土体和岩体原位测试方法(6-1)

岩土工程原位测试岩土工程原位测试是岩土工程领域中常用的一种测试方法，主要用于研究土体和岩石的力学性质，包括密度、强度、变形等方面。

原位测试可分为静态和动态两种，常用的测试方法包括压缩试验、剪切试验、钻孔取心和动力触探等。

1. 压缩试验压缩试验是岩土工程中最常用的一种试验方法，主要用于研究土体和岩石在静态荷载作用下的应变和应力关系，以及其力学性质。

压缩试验一般采用圆柱形或立方体样品，常见的试验设备包括固定底板试验机和振动底板试验机两种。

固定底板试验机的测试原理是将试样放在机器的底板上，通过上下移动试验头，施加垂直向下的载荷，以产生压缩变形。

振动底板试验机是一种新型试验方法，通过在底板上施加振动载荷以促进试样的变形。

2. 剪切试验剪切试验主要用于研究土体和岩石的剪切性能，可分为单轴剪切试验和三轴剪切试验两种。

单轴剪切试验是将试样置于试验机的水平底板上，施加垂直向下的压力，同时在试样的表面产生水平力，使试样进行剪切。

三轴剪切试验是利用三个气室将试样完全包裹，分别施加三个方向的应力，以研究土体和岩石在三个方向上的切向应力和法向应力。

3. 钻孔取心钻孔取心试验是一种非破坏性的试验，主要用于评估岩土中存在的裂隙、结构和岩石类型。

在取样过程中需要特别注意制取的样品应具有代表性，应取样选择典型的岩土层位。

在岩石钻探中，常使用的钻探机械有手动旋转式钻机、电机转向钻机和系统化泥浆钻机。

对于深层地层和硬质岩体，通常使用钻探机械逐层取心，以便对结构和裂隙进行详细的剖分。

4. 动力触探动力触探试验是一种快速、简单且准确的测试方法，可以在不破坏土体的情况下测定岩土体的强度。

试验的原理是将一定质量的重锤从一定高度自由落下，击打位于土层内部的钻杆顶端，并测定沉击钻杆的下沉度以及反弹度，从而评估土层的类型和压缩性质。

动力触探试验设备通常由锤头、钻杆、压力计和数据采集器组成。

触探数据经过处理后，可以用于制作地下剖面图，为地勘、基础工程和岩土工程提供可靠的数据支持。

岩土工程原位测试方法概括与分析及其应用做一细化并提出合理化建议，具有较强的理论性和实用性。

关键词】岩土工程；原位测试；试验方法正文1、原位测试方法分类所谓的原位测试法就是在岩土层原来所处的位置，基本保持的天然结构，天然含水量以及天然应力状态下，测定岩土的工程力学性质指标。

原位测试包括静力触探、动力触探、标准贯入试验、十字板剪切、旁压试验、静载试验、扁板侧胀试验、应力铲试验、现场直剪试验、岩体原位应力测试、岩土波速测试等。

1.1 静力触探静力触探测试简称静探（CPT：static cone penetration test），是把一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压人土中，并测定探头阻力等的一种测试方法，实际上是一种准静力触探试验。

试验是用机械装置把带有双层管的圆锥形探头压人土中，在地面上用压力表分别量测套筒侧壁与周围土层间的摩阻力（fs）和探头锥尖贯入土层时所受的阻力（qc）。

1.2动力触探圆锥动力触探试验习惯上称为动力触探试验（DPT：dynamic penetration test）或简称动探，它是利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥形探头打入土中，根据每打入土中一定深度的锤击数（或贯入能量）来判定土的物理力学特性和相关参数的一种原位测试方法。

1.3标准贯入试验标准贯入试验（SPT：standard penetration test）标准贯入试验习惯上简称为标贯。

它使用SPT锤将钻杆底部的对开管式贯入器打入钻孔孔底的土中，取得土样。

贯入300mm（1英尺）所需要的锤击数称为N值，其与土体强度有关。

1.4十字板剪切试验野外十字板剪切试验（FVST：Field Vane Shear Test）习惯上称为十字板剪切试验，是用插入软黏土中的十字板头，以一定得速率旋转，测出土的抵抗力矩，换算地基土不排水抗剪强度的现场试验。

1.5旁压试验旁压试验（LLT：Lateral Loading Test）是将圆柱形旁压器竖直放入土中，通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给周围的土体（岩体），使土体（岩体）产生变形直至破坏，通过量测施加的压力和土变形之间的关系，即可得到地基土在水平方向的应力应变关系。

第一节概述在岩土工程勘察过程中，为了取得工程设计所需要的反映地基岩土体物理、力学、水理性质指标，以及含水层参数等定量指标。

要求对上述性质进行准确的测试工作，这种测试仅靠勘探中采取岩土样品在实验室内进行实验往往是不够。

实验室一般使用小尺寸试件，不能完全确切地反映天然状态下的岩土性质，特别是对难于采取原状结构样品的岩土体。

因而有必要在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学性质及其他指标，以弥补实验室测试的不足。

野外试验亦称现场试验、就地试验、原位测试。

许多试验方法是随着对岩土体的深入研究而发展起来的。

一、野外试验的目的1、在岩土体处于天然状态下，利用原地切割的较大尺寸的试件进行各种测试取得可靠的岩土体物理、力学、水理性质指标。

2、对于某些因无法采取原状样品进行室内实验的岩土体的测试。

如：裂隙化岩石、液态粘性土（低液限粘土、淤泥）、砂砾。

3、完成或实现室内无法测定的实验内容。

如：地下洞室围岩应力、岩体裂隙的连通性、透水性、含水层的渗透性等。

4、为施工（基坑开挖、地基处理）提供可靠的数据。

二、野外试验的分类1、岩土力学性质的野外测定（1）土体力学性质试验:载荷试验、旁压试验、静、动触探试验、十字板剪切试验（2）岩体力学性质试验:岩体变形静力法试验、声波测试（动力法）试验、岩体抗剪试验、点荷载强度试验、回弹锤测试、便携式弱面剪试验2、岩体应力测定:测定岩体天然应力状态下及工程开挖过程中应力的变化。

如：地下洞室开挖3、水文地质试验:钻孔压水试验（裂隙岩体）、抽水试验（中、强富水性含水层）、注水试验（干、松散透水层）、岩溶裂隙连通试验等4、改善土、石性能的试验:为地基改良和加固处理提供依据。

如：灌浆试验、桩基试验等三、野外试验的新进展近年来我国岩土工程原位测试与现场监控技术有长足进步，在长期实践过程中，在测试仪器和方法，理论分析，成果应用等积累了丰富的经验。

主要发展如下：1、土体原位测试中，旁压试验仪器的改进，静力触探技术的发展。

一、什么是原位测试？试简述不少于六种主要方法及其应用。

1．原位测试（in-site-test）是指在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动地层的情况下对地层进行测试，以获得所测地层的岩土体物理力学性质指标及划分地层的一种工程勘察技术。

2原位测试的主要方法及应用根据试验对象，原位测试可以分为土体原位测试和岩体原位测试两大类。

（1）土体原位测试：载荷试验：是在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基的变形特性，测求地基土的压力与变形特性的原位测试方法。

应用：确定地基土基本承载力、提供地基土变形模量、确定极限强度静力触探试验：是用静压力匀速将标准规格的圆锥形探头压入土层中，同时量测探头阻力，测定土的力学特性的一种原位土工测试方法，它具有勘探和原位测试的双重功能，适用于软土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。

应用：划分土类、划分土层剖面、确定地基土承载力、确定土的压缩模量和变形模量，还可利用地区经验估算土的强度参数、砂土的密实度、粘性土稠度状态，判定饱和砂土和粉土的地震液化势，根据孔压消散曲线估算土的渗透系数、评定土的应力历史。

在桩基勘察中，还可根据桩型估算单桩承载力和沉桩阻力。

旁压试验（预钻式和自钻式）也称横压试验，是用可侧向膨胀的旁压器，对钻孔孔壁周围土体施加径向压力的原位测试技术方法。

适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、极软岩和软岩等应用：，计算土的模量、强度和承载力等。

圆锥动力触探试验和标准贯入试验：动力触探是利用一定的落锤能量，将一定尺寸、一定形状的探头打入土中，根据打入的难易程度（可用贯入度、锤击数或单位面积动贯入阻力来表示）判定土层性质的一种原位测试方法。

圆锥动力触探应用：可进行力学分层，评定土的均匀性和物理性质（状态、密实度）、土的强度、变形参数、地基承载力、单桩承载力，查明土硐、滑动面、软硬土层界面，检测地基处理效果等。

如将探头换为标准贯入器，则称标准贯入试验。

岩体双千斤法顶直剪验指导书一试验目的本试验的目的是通过岩体直剪试验确定岩体的抗剪强度参数（内聚力c、内摩擦角υ）和剪切刚度系数。

测定岩体抗剪强度参数和剪切刚度系数有室内测试和原位测试两种方法，在室内试验中，岩体样本尽管可以通过努力把取样扰动和切样扰动降低到最小限度,但是试样从地层深部取出时因应力释放而引起的扰动是无法避免的，而且精细的取样和试验技术现在还难以普遍推广应用。

而原位直剪试验试体比室内试样大，能包含岩体宏观结构的变化，而且岩体结构没有受到扰动破坏，试验条件接近工程实际情况。

而且原位测试是在原位应力条件下进行实验，不用取样，避免或减轻了对岩样的扰动程度，测定岩体的范围大，能反映微观、宏观结构对岩性的影响，比室内岩块试验更符合实际情况。

二试验原理现场直接剪切试验原理与室内直剪试验原理相同，由于试验尺寸大且在现场进行，能把岩体的非均质性及软弱结构面对抗剪强度的影响更真实地反映出来。

根据库伦破坏准则，有ϕτt a nσ=c+f（2-1）式中，τf——剪切破坏面上的剪应力（kPa），即岩土体的抗剪强度；σ——破坏面上的法向应力（kPa）；c——岩土体的粘聚力（kPa）；υ——岩土体的内摩擦角（°）；依据所测得的τf可推求出相应的c、υ值。

岩体抗剪强度试验在现场可以有各种不同的布置方案，但就剪切荷载施加的方式只有两种，因此，按剪切荷载施加的不同方式，分为两种试验方法：即平推法试验和斜推法试验。

采用平推法和斜推法时，由于剪切应力方向不一样，因此所采用的计算公式也有所不同。

图2.1 平推法与斜推法示意图平推法试验按下面公式计算各法向荷载下的法向应力和剪切应力：σ=P/F （2-2）τ=Q/F （2-3）式中：σ——剪切面上的法向应力，Mpa;τ——剪切面上的剪切应力，Mpa;P——剪切面上的总法向荷载，N;Q——剪切面上的总剪切荷载，N;F——剪切面面积，mm2斜推法试验按下面公式计算法向应力和剪切应力：σ＝P/F＋Qsinα/F （2-4）τ= Qcosα/F （2-5）式中：Q——作用于剪切面上的总斜向荷载，N;α——斜向荷载方向与剪切面之间的夹角;其他符号含义同上文。

岩土工程地质勘察中的原位测试技术摘要：本文将对岩土工程中地质勘察中原位测试技术的应用进行探讨，以期对业内人士有一定借鉴意义。

关键词：岩土工程；地质勘察；原位测试；技术一、原位测试技术基本内涵对于原位测试技术的理解，就是在土层原来所处的位置上，对土的工程力学性质指标进行测量，这种技术是在土体天然结构、天然含水量以及天然应力的状态不改变的情况下测量的一种技术。

通过这种测试技术，可以让测试人员从封闭性测试样品中得到更准确的信息。

在降低操作难度的同时，还能够提高测试的精准性，而且还能够实现连续测试。

在实际中，如果岩土工程规模比较大，并且在时间上比较赶，这时就可以利用这种技术来进行测量。

二、原位测试技术在岩土工程地质勘察中应用的优劣势1.优势在岩土工程地质勘察工作中，原位测试技术的应用主要表现出以下四个方面的优势。

（1）原位测试技术省去了采样环节，可以直接在工程现场进行，待测样本受到的干扰降到了最低。

（2）原位检测技术可以直接在工程现场进行，所以与试验室检测相比，其能够获取的样本更大，对于岩土性质与岩土结构的反映将会更加全面。

（3）原位测试技术的应用可以实现多个待测对象的连续性试验，进而对岩土体剖面和物力性能进行如实的反映。

（4）原位测试技术的发展速度非常快，尤其是静力触探车的出现，使得原位测试技术表现出了快速、经济的特点。

2.劣势原位测试技术在岩土工程地质勘察中的应用，也存在着以下三大劣势。

（1）与之相关的应力条件异常复杂，尤其是特定参数，很难通过某种方式进行确定。

所以在选择模型的时候，就只能大量的简化。

简化过度就会对岩土土体的测试结果准确性产生影响。

（2）在岩土荷重发生变化的时候，其相应的参数也会发生变化，但是，原位测试技术却无法对这种变化进行预测。

（3）原位测试技术的应用需要花费较多的时间，其相应的测试成本需求也较大。

所以在工程成本的限制下，试压次数并不多，能够获得的参数数量也十分有限。

这样一来，后续的分析工作也受到了严重的影响。

0.1 原位测试技术岩土工程：“根据建设工程的要求，查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动。

”岩土工程勘察所采用的方法和手段较多，主要有勘探（包括钻探、井探、槽探、坑探、洞探、物探、触探等）、原位测试和室内试验等。

原位测试：从广义上讲，包括原位检测和原位试验两部分，即指在被测试对象的原始位置，在不破坏、不扰动或少扰动被测试或检测对象原有（天然）状态的情况下，通过试验手段测定特定的指标，进而评价被测试对象阶性能和状态。

从狭义上讲，原位测试是指利用一定的试验手段在天然状态（天然应力、天然结构和天然含水量）下，测试岩土的反应或一些特定的物理、力学指标，进而依据理论分析或经验公式评定岩土的工程性能和状态。

0.2 原位测试方法载荷试验、静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、现场直接剪切试验、波速测试、岩体原位应力测试和激振法测试。

1载荷试验1.1 概述1.1.1 载荷试验方法载荷试验（P1ate Load Test，简称PLT）：是在现场通过一定面积的刚性承压板向地基逐级施加荷载，测定天然地基、单桩或复合地基的沉降随荷载的变化，借以确定地基土的承载能力和变形特征的现场试验。

1.1.2 载荷试验分类按试验对象划分：一般载荷试验、复合地基载荷试验和桩载荷试验（包括竖向和水平载荷试验）按加荷性质划分：静力载荷试验和动力载荷试验按承压板形状划分：平板载荷试验和螺旋板载荷试验按试验深度划分：浅层载荷试验和深层板载荷试验1.1.3 载荷试验的适用条件浅层平板载荷试验：适用于地表浅层地基土（包括各种填土和碎石土）深层平板载荷试验适用于埋深等于或大于3.0m和地下水位以上的地基土螺旋板载荷试验适用于深层地基或地下水位以下的土层1.1.4 载荷试验的优点对地基土不产生扰动，确定地基承载力最可靠、最具代表性，可直接用于工程设计，还可用于预估建筑物的沉降量，对大型工程、重要建筑物，载荷试验一般不可少，是世界各国用以确定地基承载力的最主要方法，也是比较其它原位测试成果的基础。