岩土工程原位测试方法概括与分析

张岩

【摘要】本文对岩土工程中常见的几种原位测试方法的机理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

旁壓试验（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。旁压试验是利用旁压仪在原位测试不同深度土的变形性质和强度指标的试验方法。

1.6静载试验

静载试验（SLT：Static Load Testing）是指在桩顶部逐级施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力，观测桩顶部随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，以确定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。

1.7扁铲侧胀试验

扁铲侧胀试验（DMT：The Flate Dilatometer Test）是利用静力或锤击动力将一扁平铲行测头贯入土中，达到预定深度后，利用气压使扁铲测头上的钢膜片向外膨胀，分别测得膜片中心向外膨胀不同距离时的气压值，进而获得地基土参数的一种原位测试。

1.8应力铲试验

应力铲试验（SST：Stress Shovel Test）主要是利用应力铲测试饱和土的静止侧压力系数，现场快速测定土的垂直贯入阻力和水平总应力及孔隙水压力，从而得到土的水平有效应力和静止侧压力系数K0值以及固结系数Ch值。

1.9现场直剪试验

一般直剪试验是用环刀切出厚20mm的圆形土饼，将土饼推入剪切盒内，分别在不同的垂直压力P下，施加水平剪力进行剪切，使试样在上下剪切盒之间的水平面上发生剪切至破坏，求解破坏时的剪切应力τ，根据库伦定律确定土的抗剪强度参数：内摩擦角φ和粘聚力C。对于现场直剪试验，现场直剪试样的受剪面积比室内试验大得多（一般岩体，试体为70cm×70cm×70cm；对完整坚硬岩石，试体为50cm×50cm×50cm；试体受压剪切面积大约2500cm2），且又是在现场直接进行试验的，因此较室内试验更符合天然状态，得出的结果更加符合实际工程的基数要求。

1.10岩体原位应力测试

岩体原位应力测试就是在不改变岩体原始应力条件的情况下，在岩体的原始位置进行应力量测的方法，岩石应力测试适用于无水、完整或较完整的均质岩体，可采用孔壁、孔底和表面应力测试。

1.11岩土波速测试

波速测试适用于测定各类岩土体的压缩波、剪切波或瑞利波的波速，可根据任务要求，采用单孔法、跨孔法或面波法。利用铁球水平撞击木板，使板与地面之间发生运动，产生丰富的剪切波，从而在钻孔内不同高度处分别接收通过土层向下传播的剪切波。因为这种竖向传播的路径接近于天然地层由基岩竖直向上传播的情况，因此对地层反应分析较为有用。

2、各种原位测试成果的应用

2.1静力触探技术在岩土工程中的应用在于：对地基土进行力学分层并判别土的类型；确定地基土的参数（强度、模量、状态、应力历史）；砂土液化可能性；浅基承载力；单桩竖向承载力等。

2.2工程中常利用动力触探进行力学分层，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，查明土洞、滑动面、软硬土层界面，检测地基处理效果等。

2.3一般来说，标准贯入试验应用对象偏重于松散介质，主要应用于划分风化岩与残积土的界限：这方面的资料目前仅限于花岗岩地区，用N值（实测击数）划分残积土、全风化岩、强风化岩的界限。

2.4十字板剪切试验用于测定饱和软粘土的抗剪强度和灵敏度、判断地基加固效果和强度变化规律、测定地基或边坡滑动位置、计算地基容许承载力。

2.5旁压试验主要应用于天然地基承载力的判断，地基变形模量计算，桩的竖向承载力估算等。

2.6静载试验广泛应用于地基基础及桥梁、房屋结构的承载力检测。

2.7扁铲侧胀试验用于土层划分与定名、不排水剪切强度、应力历史、静止土压力系数、压缩模量、固结系数等的原位测定。

2.8应力铲试验能精确划分土层界面、土类定名，提供土的其他物理力学指标（包括某些动力学指标）。

2.9现场直剪试验可测定试体抵抗剪切破坏的能力，为地下建筑物、岩质边坡的稳定分析提供抗剪强度参数。

2.10岩体原位应力测试一般是先测出岩体的应变值，再根据应变与应力的关系计算出应力值钻孔岩心法测求三向、双向应力；用掏槽法测求岩体表面单向应力。准确的测定岩体的应力有助于预防遇到坚硬岩层中的岩爆现象和软弱岩层中的流变现象，给工程施工带来危害。

2.11岩土波速测试主要用于划分场地类型、计算场地基本周期、提供地震反应分析所需的地基土动力参数、判别地基土液化可能性、评价地基处理效果

3、结论与建议

岩土工程原位测试技术是岩土工程的重要组成部分，岩土的工程性质、试验成果和精度，会因其种类、状态、试验方法和技巧的不同而有较大的出入。工程实践中，应根据地层、岩性、工程性质和所需成果来选择合适的测试方法，这样可以快速收集所需数据，有利于成果的有效应用，避免工程中带来不必要的损失。所以，细微的了解各种原位测试方法，能给工程实践带来很大的便利，达到事半功倍的效果。

参考文献

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[5]HG T 20693-2006 岩土体现场直剪试验规程