原位测试技术与工程勘察应用

原位测试技术与工程勘察应用

樊强勇

广东省重工建筑设计院有限公司 广东广州 510000

摘要：在工程勘察中，原位测试技术的使用起着重要作用。它不仅可以丰富勘察手段，提高勘察效率，而且可以确定岩土体的自然力学特性，使勘察结果更准确、更具代表性。因此，通过分析原位测试技术的特点及其在勘察过程中的合理应用，对岩土工程勘察具有重要意义。

关键词：工程勘察；原位测试；应用

引 言

在岩土工程勘察中，根据实验场所的不同可分为室内试验和现场试验。其中室内试验主要采用土工试验技术，现场试验主要采用原位试验技术。原位测试技术可以准确地检测岩土工程勘察成果，如岩土物理指标等。

1 原位测试技术的优点

原位测试是指在岩土体基本保持其原有结构、湿度和应力状态的情况下进行的测试。原位测试的优点如下：①对于难取试样的地层，原位测试方法可以避开取土样困难的问题，直接测定其工程力学指标。②原位测试过程在自然应力状态下进行，能防止各种问题的出现，如避免因采集土样而引起的应力释放。使试验状态更接近工程实际情况，试验结果更具代表性。③现场测试方法多种多样，可以测量更多的测试数据进行比对。也可根据本工程的具体特点和设计要求选择合适的试验方法，以获得有针对性的试验数据，提高勘察工作效率。

2 勘察技术应用的难点

无法有效利用地质勘探技术是工程前期准备的难点之一，地质勘探技术应用中存在以下问题：①中国地形地质条件复杂，国土面积大、地质类型多、结构差异大。因此，不同区域或不同地段的土层结构不同，这些结构也比较复杂。面对复杂多样的地形与地质，存在着测试技术的选择问题。因此，应根据实际地形和地质条件选择最佳的方法。②数据分析基于勘探技术获得的数据是复杂的，数据分析已成为难点之一。主要的解决办法是引进计算机技术进行有效的数据分析，提高数据的准确性。③由于缺乏经验或能力，管理能力不足的技术人员难以有效管理技术，因此在技术选择上容易出现偏差。可建立技术管理库，根据不同地形地质条件进行智能选择。

3 原位测试技术在工程地质勘察中应用的积极意义

3.1 有利于提高工程地质勘察的质量

现场测试技术在工程地质勘察中的应用，有利于提高工程地质勘察的质量。提高工程地质勘察的最终质量是原位测试技术应用的最直观表述。

3.2 有利于推动我国工程地质调查的科技化进程

原位测试技术在工程地质调查中的应用，有利于推动我国工程地质调查的科技化进程。在长期的发展过程中，我国工程地质调查工作逐步实现了科学化、国际化，并推动中国土地调查项目不断推进科技化和国际化。

3.3 有利于推进我国的现代化进程

中国的现代化进程包括社会各个方面的发展。在地质调查中，原位测试基础的应用可以很好地促进中国地质调查的现代化进程，从而促进中国的现代化进程。

4 原位测试的主要技术分析

4.1载荷试验

平板载荷试验和螺旋板载荷试验是载荷试验的两种形式。平板荷载试验是用一定尺寸的承压板，施加竖向荷载，即模拟真实荷载条件下的土壤，更能直观地反映土体的变形特性。平板载荷试验的主要目的是明确地基的承载力和变形特征，但只适用于地表浅层地基和地下水位以上的土层。螺旋板荷载试验将一螺旋形的承压板用人力或机械旋入地面以下的预定深度，通过传力杆向螺旋形承压板施加压力，测定承压板的下沉量，测定土的承载力与变形特征。当具体试验要求较高时，可使用加载系统调整加载系统与平衡系统之间的反作用力，使加载力始终处于竖向传递状态下。在现场开挖基坑时，有必要对基坑中开挖的土体进行研究。防止有几种不同类型的土处于测试层内。

4.2 静力触探试验

为了促进静力触探试验的顺利进行，有必要进行静力触探仪器设备室内检查及标定。在此基础上，将探头贯入被测土层，在贯入过程中需要保持匀速。对于目前行业中的静力触探仪器设备来说，除上述静力触探头外，还配备了显示仪表和贯入系统，两者之间具有高度的协调机制。基于静力触探原位测试，对工程测试成本的要求较低，相关设备也具有便携性的特点，适用于软土、黏性土、粉土、松散砂土和含少量碎石的土层。在静力触探试验中，必须严格控制贯入力，并以一定速率贯入土中。它必须基于贯穿杆的应力特征。一旦穿透力不足，会导致接触式探头穿透效果差；如果穿透力过大，探杆将弯曲。

4.3 波速试验

随着时代的不断变化和社会科学技术水平的不断提高，岩土工程测试水平也得到了迅速提高，也越来越受到社会的关注。地基和建筑基础的抗震设计需要划分为小区域，划分过程需要岩石和土体波速值作为划分参数的帮助。同时高精度设备的安装和对周围环境影响的分析需要清楚地分析岩土体的动力特性，但岩土的动力特性不能仅基于实验室数据进行测试，还需要借助现场测试技术。波速测量包括单孔和跨孔的压缩波和剪切波速度测量，以及面波法的瑞利波速测量。实测波速可用于场地土层分类和场地土层的地震反应分析，也可计算地基的动弹性模量等。

4.4 圆锥动力触探试验

圆锥动力触探试验按类型可分为：轻型、重型和超重型三种。其中，轻型动力触探试验更适合于浅部的填土、砂土、粉土、粘性土；重型动力触探试验更适用于砂土、中密以上的碎石土；超重型动力触探试验适用于密实和很密的碎石土、软岩、极软岩。从圆锥动力触探试验得到的击数，可以得到砂土的密实度，可以确定岩土层的状态、地基承载力、场地均匀性等。

4.5 十字板剪切试验

十字板剪切试验适合于测定饱和软粘土的不排水抗剪强度和灵活性。试验抗剪强度与天然土层的试验深度相似，在天然压力下固结的不排水抗剪强度。理论上，试验结果相当于室内总三轴不排水抗剪强度或无侧限抗压强度的一半左右。根据实际情况和十字板剪切试验结果，可以确定地基土的承载力以及单桩承载力，找寻出边坡自身是否具备稳定性。

4.6 膨胀土原位膨胀力测试

膨胀力的测试方法一般有三种，即体积法、背压法和压力膨胀曲线法。目前，由于这三种方法的性能不同，测试结果存在一定差距。从实际情况来看，背压法测试结果较大，压力膨胀曲线测试结果较小，体积法得到的数据更接近实际膨胀参数值。因此，该方法具有较高的应用程度。但上述三种方法必须在室内进行。为了实现现场试验，需要进一步优化和改进。例如，需要适当改进压力膨胀曲线法，以实现岩土现场区域的现场膨胀力测试。目前，该方法已在我国大部分岩土膨胀土的试验中得到应用，为工程施工和质量控制提供了一定的依据。

4.7 全流触探FFP测试技术

全流触探FFP测试技术在海上现场勘探中得到了广泛的应用。超软土的不排水抗剪强度是通过在穿过软土时在贯入探头周围所产生类似粘性流体的流动来获得的。由最早开发了T形触探针（平面应变流）不断发展，并在20世纪后期扩展到球形探头（轴对称应变流）。FFP技术的优势主要包括：①上覆应力的修正减小到最小；②能较好定义的破坏机理；③与静力触探/孔压静力触探相比其贯入阻力受土层刚度和应力各向异性的影响较小；④与孔压静力触探相比其在非常软的土壤中，其精度得到提高；⑤与原位十字板剪切相比其重塑强度可以快速准确地测量。

5 原位测试技术在工程勘察中的应用

5.1 试验概述

试验场地为某新区，试验场地占地面积2270km²。对该区20m以上土层进行了试验。该场地为典型的吹填土场地。本试验使用的主要试验仪器有扁铲侧胀试验仪、静力触探试验仪和十字板剪切试验仪。利用上述仪器对场地土层进行测试，并结合室内测试结果对岩土工程所需的土层参数进行对比分析。原位测试技术的研究成果为岩土工程提供了可靠、合理的土壤参数。

5.2 试验数据的整理与分析

本试验主要在选定场地进行扁铲侧胀、静力触探和十字板剪切试验。在扁铲侧胀试验期间，共测试了4个孔，然后围绕扁铲侧胀试验的几个测量和控制点进行了静力触探试验和十字板试验，更便于数据对比分析。

5.3 试验结果

通过对原位试验结果和数据的分析研究，得出以下结论：扁铲侧胀试验仪、静力触探试验仪和十字板剪切试验仪在现场试验中的特点和适用性是不同的：①在我国，扁铲侧胀试验的发展相对滞后，目前仍处于经验积累阶段。本试验方法更适用于软土、粘土和松散砂。根据现场试验结果分析，扁铲侧胀试验在软土和松散土中具有良好的适用性，其适应性随土的密实度的增加而降低。②与扁铲侧胀试验相比，静力触探试验技术得到了广泛的应用。测试分析表明，静力触探试验具有测试速度快、连续性好的优点，具有广泛的应用前景。它可以应用于软土、粘土、淤泥和其他土层，但该技术不适用于含砾石较多的土层。③与前两种技术相比，十字板剪切试验的适用范围明显更小。主要用于沿海软土地区，适用于软土地区。此外，该技术的测试深度较浅。因此，对试验场地有较高的要求。

6 原位测试技术的应用现状

由于岩土在取样、储存、运输和试验过程中难以保证其天然工程性质，现场试验技术的更广泛应用已成为工程勘察行业的发展趋势。为了满足不同条件下岩土工程特性试验的要求，现场测试设备的研发和升级不断进行，设备的自动化和数字化不断提高，性能的稳定性也不断增强。目前，静力触探试验、标准贯入试验、圆锥动力触探试验、十字板剪切试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、波速试验等技术在勘察工作中得到了广泛应用，我国岩土工程勘察行业取得了长足进步。

结束语

原位测试技术是根据岩石和土层的物理力学性质开发和应用的一种测试技术。从岩土工程勘察的专业角度来看，该测试技术应用是一种能够有效减少外部环境影响的技术。在实际应用中，也能体现出相应应用效果和应用稳定性优势。由此可见，该技术的应用具有广泛的价值。

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