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作业指导书(岩土原位测试)编写审核：批准：版号：第1版文件编号：生效日期目录1适用范围 (5)2岩体变（弹）性模量测试 (5)2.1试验依据、技术标准 (5)2.2试验目的 (5)2.3试验原理 (5)2.4试验仪器设备 (5)2.5试验准备 (6)2.6现场试验 (7)2.7资料整理与成果分析 (7)2.8报告内容 (8)3岩体抗剪强度测试 (9)3.1试验依据、技术标准 (9)3.2试验目的 (9)3.3试验原理 (9)3.4试验仪器设备 (9)3.5试验准备 (9)3.6现场试验 (10)3.7资料整理与成果分析 (12)3.8报告内容 (13)4岩体地应力测试 (13)4.1引言 (13)4.2测试依据、技术标准 (13)4.3测试目的 (14)4.4测试原理 (14)4.5测试仪器设备 (14)4.6测试准备 (14)4.8地应力值计算与成果分析 (16)4.9报告内容 (20)5洞室收敛变形测试 (21)5.1适用范围 (21)5.2检验所遵循的依据、技术标准 (21)5.3检测目的 (21)5.3检测原理 (21)5.4仪器设备 (21)5.5检测准备 (22)5.6现场检测 (22)5.7资料整理与成果分析 (23)5.8报告内容 (23)6地基土十字板剪切强度测试 (24)6.1适用范围 (24)6.2检验所遵循的依据、技术标准 (24)6.3检测原理 (24)6.4仪器设备 (24)6.5仪器操作步骤 (24)6.6资料整理与成果分析 (25)6.7报告内容 (26)7土体深层竖向变形测试 (26)7.1适用范围 (26)7.2检验所遵循的依据、技术 (26)7.3检测目的 (26)7.4检测原理 (27)7.5仪器设备 (27)7.6检测准备 (27)7.7现场检测 (27)7.8资料整理与成果分析 (28)8岩体深层变形测试 (28)8.1钻孔轴向岩体位移观测 (28)8.2钻孔横向岩体位移观测 (31)9土体深层水平位移测试 (34)9.1适用范围 (34)9.2检验所遵循的依据、技术标准 (34)9.3仪器设备 (34)9.4检测准备 (34)9.5现场检测 (35)9.6资料整理与成果分析 (35)9.7报告内容 (35)10地基土孔隙水压力 (35)10.1适用范围 (35)10.2检验所遵循的依据、技术标准 (35)10.3仪器设备 (36)10.4检测准备 (36)10.5现场检测 (38)10.6资料整理与成果分析 (38)10.7报告内容 (39)11地基土剪切波测试 (39)11.1适用范围 (39)11.2检测依据 (39)11.3仪器功能 (39)11.3仪器的主要部件 (39)11.4检测原理 (39)11.5测试步骤 (40)11.6资料整理与成果分析 (41)11.7仪器的保养 (42)1 适用范围本指导书适用于以下项目的测试：（1）岩体变（弹）性模量测试（2）岩体抗剪强度测试（3）岩体地应力测试（4）洞室收敛变形测试（5）地基土十字板剪切强度测试（6）土体深层竖向变形测试（7）岩体深层变形测试（8）土体深层水平位移测试（9）地基土孔隙水压力（10）地基土剪切波测试2 岩体变（弹）性模量测试2.1试验依据、技术标准（1）中华人民共和国行业标准《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）；（2）检测任务单要求。
岩土工程勘察中的原位测试与室内试验研究摘要:随着岩土工程勘察的重要性日益凸显，原位测试和室内试验成为关键的研究方法。
本研究旨在探讨这两种方法在岩土工程勘察中的应用。
介绍了原位测试的常用方法和操作流程，包括土壤取样和观测、地下水位监测、压力计和拉力计测试等。
探讨了室内试验的常见方法和操作流程，如压缩、剪切和抗拉试验等。
比较了两种方法的优缺点，并分析了它们的适用范围和应用场景。
总结了研究的结果和局限性，并提出了未来的发展方向。
关键词：岩土工程勘察；原位测试；室内试验引言岩土工程勘察中的原位测试和室内试验是评估土壤和岩石力学性质的重要手段。
原位测试通过在现场进行数据采集，能够提供真实的工程环境下土壤和岩石的性质信息。
室内试验则通过对采集的样品进行实验，可以更加精确地测定土壤和岩石的力学参数。
本文旨在系统探讨原位测试和室内试验的方法、流程和应用，比较它们的优缺点，并分析其在岩土工程勘察中的适用范围和应用场景。
1.岩土工程勘察中的原位测试1.1定义和概述岩土工程勘察中的原位测试是指在土体和岩石的现场进行测量和观测，以获取土体和岩石在实际工程环境中的力学性质和变形特性的过程。
原位测试方法包括土壤取样和观测、地下水位监测、压力计和拉力计测试等。
这些测试方法可以提供真实的现场环境下土体和岩石的性质信息，可以为岩土工程设计和施工提供重要的参考和指导。
1.2常用的原位测试方法常用的原位测试方法包括静力触探、动力触探、动力穿透试验、自由振动试验和压力计等。
静力触探是一种常用的土壤密实度和承载力测试方法，通过测量驱动钻杆的推入阻力来评估土壤力学性质。
动力触探则是通过驱动钻杆在钻进过程中的振动特性来推测土壤层的力学性质。
动力穿透试验是利用重锤的自由落体撞击地面，通过测量反弹速度或击穿能量来评估土壤和岩石的强度。
自由振动试验是通过激励土体或岩石的振动来测量共振频率和阻尼比，以评估其动力特性。
压力计则是通过测量土体或岩石中的孔隙水压力变化，来推断土体的力学性质。
岩土工程测试技术报告标题：岩土工程测试技术报告引言概述：岩土工程测试技术是岩土工程领域中非常重要的一部份，通过测试技术可以获取岩土工程材料的物理力学性质和工程特性，为工程设计和施工提供重要的依据。
本报告将介绍岩土工程测试技术的相关内容，包括测试方法、仪器设备和数据分析等方面。
一、岩土工程测试方法1.1 岩土样品采集：岩土工程测试的第一步是采集样品，样品的采集方法和位置对测试结果有很大影响。
1.2 试验室室内试验：室内试验是岩土工程测试的常用方法，包括压缩试验、拉伸试验、剪切试验等。
1.3 野外试验：野外试验是对岩土工程材料在实际工程中的性能进行测试，包括原位试验、动力触探等。
二、岩土工程测试仪器设备2.1 岩土力学试验仪器：岩土工程测试中常用的仪器包括压力机、拉伸机、剪切机等，用于进行不同类型的力学试验。
2.2 岩土物理试验仪器：岩土工程测试中还需要使用一些物理试验仪器，如密度计、渗透仪等，用于测试岩土材料的物理性质。
2.3 数据采集仪器：为了准确记录测试数据，岩土工程测试中还需要使用数据采集仪器，如传感器、数据采集系统等。
三、岩土工程测试数据分析3.1 数据处理：岩土工程测试得到的原始数据需要进行处理和分析，以便得出准确的结论。
3.2 统计分析：通过统计分析岩土工程测试数据，可以揭示岩土材料的特性和规律。
3.3 结果评价：最终的测试结果需要进行评价，以确定岩土材料的工程性能和适合范围。
四、岩土工程测试质量控制4.1 样品质量控制：岩土工程测试的样品质量对测试结果的准确性有很大影响，需要严格控制样品的采集和处理过程。
4.2 仪器校准：岩土工程测试仪器的准确性也是测试质量的重要保障，需要定期进行校准和维护。
4.3 数据审核：对岩土工程测试得到的数据进行审核和验证，确保测试结果的可靠性和准确性。
五、岩土工程测试技术的应用5.1 工程设计：岩土工程测试技术在工程设计阶段可以为工程师提供重要的数据支持，匡助设计合理的工程方案。
第三节原位测试一、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）、原位测试的目的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}、原位测试的分类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）、原位测试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。
原位试验的方法和目的
原位试验是直接在岩土体原来所处的位置上或基本上在原位状态和应力条件下对岩土性质进行的测试。
这种方法能够最大程度地保持岩土体的天然结构和应力环境，对岩土体本身的扰动很小，使得测出的岩土体力学参数更直观、准确。
原位试验的常用方法有平板载荷试验、旁压试验、十字板试验、大型直剪试验、压水和注水试验等。
其中，确定岩体变形模量最常用的原位试验是平板载荷试验。
这类试验经常通过测量承载板的位移量来计算变形模量，但可能造成结果不够准确，其原因有承载板的偏斜、板与岩体之间空隙的闭合及承载板下面卸荷裂隙与爆破所形成裂隙的闭合。
因此，应尽可能用埋于岩体中的多点应变计来量测变形量。
原位试验的目的是获取岩土体工程特性的参数，如地应力、变形特性（模量）、抗剪强度以及软弱夹层或结构面的残余应力等。
此外，当室内试验条件与工程实际相差较大，或整体基础的原位真型试验比较简单，或基础的受力状态比较复杂且计算不准确时，也需要进行原位试验。
总的来说，原位试验在地质工程、岩土工程等领域中具有重要的应用价值，能够为工程设计和施工提供可靠的地质参数和技术支持。
三、室内试验及获取材料参数
实验取样设计及实施
（1）取样12.1~12.10
仪器：地质钻机（岩质）和钻孔取土器
地点：有代表性的断面，如土质断面，岩石断面，地质条件改变的地段，或者某一断面由若干种不同岩性组成的断面。
方式：尽量取未扰动部位的试样，如在一侧边墙内部3-5米范围内采用地质钻机去岩芯。
如果条件不允许，取扰动后的岩体也可以，比如爆破崩落的岩块即可。
数量：由于岩土介质的离散性较大，因此每一个采样点的要做3-5个试样，尽量减小离散性。
运输：为防止岩样水分丢失及减少扰动，需要将岩样用塑料膜包裹起来。
另外每个岩样要贴上标签，标明采样时间，里程，部位，岩性，采样人等。
制样：加工厂制样；另外，有可能出现制样失败的况，因此要预留备用岩样。
岩样尺寸为：50*100mm。
（2）设计12.11~12.12
常规实验设计
单三轴压缩实验：
单轴实验：加轴向荷载直到破坏；
三轴实验：在不同围压级别下加轴向荷载直到破坏，围压级别应根据岩样承受的原始地应力的量级来确定。
剪切蠕变实验：在不同级别正应力下，施加剪应力。
正应力级别和剪应力应根据岩样所处的原始地应力的量级来确定。
（3）实施12.13~12.25
在相应设计下进行实验，每个代表性岩样的相关实验要进行3-5次，从而消除岩土介质的离散性。
另外，由于仪器和距离原因，准备联系中国科学院地质与地球物理研究所（北京）进行相关实验的实施。
蠕变实验极费时间，准备在后期实施。
（4）成果12.26~12.31
得到如下实验成果：岩石的弹性模量E，泊松比υ，峰值强度σ，内摩擦角φ，内聚力C；根据蠕变实验，得到岩样的三阶段蠕变曲线（有可能只有两个阶段：加速蠕变和稳定蠕变），建立相应的蠕变模型，再根据实验数据，用数学方法求的模型的参数。
为后续的数值计算做准备。
主要实验内容：
①室内岩石试验
A、岩石的单轴试验（采用普通压力试验机）：
a、单轴抗压强度试验：获得相应的岩石单轴抗压强度，为后续的数值模拟计算做准备。
b、单轴压缩变形试验：得到岩石的单轴压缩应力-应变曲线（图6），可以获得岩石的弹性模量和泊松比，为后续的数值模拟计算做准备。
图1 常规单轴压缩应力-应变曲线
图1 单轴压缩应力-应变曲线 图2 单轴电子万能试验机
B 、岩石的三轴压缩强度试验（采用三轴试验仪）：确定其破坏形式（硬化，软化，理想塑性等），获得岩石的抗剪强度指标（内聚力和内摩擦角）、弹性模量和泊松比，为后续的数值模拟做准备。
图3 全自动岩石三轴试验机 图4 岩石剪切流变试验机
σε
σ=σσ=σ
σ=
σ
2
σσ3
112σ
3
图4 摩尔圆包络线
图5三轴压缩实验 图6 岩石的摩尔圆包络图 C 、剪切蠕变实验：采用剪切流变试验机进行室内实验，得到岩石的剪切蠕变曲线，确定相应的蠕变力学参数（蠕变时间，初始蠕变率，稳态蠕变率，长期
强度），为研究隧道围岩变形的时空效应做理论准备，并为施工方案的制定提供科学依据。
蠕
变
率
时稳态蠕变阶段衰减阶段加速阶段
图7 岩石流变试验曲线图
②室内土工试验
A 、
无侧限抗压强度试验（采用无侧限压缩仪）：得到土的轴向应力与轴向应变的关系曲线，确定土的无侧限抗压强度。
图10 轴向应力与轴向应变关系曲线 图11 无侧限压缩仪
B 、 三轴压缩试验（采用应变控制式三轴仪）：确定土的抗剪强度参数（内聚力
C
，摩擦角φ），为后续的数值模拟计算做准备。
图4 摩尔圆包络线
图12 土的剪切强度包线
图13 固结试验仪
C、土的流变试验（采用应力式三轴仪）：
a、三轴压缩蠕变试验：了解土在不同应力作用下，其变形与强度随时间变
化的特点，同时可以求出土的长期强度和流动性指标。
图15 剪应变与时间的关系曲线图16 应力式三轴仪
四、考虑到现场取样困难，我们将采取一定原位测试技术来来配合室内试验，以获得围岩的材料参数，为后续的数值模拟计算做准备。
A、旁压仪试验：
1）原理：旁压仪试验室是在现场钻孔中进行的一种水平向荷载试验。
具体试验方法是将一个圆柱形的旁压器放到钻孔内的设计标高，加压使得旁压器横向膨胀，根据试验的读数可以得到钻孔横向扩张的体积-压力或应力-应变关系曲线，据此可用来估计地基承载力，测定土的强度参数、变形参数、基床系数，为后续的数值模拟提供参考。
2）试验仪器:预钻式旁压仪
预钻式旁压仪由旁压器、控制单元和管路三部分组成。
a、应力控制式试验
加压等级一般采用8-12级为宜，即加压增量按预计极限压力的1/8-1/12考虑。
每级压力下稳定时间一般采用1-3min。
当试验加压到接近仪器的容许变形量或容许压力值时，应终止试验。
b、回弹试验
旁压仪回弹试验的目的是原位测定土的回弹再压缩旁压模量或回弹再压缩剪变模量。
其试验方法与常规试验相似，只是当加载至某一应力水平时，进行卸载，然后再加载到原来应力水平，回弹试验结束后，一般一直加压到试验
终止。
3）可以获得旁压曲线和蠕变曲线，由此可以得到试验压力的特征值（初始压力、临塑压力和极限压力）还可以得到土的强度参数（饱和黏土的不排水抗剪强度、干砂的内摩擦角）和变形参数（变形模量和剪变模量），这些参数为后期的数值模拟计算做准备，还算可以作为参数反分析的对比依据。
图22 预钻式旁压曲线图23 预钻式旁压仪
B、围岩松动圈范围测试：
围岩松动圈大小与隧道的稳定性及支护的难易程度密切相关, 其范围的测定是评价隧道稳定性、进行合理的支护结构设计的重要依据。
图19 声波仪图20 换能器结构示意图注：1-发射探头；2-接收探头S1；3-隔声连接筒；4-接收探头S2；5-铜管；6-钻孔
1)测试仪器
超声波围岩裂隙探测仪由下列部件组成。
声波仪：发射机向发射换能器输出一定频率的电脉冲。
接收机将接收换能器收到的微量讯号, 经放大器、控制器、计数器, 译码后能直接显示发射换能器发射纵波至岩体, 到达结构面后, 折返并被接收换能器接收的时间间隔, 精度为0.1μs。
换能器：也称声波测试探头。
结构见图20，主要元件为压电陶瓷。
分发射
和接收两种换能器, 中间用隔声连接筒连接。
直径36mm，直接伸进42mm钻孔，浸人水中。
要求机械强度、绝缘强度、密封性能均达到使用要求。
发射探头能把声波仪输出的电脉冲转换为声波能, 要求发射功能较大, 接收探头将接收的反馈声波能转换为电讯号, 输送至接收机。
隔声筒的作用是避免发射波沿孔壁直达接收探头。
封孔器和耦和剂：了减小钻孔内换能器与钻孔壁间隙的纵波衰减, 需用封孔器封堵孔口, 并注人清水作耦合剂, 以保证探头与孔壁声耦合良好。
2)单孔一发双收测试法
如图21所示换能器结构可用于单孔测试。
即同一钻孔中放人一个发射探头和两个接收探头, 实行一发双收。
发射探头发射超声波后, 接收探头S1立即收到首波, 将声波能转换成电能, 接收器1放大整形, 翻转控制器, 开启计数门, 振荡信号通过计数门进人计数器开始计数。
因隔声筒起阻隔发射波的作用, 接收探头S2，这时不能收到发射波。
发射波碰到岩体结构面后折返回来, 被接收探头S2收到时, 接收器已放大整形, 使控制器转回, 关闭计数门, 计数器停止计数。
仪器显示出超声波在这一段岩体中传播的时间读数t=t2-t1。
施工测试时先直送孔底测第一次,以后由深至浅沿孔轴线每隔100mm 或200mm 测一次, 直至距孔口50mm-70mm 为止。
即可分别计算波速Vp绘制该钻孔的Vp一L曲线图。
图21 测试孔布置图
3）测试结果分析：
由Vp一L曲线图分析松动圈的范围，不同岩性的岩体, 声波速度不同。
在相同岩性的岩体中, 声波速度及振幅的衰减与结构面的性质、发育程度有密切关系。
围岩的完整性好, 其纵波速度高, 围岩节理裂隙多或较破碎, 其纵波速度低。
（5）通过查阅文献资料的途径，获取相应材料的力学参数。
