岩土工程地质勘察中的原位测试技术分析

岩土工程地质勘察中的原位测试技术分析

潘明

中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队　　陕西省西安市　　710003

摘要：岩土工程地质勘察是工程项目建设前期的必要性作业。开展该项作业的核心目的，就是明确探查了解施工区域岩土性质、水文等方面的实际情况，以便为工程设计与施工等提供参考依据。随着建设项目大型化发展，对岩土工程地质勘察质量与勘察效率的要求越来越高，因此地质勘察部门需要不断提升岩土工程地质勘察技术水平。通过提升技术水平，我们可以在岩土勘察过程中，对现场土体的物理性质及指标有一个较为详尽的认识。这有助于我们更准确地评估工程的地质条件，为后续工程奠定坚实基础。

关键词：岩土工程；地质勘察；原位测试技术

引言

我国岩土工程地质勘察技术在国家科技水平提升的助力下，得到有效优化与创新，越来越丰富的技术种类，为岩土工程地质勘察提供了强有力的技术支撑。但各种岩土工程地质勘察技术都有其适用性要求，因此开展岩土工程地质勘察作业时，要因地制宜地选择技术类型。原位测试技术在岩土工程地质勘察中的应用优势极为显著，但是也存在一定技术短板，加之原位测试技术又分为多个技术形式，故而地质勘查部门亟需加强岩土工程地质勘察的原位测试技术研究。

1.原位测试技术的应用优势

在我国岩土工程地质勘察领域，原位测试技术日益展现出显著的优势。这种技术能够有效减少采样环节，提高整体工作效率，这对于缩短勘察周期、降低勘察成本具有重要意义。相较于传统的实验室检测，原位检测技术在现场获取的样本更大，对岩土性质与结构的分析更为全面，从而确保了检测结果的有效性。原位检测技术的一个显著特点是可以对待测对象进行连续试验。这种方式能够准确判断岩土体剖面与物理性能，为工程设计与施工提供更为可靠的依据。通过原位测试，工程师能够更好地了解地质条件，合理制定施工方案，从而确保工程质量和安全。近年来，随着科技的快速发展，原位测试技术也得到了长足的进步。

2.岩土工程地质勘察中原位测试技术的具体应用

2.1静力触探试验

（1）技术原理。静力触探试验建立在卡钳力学原理的基础上，是地质勘测作业的常用手段。它通过触探作业专用钻杆对下方土层实施垂直向下的静载力，对岩土样品呈现的力学性能进行记录，根据测试记录对岩土结构进行精准预判。钻杆在穿越压实后的土体样本时，静载给土体带来的作用力，让土体出现侧向摩阻力以及轴向阻力，而作业专用设施中内置卡钳测力传感器，负责对此类反作用力进行同步记录，生成对应的方向以及大小数据，再结合卡钳位置等指标，对下方土层以及岩石等进行指标分析，得到关于岩土层厚度、强度、分层界面以及地下水水位等所需数据。（2）操作规范。静力触探试验由三个流程组成，分别是推进阶段、数据记录以及静载卸载。作业人员须提前选择合适勘测区域并进行醒目标注，钻孔成孔后置入专业适用的静力触探设施，推进作业由电机以及液压马达为钻杆提供驱动力，推进期间作业人员须全程记录钻杆处于各种深度时卡钳所在位置、静力载荷以及钻杆长度等参数，通过测量获取钻杆的即时水平度以及垂直度，要求数据客观准确。作业人员须结合作业目的以及具体地质条件，对静力触探设施进行针对性组合，随时更换适用设备，尽量获取更多数量和更多岩土分层的数据。

2.2动力触探试验

（1）技术原理。动力触探试验是借助冲击波的发射与传递，探测岩土层力学性能的地质勘测方法。它让钻杆进行幅度很小的自由落体，促使下方冲击头对下方土层进行向下冲击，并对冲击波进行传递时长以及反弹系数等测量和记录，据此对地层进行承载能力、种类以及压实度等指标估测。冲击头触探到地层引发冲击波，引导冲击波在土层以及钻杆上快速传播，一些波能通过反射回到钻杆中，一些持续传递并逐渐减弱，接近彻底消失时引发冲击头反弹，这部分波能最后也会回到钻杆中，作业人员对在此期间的反弹系数以及传递时长进行全程记录，现场直接借助专业公式测算得到所需数据，据此对岩土层进行力学性能估测。（2）操作规范。动力触探试验分为4个作业流程，分别是专业设备的组装和准备，现场操作以及数据处理分析。一是设备组装。冲击器、数据记录仪以及钻杆是动力触探试验的主要设备组件，其中冲击器又包括冲击锤、回弹锤、联锤以及液压以及气压类型的专用设施，钻杆要结合现场实况以及钻深选择适用的直径和长度；数据记录仪对冲击和回弹的次数以及钻深等进行数据记录保存。二是设备准备。作业人员须提前为动力触探试验进行精心的前期准备，彻底清理目标区域，为设备组装以及后续操作创造有利环境，然后是钻孔成孔作业后的孔内清理，为钻杆推进创造有利条件。三是现场操作。动力触探试验的作业人员所需数量较多，钻孔内先行置入钻杆后连接冲击器，对液压以及气压驱动设施进行操控，向冲击锤施加驱动力冲击钻杆，钻杆受到冲击后，在向下推进的同时出现回弹，作业人员对冲击以及回弹次数进行记录，据此判断岩土层的力学性能。四是数据处理分析。数据记录仪是整个动力触探试验期间负责全程数据记录保存的专用设施，作业人员在记录保存冲击以及回弹次数数据后进行转换，生成电子信号，通过解码分析得到结论，在此基础上研究数据图形、完成冲击能和土层承载能力测算，得到相对密度参数，在此基础上估测岩土层力学性能。

2.3标准贯入试验

（1）技术原理。标准贯入试验中，专用设备是贯入锤，它敲击钻杆持续在土层中向下推进，使钻杆达到需要的贯入深度。钻杆头受到敲击贯入土层，接触过程土层会带来阻力，钻杆头出现下沉，阻力经由钻杆杆体向顶部传递，作业人员记录在案后就是锤击次数，也叫单位阻力。单位阻力即钻杆接受单次击打后，接触土层时产生的阻力，它和钻杆在贯入深度上呈函数关系，经由数据统计和专业测算后，对岩土层力学性能进行准确估测。标准贯入试验中产生的单位阻力，可以作为衡量岩土层力学性能的指标，通常单位阻力值更高时，即表明土层有更好的抗压，而且单位阻力能够对岩土层进行压缩模量以及密实度等性能测试，土层拥有越大的密实度，就会产生越大的单位阻力和压缩模量，所以这种技术目前已经广泛应用于岩土地质勘测。（2）操作规范。①前期准备。要结合作业需要对目标区域进行合理选定，遵守行业规范完成试验设备的安装作业。②贯入点选定。结合试验目的选择合适的钻孔孔位以及具体深度，成孔后以砂浆或相关适用材料封闭孔底。③试验设备的安装作业。对包括贯入锤、钻杆、钻杆扣环以及导向头等在内的试验设备进行安装作业。④贯入试验。通过贯入锤对钻杆进行持续敲击，单次敲击完成后对杆顶进行下沉深度测量，同步记录贯入锤实际的下落高度，在此基础上得到单位阻力数据后记录保存。⑤完成试验。贯入锤敲击期间的下落高度满足设计标准时，抑或贯入锤持续敲击后钻杆不再下沉，试验即可停止，由技术人员负责整合试验数据，通过专业测算获取关于岩土层的密实度、压缩模量以及抗剪强度等在内数据指标。

结语

在当前的工程项目建设中，岩土工程地质勘察的重要性日益突出，由于岩土工程地质勘察效率与勘察质量，会受到勘查技术实践效果的直接影响，因此考虑到原位测试技术在岩土工程地质勘察作业中具备较高的推广应用价值，故分别探讨静力触探、动力触探等各种原位测试技术的基本原理、操作方法及适用范围和限制条件，希望对地质勘查部门有所助益。

参考文献

[1]吴占廷，鲁旭荣.基于GSI的露天矿边坡岩体抗剪强度与原位测试抗剪强度对比研究[J].地下水，2019，45(4)：164-167.

[2]徐含英，姜振蛟，许天福，等.基于单井注抽试验的增强型地热系统储层近井渗透率原位测试方法研究[J].水文地质工程地质，2019，50(4)：50-58.