加固.........................................................................................5 3.5、静力触探试验.............................................................................................................7 3.6、动力触探试验.............................................................................................................7 3.7、岩石力学参数测定.....................................................................................................8 3.8、软岩及土的流变试验.................................................................................................8 3.8.1、软岩的特征与流变特性.........................................................................................8 3.9、岩土中的应力测量.....................................................................................................9 3.10、超声波测试.............................................................................................................10 3.11、桩基检测试验.........................................................................................................10 3.12、地基动力测试.........................................................................................................11 3.13、岩体强度试验.........................................................................................................12 3.14、非饱和土测试.........................................................................................................12 3.15、模型试验.................................................................................................................12 3.16、测试数据的整理与分析.........................................................................................13

岩土工程测试课程报告

贵州大学（贵州路桥集团有限公司）王锁

一、岩土工程测试的意义概述

岩土工程测试就是对岩土体的工程悱质进行观测和度量，得到岩土体的各种物理力学指标的试验工作。

岩土工程测试是生产实践，也是科学试验，是获得感性认识和理性认识的必由之路。毛泽东在《实践沦》中说过：“真理的标准只能是社会的实践。实践的观点是辩证唯物论的认识论之第一的和基本的观点。”他又说：“社会实践的继续，使人们在实践中引起感觉和印象的东西反复了多次，于是在人们的脑子里生起了一个认识过程的突变(即飞跃)，产生了概念。”

土木工程、岩土工程都是很古老的学科。早期以土、木、石为材料，都是先有实践、试验，后来才有了材料力学、结构力学，近代才有了弹性力学、塑性力学、土力学、岩石力学等。材料属性必须通过试验或现场测试获得。土力学中有试验土力学，粒径级配曲线、e—P曲线、p—S曲线、击实曲线都是试验、测试得到的，库仑抗剪强度理论、达西定律也都是实践、试验得到的。土木工程、岩土工程中经验、统计公式很多，经验、统计更是实践的总结，数学上的概率统计就是在实践总结的基础上应运而生的。科技中常用的反分析法更是由实践、试验结果反求材料特性、计算参数和深究理论概念。

英国人培根有一句名言“知识就是力量”。这句话不完整，没有提到实践的作用。知识如果不和实践相结合，不能应用，就产生不了力量。中国老百姓有一句俗语叫有本事，本事即能力，即在实践中应能用知识来解决问题、创造效益、提高生产力，这才是活的知识，才有力量，才算有本事。反之，如果知识不结合实践，不能应用，那就是一个书呆子，没有本事。我国宋代大诗人陆游说过：“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”纸上得来即书本知识，绝知就是真知、会用，躬行就是实践。一名岩土工程师如果不重视实践、试验，那是不可思议的，终无大成就，因此一定要重视试验、实测技术。

总结得到的理论、计算公式的可靠性如何检验呢？还是实践，以此为标准，由实践来检验、提炼理论。/ 13

二、岩土工程测试的作用概述

岩土工程理论分析中的各种定理和规律（如摩尔一库仑定律、各种岩土体本构模型等）几乎都是建立在试验分析的基础之上。理论分析指导工程实践，而土工测试又是理论分析的基础。因此，在岩土工程中，测试处于基础地位。

近几十年以来，随着经济和社会的发展，工程实践中出现了更多更复杂的岩土工程问题，为了解决这些问题，一系列新的岩土体理论和工程设计方法涌现出来。这些新的理论和设计方法要求测试技术有新的发展和突破。没有先进的测试技术就得不到新的理论和设计方法所需要的精确的岩土体参数，这些新的理论和设计方法就无法保证工程实践精度。因此，现代工程实践对测试技术的要求越来越高，依赖性也越来越强。

从整体上看，岩土工程测试可以分为原位测试和室内测试两大类。原位测试可以在最大限度上减少试验前对岩土体的扰动，避免了这些扰动可能带来的对试验结果的影响。原位测试结果可以直接反映原位岩土体的物理力学状态，更接近工程实践的实际情况。同时，对于某些难于采样进行室内测试的岩土体（如承受较大固结压力的砂层），原位测试是必需的。但是进行原位测试，需要的人力、物力和财力通常都比较大。此外，原位测试对应的试验条件比较复杂（比如边界条件非常复杂)，给理论分析计算带来了困难，许多情况都不得不进行某些理想化的假设才能进行计算分析。而室内测试能进行各种理想条件下的控制试验，在一定程度上反而更容易满足理论分析计算的要求。因此，原位测试和室内测试具有各自的特点和优势，不能相互取代。

现代新发展起来的测试设备和技术，往往以解决复杂工程问题为目的。因此，仪器构造复杂，操作要求高，可以了解岩土体材料在各种情况的变化规律、考虑常规试验不能考虑的各种因素。但是，这些仪器设备花费巨大，并且操作复杂，不可能普遍应用于一般工程实践，常规测试仪器和技术仍然是必需的。即便是对于复杂的工程实践，常规测试也是必要的，它是进行复杂测试的基础。

三、岩土工程测试的内容概述

岩土工程测试的内容很多，《岩土工程测试》（土木工程研究生系列教材）主要讲述一下内容。/ 13

3.1、平板荷载试验

原位试验(In-Situ Festing)有时也称现场试验(On the Spot Festing)，其类型很多，如静力触探、动力触探、平板荷载试验、十字板剪切试验、旁压仪试验、大型剪切试验、孔隙水压力测试、弹性波速测试、地应力测试、抽水或注水、压水试验等。应用最广泛、最常见的还是平板荷载试验(P1ate Loading Test)，简称PLT试验。

平板荷载试验是利用弹性力学半无限体表面作用集中荷载的沉降计算公式(布希奈斯克解)，来确定地基承载力的基本方法。平板荷载试验一般只能反映深度为两倍承压板宽度范围内的土性特征。

试验设备,平板荷载试验因试验土层(地基)软硬程度、平板(荷载板或承压板)面积大小、试验土层深度等不同，采用的测试设备有多种情况。整个试验可分为承压板、加荷系统、反力系统、观测系统四部分。

3.2、十字板剪切和旁压仪试验

十字板剪切试验全称为野外十字板剪切试验，国际上简称为FVST(Field Vane Shear Test)。十字板剪切试验是用插入软粘土中的十字板头，以一定的速率旋转，测出土的抗扭力矩，换算其抗剪强度。这个抗剪强度相当于摩擦角u0时的粘聚力Cu值。旁压试验(Pressure Meter Test，PMT)起源于德国。旁压试验是利用旁压器对钻孔壁施加横向均匀应力，使孔壁土体发生径向变形直至破坏，利用量测仪器量测压力与径向变形的关系推求土力学参数的一种原位测试方法。

十字板剪切试验在国内外运用广泛，该法能够有效地在原位测定饱和软粘土的抗剪强度。长期以来的实践证明，该试验方法有如下优点：①试验存原位进行，不需取试样；②对无法取样和很难进行室内试验的土，如极软粘土、岩土接触面等，可以获得必要的力学指标；③能更好地反映土的结构、构造特性，如层理、裂隙、结核和颗粒分布的不均匀性；④试验中的边界条件（如排水条件、天然受力状态等）是实际的边界条件；⑤对于正常固结的饱和软粘性土，十字板试验能反映出软粘性土的天然强度随深度而增大的规律，而室内试验指标成果比较分散。/ 13

十字板剪切试验原理：十字板剪切试验是在钻孔某深度的软粘性土中插人规定形式和尺寸的十字板头，施加扭转力矩，使板头内的土体与周围土体产生相对扭剪，直至土体破坏，测出土体抵抗扭转的最大力矩，然后根据力矩的平衡条件，推算出土体抗剪强度。在推算强度时，作了以下几点假定：①剪破面为一圆柱面，圆柱面的直径与高度分别等于十字板板头的宽度D和高度H；②圆柱面侧面的抗剪强度fV和上下端面上的抗剪强度fH为均匀分布并相等，即fVfHf。由于十字板现场剪切试验为不排水剪切试验。因此其试验结果与无侧限抗压强度试验结果接近，饱和软土在固结不排水剪切时0，故f十字板剪切试验推算抗剪强度的公式可以表达为

qu2cu。

cukPff

3.3、锚杆和土钉测试

锚杆支护技术是20世纪初由煤矿巷道支护发展而来的，在岩土工程的边坡稳定支护中已经有广泛应用，是比较成熟的技术。现代土钉支护技术是20世纪70年代发展起来的，用于土体开挖和保持边坡稳定性的一种新型挡土技术。锚杆支护和土钉支护技术经济可靠，施工快速简易，已在大量工程中得到应用。

锚杆的锚固原理：与锚杆直接作用的是复杂多变的岩土体，这给锚杆的力学行为及锚固用原理的观测和研究带来了很大的困难。现有的多数有关锚杆支护作用和效果的试验都是在限定条件下和理想化了的基础上进行的。因此，目前对锚杆锚固原理了解还不够深入，但以下几种锚固作用机理是得到了工程和理沦界的普遍认同的。

悬吊作用原理：悬吊作用理论认为，锚杆支护是通过锚杆将软弱、松动、不稳定的岩土体悬吊在深层稳定的岩土体上，以防止其离层滑脱。这种作用在地下结构锚固工程中，表现得尤为突出。起悬吊作用的锚杆，主要是提供拉力，用以克服滑落岩土体的重力或下滑力，来维持工程结构的稳定。

组合梁作用原理：组合梁作用是较早提出来的，也是一般公认的支护作用原理之一。这种原理是把薄层状岩体看成一种梁（简支梁或悬臂梁）。在没有锚固时，它们只是简单地叠合在一起。由于层问摩擦阻力不足，在荷载作用下，单个/ 13

粱均产隹各自的弯曲变形，上下缘分别处于受压和受拉状态。若用螺栓将它们紧固成组合梁，各层板便相互挤压，层间摩阻力大为增加，内应力和挠度大为减小，于是增加了组合梁的抗弯强度。当把锚杆埋入岩士体一定深度，相当于将简单叠合的数层梁变成组合梁，从而提高了地层的承载能力。锚杆提供的锚固力愈大，各岩层间的摩擦阻力愈大，组合梁整体化程度愈高，其强度也愈大。

挤压加固作用原理：兰格(T.A．Lang)通过光弹试验证实了锚杆的挤压加固作用。当他在弹性体上安装具有预应力的锚杆时，发现在弹性体内便形成以锚杆两头为顶点的锥形体压缩区，若将锚杆以适当间距排列，使相邻锚杆的锥形体压缩区相重叠，便形成一定厚度的连续压缩带。

为说明锚杆对破碎地层的支护作用，国外的澳大利亚雪山水电站地下工程、国内的冶金建筑研究院等单位曾分别先后用碎石、混凝土碎块作材料模拟破碎地层，然后锚杆加固，结果发现加固后的模型承压能力大大提高。这就说明，通过锚杆的加固，即使毫无粘结力的碎石也能被加固成承载能力相当高的糕体“结构”。工程上称这种现象为挤匿加固作用，类似我国古代桥梁工程中的键(腰铁、铰石)对裂隙岩体的作用。

上述锚杆的锚固作用原理在实际工程中并非孤立存在，往往是几种作用同时存在并综合作用，只不过在不同地质条件下某种作刚占主导地位罢了。

3.4、岩土的渗透性及注浆加固

地下水在岩土孔(空)隙中的运动称渗流(透)，发生渗流的区域称为渗流场。观测井就是敞开口的井，或称为测压井，可以用来观测海水人浸淡水含水层的现象，观测地下水的污染情况等。岩土体中的孔隙水压力的量测可以利用敞开式测压管(观测井)或封闭式测压计。压水试验是测定岩土体渗透性特征最常用的一种测试方法。它是靠水柱自重或泵压力将水压人到钻孔内岩壁周围的裂隙中，并以一定条件下单位时间内的吸水量来表示岩土体的渗透性。

观测井包括海水入侵和地下水质污染，这是为了环境保护，环境保护就是保护人类自身的生存利益。自然环境的变迁，如沙漠化、水源断缺，对森林的破坏，直接影响甚至毁灭了人类自身的生存环境。

测孔隙水压力意义也很重要。在饱和土中总应力由有效应力和孔隙水压力组成。在非饱和土中总应力包括有效应力、孔隙水压力和孔隙气压力。孔隙水压力/ 13

和孔隙气压力较难测准，因而有效应力原理的应用就受到影响。有效应力原理是土力学理论的重大发展，它反映r岩土工程强度的本质。岩土工程计算中都有误差，甚至误差很大，原因当然足多方面的，但最主要的原因有两个：一个是材料力学、弹性力学中均匀、连续、各向同性的弹性体假定是近似的，不完全符合实际，另一个是计赞：参数洪差大，nf靠性差。能够使计算参数测试提高可靠度，这是个重要问题，足对崧土力学的贡献。

岩体和土体的重要区别是岩体中有各种成因的节理、裂隙、甚至是裂缝，这些裂隙(缝)的存在严格地说使岩体不成为连续体，这就从根本上动摇了材料力学、弹性力学，也是岩土力学的根本假定，所以许多学者尤其对岩石(体)力学问题，从损伤力学，甚至从断裂力学角度去研究，就是承认岩体不是，至少不是严格的连续体。但目前，从岩土力学与工程应用方面讲，还是材料力学、弹性力学基础。岩体中的压水、灌浆工程就是要堵塞裂隙、使岩体成连续体，至少成为近似地连续体，从根本上改善了岩性，改变了岩体工程测试的前提条件。也为测试岩体中界面的接触应力(压力)、岩体(石)中应力(包括构造应力即地应力，工程荷载作用下的附加应力)，这些测试都要求紧密接触，接触良好，只有这样才能很好的地传递应力，测试才能准确。岩体内部裂隙被封堵后，成了连续介质，岩体(石)内部埋设仪器、仪表后，所有变形、变位、应变、位移才能测得准，这就为反分析法提供了基础条件。反分析法是测位移、形变、应变，在此基础上去作应力、应变参数分析，因为有了应力才有应变，现在是测了应变，再分析应力，应变参数，所以称为反分析法。在数学物理方程中称逆问题。反分析法是一种既老又新的方法，比如西医诊病，先查问症状，再分析病理，再用药；中医诊病，先望、闯、问、切，再分析病理，再用药，这就是反分析，先查明果，后分析因。又比如测挡土墙位移、变形，再反演土的抗剪强度。又比如大家所熟知的本构关系，也是反分析，先弄清各种影响因素的作用方向和规律，再通过演绎或归纳建立方程，然后再求解方程。

岩土的渗透性及测试应用是广泛的，如野外抽水、基坑降排水、管涌、流沙、地层液化、隔水帷幕、隧道及矿井渗漏水、桥墩围堰、大坝基础防渗、水下工程、农田灌溉、地面沉降、环境工程如回灌等都与岩土的渗透性有关，都要进行测试，有的在大学阶段学过，有的在研究生阶段工程地质里学过。有的太专门化了，只/ 13

能约略提到，避免重复。

3.5、静力触探试验

静力触探试验(stati penetration test)，英文缩写CPT(cone penetration test)。静力触探是用千斤顶或落锤将一根细长的金属杆(直径19～80mm)压入或打人地下，用以测定任意深度处金属杆的贯人阻力。将其结果绘成图，横坐标表示贯人阻力，纵坐标表示贯人深度，这是勘察方法——原位测试中的主要类型之一。

在20世纪初期的触探仪是一个顶角为90。的圆锥，放在黏性土上并逐渐加荷，不断贯人，贯人阻力随着黏性土强度增大而增大。后来有了荷兰圆锥静力触探试验，这种圆锥具有60°顶角和直径：36mm，锥底而积10cm2。

3.6、动力触探试验

动力触探（DPT）和标准贯入试验(SPT)都是土工原位测试的主要方法，它们是利用一定的锤击能量，将带有探头的探杆打人土中，按贯入的难易程度来评价土的性质，得到经验(统计)公式。

标准贯入试验的力学机理：标准贯人试验（SPT)与动力触探试验在设备上的区别（重型动力触探和标准贯入试验没备大同小异）主要是探头形式和结构有差异，因而决定了各自的试验机理。标准贯人试验的探头称贯人器，是由钻孔取土器转化而来的开口管状空心探头。在贯人过程中，整个贯人器对端部和周围土体产生挤压和剪切作用，同时由于贯人器是空心的，将有部分土体挤入，加之是在冲击作用下工作，其工作细节和边界条件非常复杂。20世纪50年代以来不断有人探讨标准贯人试验的力学机理，从理论研究方面讲，可有三种理论：①动力作用理论；②用极限平衡理论进行研究；③用波动理论进行研究。

影响动力触探仪精度的因素：⑴人为使用因素：①落锤的高度控制和锤击方法；②量测读数精度；③触探孔垂直程度和探杆长度；④在钻孔中进行触探时钻孔的护壁和清孔情况。⑵设备本身的影响因素：①穿心锤的形状和质量；②探头的形状和大小；③触探杆的截面尺寸、长度和质量；④导向锤座的构造及尺寸。⑶土质与工程环境：①土的性质，如密度、含水量、颗粒结构、压缩性、超固结状态、抗剪强度等；②触探深度，包括触探杆长度和探杆侧壁摩擦。触探深度在12～15m以内时，可忽略探杆侧壁摩阻力，也不用泥浆护壁。探杆长度有显著影/ 13

响，对锤击数需要修正；③地下水的影响。在粘性土中试验，地下水的影响大；在砂土中试验．地下水影响小。

3.7、岩石力学参数测定

岩石的力学性质，岩石和岩体，无论是干燥的还是饱和的，在大多数工程荷载作用下，均表现为弹性体或近似弹性体。

岩石特别是岩体内部，必然有节理、裂隙、结构面、软弱夹层等。这些结构面、软弱夹层，其物质成分、微观结构、力学性质都比较复杂，其力学性质可能属于非线性弹性、弹塑性或粘弹性等。对于结构面和软弱夹层而言，它们含水情况是否饱和，作用力方向和结构面、软弱夹层的展布方向是垂直还是平行或者倾斜，影响很大、差异明显、工程效果大不相同。由于岩石、岩体本构关系的多样性、复杂性及不确定性，这里只研究岩石、岩体作为弹性体、近似弹性体的情况。

3.8、软岩及土的流变试验

软岩及土的流变性包括弹性后效、流动、结构面的闭合和滑移变形等。随着岩土工程的发展，流变已成为工程实践中常遇到的问题，也是造成事故的主要因素之一。岩土体流动变形呈现出了大量的、具有不同特征的流动变形和破裂现象一，通过测试技术，研究这些现象便于了解岩土体变形程度、发生原因、发展趋势及最终状态，由此采取适时有效的工程对策。

3.8.1、软岩的特征与流变特性

软岩的基本特征是强度低，孔隙率高，重度小，渗水、吸水性好，易风化，易崩解，具有显著的膨胀性和明显的时效特性。作为工程材料，其稳定性差。由于岩体开挖后出现持续变形，对于不稳定岩石包括泥质夹层节理弱面等，往往有流变性、粘弹性、粘弹塑性等。流变性又称粘性(Viscosity)，是指物体受力变形过程与时间有关的变形性质。软岩流变的一个重要特征是其强度随时间的延长而降低。

软岩的流变性包括弹性后效、流动、结构面的闭合和滑移变形。，弹性后效是一种延迟发生的弹性变形和弹性恢复。由于加荷刚继瞬时的弹性变形产生之后，仍有部分变形随时间增长而产生，因为这部分变形属于可恢复的，且在恢复时亦需要一定的时间，因此，这部分变形仍属于弹性变形范畴，当外力卸除后最/ 13

终不留下永久变形。流动又可分为粘性流动和塑性流动，它是一种随时间延续而发生的塑性变形（永久变形），其中粘性流动足指在较小外力作用下发生的塑性变形（永久变形），塑性流动是指外力达到屈服极限值后才开始发生的塑性变形。闭合和滑移是岩体中结构面的压缩变形和结构面问的错动，也属塑性变形。

工程岩体流变性状及其多样性、易变性显得比较复杂。不同成因类型的软岩、不同结构构造的软弱层，其流变性表现程度是不同的。花岗岩风化形成的软岩，流变变形一般较小，阻尼变形持续时间较短，变形很快趋向稳定；泥质砂岩变形增长较快，变形量值也较大；粘土岩与页岩以及软弱夹层的流变特性非常明显，故对其流变性进行研究有着重要的现实意义。

软岩的流变规律是很复杂的，它和膨胀、崩解一样给软岩工程带来极大的危害。地下洞室围岩的失稳往往是流变、膨胀和崩解的综合效应。很难区分何种效应起主导作用。

软岩的流变力学特性主要包括四方面：①蠕变，在恒定麻力的条件下，变形随时间逐渐增长的现象；②应力松弛，当应变保持一定时，应力随时间逐渐减小的现象；③流动特性，时间一定时，应变速率与戊力大小的关系；④长期强度，在长期荷载持续作用下软岩的强度。

3.9、岩土中的应力测量

土体中的应力测量通常采用压力盒装置（常用的有钢弦式土压力盒），测量时必须保证仪器埋设处的土体可以近似认为是弹性均匀连续介质。地应力的研究和测试方法有：岩体表面应力测量技术、浅钻孔应力解除技术、深钻孔地应力测量技术、水压裂法地应力测量技术和声发射法地应力测量技术等。

土中应力测量分为两种类型，一类是在界面处的应力称为接触应力，如基础底面、挡土墙背处(包括深基坑支撑和土层的接触面处)、地下洞室衬砌外侧、桩端界面处、双层地基界面处，深埋管道底部或外侧，这些都是在两种材料的界面处。另一类是在土体内部，如地基内部、边坡体内部，还有厚衬砌内部、地下连续墙内部（严格说，后两种情况不是土中应力）。

测土中应力有一个基本要求，这就是要求介质是连续介质，也就是说仪器埋设处应是连续介质，而且仪器埋设处要有代表性。这就要求不论界面还是土体内部，不应该处于非均匀状态或是有孔洞或有应力集中现象。如在岩体中测试最好/ 13

通过灌浆填塞，封堵各式各样、大大小小的裂隙，使之成为连续介质，起码近似于弹性连续介质。在土体中测试时，要求通过手工操作使土体，至少使仪器埋设处成为弹性、均匀连续介质。这才符合材料力学、弹性力学的基本假定，具备测试正确性的基本前提。

3.10、超声波测试

声波测试技术是一种现代物理技术，该技术主要是应用声学原理，采用声电转换技术，依据弹性波理论，利用波速这一参数，结合波幅、波频、波形等特征，反映介质质点运动的力学特征，获得工程地质与室内试样的物理力学特性。

声波测试技术是一种现代物理技术，主要是应用声学原理，采用声电转换技术，依据弹性波理论，利用波速这一参数，结合波幅、波频、波形等特征，来反映介质质点运动的力学特征，获得工程地质与室内试样的物理力学特性。

声波测试分室内与室外两种。室内主要是测定岩土试样的声波波速，用来计算岩土试样的物理力学参数；室外主要是在工程现场通过原位测试，用弹性波波速来对地质进行评价，尤其是岩体的完整性与稳定性评价。概括起来，声波测试技术可以解决以下几方面的问题：①岩石(土)试样的物理力学性质的测定和估算，如动弹性模量、泊松比等；②利用声波参数结合地质因素，对工程地质进行分类、分级；③利用声波探测技术评价地下工程围岩的稳定性，包括围岩松弛带范围的测定和围岩稳定性的定期观测；④利用声波测井技术，进行工程地质勘探钻孔及孔间地质剖面分层，确定风化层厚度，为设计开挖及处理提供依据；⑤岩体中存在缺陷，如构造断裂、岩溶洞穴的位置和走向及规模，张开裂隙的延伸方向和长度的探测；⑥工程岩体施工及加固效果的检测，如爆破、喷锚支护、补强灌浆的质量检查等。

3.11、桩基检测试验

桩是设置在地层中的竖直或倾斜的基础支承构件。桩基检测的目的主要有两个：第一个目的是为桩基的设计提供合理的依据。该目的是通过在建筑现场的试桩上进行测试来实现的。第二个目的是检验工程桩的施：[质量，是否能够满足设计或建(构)筑物对桩基承载力的要求。该目的是通过对工程桩进行抽样测试来实现的。

桩基检测的目的主要有两个：一是为桩基的设计提供合理的依据，该目的是/ 13

通过在建筑现场的试桩上实现的；二是检验工程桩的施工质量，是否能满足设计或建(构)筑物对桩基承载能力的要求，该目的是通过对工程桩抽样检测来达到的。对桩基检测的基本要求主要有两项：一是桩的平面位置与几何尺寸；二是桩的完整性与承载能力。主要介绍单桩的完整性与承载能力的检测技术与方法。单桩承载力检测内容包括桩的垂直承载力、水平承载力与抗拔承载力，它取决于桩周(端)介质对桩的支承阻力以及桩身材料的强度。单桩完整性反映了桩身截面尺寸变化、桩身材料密实度和连续性的综合性指标。检测参数包括桩身钢筋混凝土波速、密实度，桩身截面尺寸变化，桩身缺陷位置、缺陷形式、缺陷程度，推算桩长及估算钢筋混凝土强度等级等。桩基检测技术方法分静载试验与动测试验两种。

3.12、地基动力测试

在岩土工程中，岩土体受到动力作用(地震、风振、浪振、机器振动以及爆炸爆破、高速流体和陆地高速重型运载工具等所产生的动应力等)的情况是非常普遍的。岩土体在动力作用下的反应和动力参数通过动力测试获得。常用的岩土体室内动力测试技术有：动三轴试验、动单剪试验、振动台试验和共振桂试验。

土的动力性质是指其在各种动力作用下直接或间接表现出来的某种反应和效应，从岩土工程观点来看，动力是指地震、风振、浪振、机器(锻锤、透平机、破碎机等)振动，以及爆炸、爆破、高速流体通道和陆地重型高速运载工具等所产生的动应力。可见，岩土体在各类土建工程中受到动力作用的情况是极其普遍的。

土的动力测试的目的分为三个方面：①土的基本动力参数的测定，如动弹性模量、动剪切模量、泊松比、动阻尼以及土体中波的传播速度等；②土体的动力反应试验．如饱和低塑性土的振动液化试验和衰减试验等；③土体结构受振条件下的原型观测，如各种动力作用下土体振动性状的实际观测等。就其测试条件又可分为四类：①室内试验；②现场模拟试验；③原位试验；④原型观测。

由于动力试验条件的复杂性，通常一项动力参数可以通过多种试验方法测求。所以在设计土的动力试验或选用某项试验设备时．应首先考虑试验条件的相似性和设备功能的多重性，以及试验成果的针对性。

动三轴试验原理：动三轴试验是从静三轴试验发展而来的，通过对试样施加/ 13

模拟的动土应力。同时测求试样在承受动荷载作用下所表现出的动态反应。这种反应是多方面的，最基本和最主要的是动应力(或动主应力比)与相应的动应变的关系和动应力与相应的孔隙水压力的变化关系。根据应力、应变及孔压这三种指标的相互关系，可以推求出土的各项动弹性参数及粘弹性参数，以及土样在模拟某种实际振动的动应力作用下所产生的性状。

3.13、岩体强度试验

岩体是赋存于一定地质环境中的复杂地质体，通常由岩石(结构体)和各种各样的软弱结构面组合而成。因此，岩体强度不仅与组成岩体的岩石力学性质有关，而且与这些软弱结构面的物质组成、发育程度、组合类型及力学性质等有着很大的联系。许多工程实践表明，结构面的存在大大削弱了．岩体整体强度，导致岩体稳定性降低。工程实践需要以岩体为对象的室内测试技术和原位测试技术来分析评价岩体强度和稳定性。

3.14、非饱和土测试

相对于饱和土力学而言，非饱和土力学的研究进展比较缓慢。制约其发展的因素主要有两个：一是试验技术，迄今没有定型设备；二是理论体系欠成熟。理论的发展离不开试验对土的力学特性的揭示，因而测试技术对非饱和土力学发展的影响非常深远。

3.15、模型试验

尽管随着计算机技术的发展，岩土工程的分析计算取得了蚝足的进步，但到目前为止，许多复杂的工程情况(如水工大坝、地基一结构的相互作用等)，运用现有的理论计算仍有很多困难，甚至无法计算，这时，模型试验就是一种非常有效的方法。模型试验要求模型材料、模型形状及所受的荷载等必须按照一定的规律与原型的情况相似。

模型的相似原理：既然是模型试验，模型和原型之间，在几何尺寸，材料、物理、力学特性方面是相似而不是相同。模型试验的相似理论是指模型上重现的物理现象应与原型相似，即要求模型材料、模型形状、所受荷载等均必须遵循一定的规律。这种模型试验，既要研究在正常荷载作用下结构、岩体、地质体的应力及变形特性，又要研究超载情况下的变形和破坏特征，因而兼有线弹性应力模/ 13

型和破坏模型的试验特点，因此它既要满足结构破坏型试验的相似关系，又要满足地质力学、岩体力学模型试验的相似关系。

概括而言，相似原理可表述如下：实体(原型)和模型为两个系统，它们的几何特征和各个对应的物理量必须(然)互相成为一定的比例关系。这样就可以试验测定模型系统的物理量，再按比例推求原型(实体)的相对应的物理量。

考虑平面问题时，物理量包括坐标、体积力、边界力、应力、位移、应变、弹性模量、泊松比等。

数值模拟：模型试验要制作模型或称试件(样)，要多作儿次、几十次试验，就要作多个试件。模型试验复杂、费时、费钱，所以有的人就少作，甚至不作，这样要得到足够的、准确的、可靠的试验数据就不可能。有效的解决办法是数值模拟。

以有限单元法为代表(有限条带法、边界冗法等)的方法称为数值方法，这是目前最接近真值的近似方法。我们设定一个数值模型，单元划分好，模型中的特殊构造损伤事先安置好．可设置特殊单元，各种荷载及加载条件、边界条件设计好，只要编好计算程序，在计算机上很快或较快时间内就可以得出结果，一目了然，再调数值，形成一个新的方案再计算，很快又得出一个结果，一个计算方案的计算结果就相当于一个模型(试件)试验。用数值模拟米和模型试验相比较，数值模拟应用越来越广，当然和有限单元法及电子计算机的大量使用分不开。

3.16、测试数据的整理与分析

在岩土工程测试中必然会遇到大量的数据，因此岩土工程测试中的一项重要工作就是从大量的数据中取出有用的数据并得出结论或规律，用于指导工程实践。

数据处理，在数理统计中，就是通过随机变量的部分观察值来推断随机变量的特性，例如分布规律和数字特征等。数理统计是具有广泛应用的一个数学分支，它以概率论为理论基础，根据试验或观察得到的数据，对研究对象的客观规律作出合理的估计与判断。/ 13