岩土测试技术

岩土工程测试技术总结报告．报告综述本学期学习了《岩土工程测试技术》和《地基基础测试新技术》两门课程，通过学习，对这两门课程有了一定的了解。岩土工程是利用土力学、岩体力学及工程地质学的理论与方法，为研究各类土建工程中涉及岩土体的利用、整治或改造问题而进行的系统性工作。而岩土工程测试技术可以从根本上保证岩土工程设计的精确性、代表性以及经济合理性的重要手段。在整个岩土工程中它与理论计算和施工检验是相辅相成的三个环节。岩土工程测试技术不仅在工程实践中十分重要，而且在学科理论的研究与发展中也起着决定性作用。在《地基基础测试新技术》这本书中，主要介绍了载荷试验、静力触探试验、旁压试验、标准贯入试验和十字板剪切试验等原位测试手段，都是确定地基土静力特性的重要方法。另外地基土动力特性测试这一章节介绍了在实际工程中比较常用的场地土波速测试、场地地威振测试、场地土刚度系数测试和振动衰减测试等内容。另外，因为桩基础是一种应用十分广泛的基础型式，所以桩的静载荷试验仍是确定单桩承载能力、提供合理设计参数以及检验桩基质量最基本、最重要的方法，另外还有基桩的动力测试。感觉这些测试手段都是些应用型很强的实验方法，重在现场的学习！一．土的变形土的变形是岩土工程中最具有普遍意义的的问题之一，为了确保岩土工程的安全、经济而有效，我们必须掌握岩土的变形特性，并据以控制岩土工程设计与施工。所以按照林老师的要求，本章将着重介绍下土的变形土体在建筑物或构筑物等外荷载作用下将产生应力和变形，如果土体的变形过大，则会影响工程的正常使用，甚至会使土体发生整体破坏而丧失稳定性。因此，在工程实践中，必须弄清楚土体中各点应力的大小及分布规律，计算出土体

的沉降变形量，使土体的实际沉降变形量控制在上部结构安全和正常使用的允许范围之内。土和其他弹性工程材料不一样，变形特性随着应力水平变化，并不是一个常量。但又和其他工程材料一样，即土的变形（应变）与荷载强度（应力）常是一个问题的两个方面，即严格的说，既没有脱离强度的变形，也没有不具备变形的强度。而是相互为用，即有时需要以一定的强度范围来论述变形，但有时又需要以一定的变形来定义强度，所以两者常是不可分割的。我们知道，如果在土体上施加一定的外力，则土体产生变形。由于作用力的方向不同，产生的变形也不同，有压缩变形、拉伸变形和剪切变形。在剪切变形中，若施加的外力超过了土的抗剪强度，土体便会沿某一结合面滑动，而产生剪切破坏。图1为上述破坏变形的形式。图1土体的各种破坏变形（a）无侧限压缩破坏；（b）有侧限压缩破坏；（c）拉伸破坏；（d）扭转破坏；（e）弯曲破坏土体的破坏大多为图1（a）和（b）所示的两种破坏形式，主要为压缩破坏,有时也会产生局部拉伸破坏，如坝顶两端产生张裂缝等。土得主要力学变形特性为:土得压缩性土是可压缩体,在静压力下土得孔隙比将从原有得状态减少到新的孔隙比,孔隙比的减少说明土体的固体颗粒密实度的增加,压力愈大,孔隙比减少愈多,土体密实。土的渗透性土是多相体，在一定的条件下，固体骨架间的流动会产生流动。土的渗透性和土中渗流对土体的强度和变形有重要影响，所以，压缩性是地基设计中非常重要的指标。土的流变性在有效应力作用下，由于颗粒表面所吸附的水（气）的粘滞性，颗粒的重新排列和骨架体的错动具有时间效应，土体变形与时间有关；另一方面，有时土体变形受到边界的约束，这种约束有抵销蠕动变形的能力，因此土体内部应力必须调整，也于时间有关。4．土的剪胀性土体受力后会有明显的塑性体积变形，而土体的塑性变形完全是由剪切造成的。一般紧密砂土，超固结黏土常出现体积膨胀（剪胀），而软土，松砂常表现为体积收缩（剪缩）。弹塑性剪应变土体受剪产生剪应变，卸载后能恢复的剪应变从称为弹性剪应变，不能恢复的称为塑性剪应变，它与颗粒之间的相对错动滑移相联系。应变硬化和软化土体应力随应变增加而增加，直到达到极限强度而破坏，这种情况称为土体应变硬化；反之，土体应力随变形增加而上升，达到某一峰值后转为下降，即应力降低，而应变却增加，这种情况称为土体应变软化。应力路径和应力历史对变形的影响岩土材料存在较大的塑性变形，沿不同的应力路径加荷，各阶段的塑性变形增量不同，就有不同应变增量。换句话说，尽管初始和终了应力状态相同，加荷的应力路径不同，结果变形是不同的，这就是应力路径对变形的影响。由于土体的变形破坏机理包含的各种复杂因素，故可将其概括为五个方面的影响：第一,应力方面，包括应力类型、应力水平和应力路径的影响。第二，应变方面，包括弹性、塑性、加工硬化、加工软化以及由此而产生的残余强度和逐渐破坏等影响。第三，孔隙水方面，包括固结条件、凝聚力和内摩擦角随含水量变化的影响。第四，加荷速率及受力时间方面，包括瞬时荷载、长期荷载、重复荷载荷振动作用下土体的瞬时强度、长期强度、蠕变荷动力反应等问题。第五，土体的不等向荷不均匀性所产生的影响。所以，土的变形并不能简单地以弹性材料的虎克定律来表征，而是需要从土的孔隙比与外加压力关系、固结过程、应力历史、以及粘滞弹性等多方面来反映其变形特征。根据土体的变形和破坏机理的复杂性以及土力学计算理论中存在的问题，我们可以总结出以下结论，并要时刻的注意：1．目前还没有任何一种土力学计算理论能在一次计算中概括土体的全部复杂性质。每一种理论都是在某些简化假定的前提下建立的，而且，无论计算技术如何精确，实际上计算结果不可能超出其参数测定的精确程度。2．我们知道，在运用任何一种计算理论去分析土力学问题的同时，还需要考虑这种理论所未曾计入的其他因素及其影响，并进行综合分析判断。这里所建议的“综合分析判断”，应包括从不同角度用不同理论所进行的分析，并以大量工程实录和各种试验结果为参数所作出的判断。3．为了能进行比较全面的综合分析判断，土力学工作者不仅需要有比较全面深入的理论知识，而且需要熟知大量的工程实录资料和已有的实践经验，包括前人的经验和自己的经验，这就得要求我们去研究相关的资料并积累自己的实践经验。4．在各种设计规范的有关土力学部分，不仅对勘探、试验和设计计算方法做了详细的规定，而且还规定了适用范围、容许应力和变形、许多具体的尺寸限制以及在不同条件下所要求的最小安全系数。这些规定都是在大量理论分析与实践经验相结合的基础上，由许多专家共同总结制定的，可以说是经过许多工程考验过并无失误，因而是经过综合分析判断的结果。但是，一般的规范只适用于普通中小型的工程设计，不适用特殊的或特大的工程。而且即便在普通中小型工程中，由于这样或那样的原因，或意料之外的事故，有时也会发生超出规范的例外情况。5．所以，在重要的岩土工程实践中，应尽可能进行现场试验和长期监测，并根据实测的数据不断反馈修正原有的设计参数和工程数量。这是保证工程质量的必要方法，也是提高参数精度和改进设计原理的重要途径。三．土工试验这学期我们做的试验主要为室内试验，包括用筛析法测定砂土的粒度成分，用环刀法测定土的天然密度，用烘干法测定土的天然含水量，用锥式仪法测定粘性土的液限含水率，用搓滚法测定粘性土的塑限含水率，砂土的最大与最小孔隙比的试验，常水头法渗透试验，变水头法渗透试验，还有土的常规压缩实验，土的直接剪切试验，其中接触较多又比较重要的是土的静三轴剪切试验，下面我简要介绍下三轴压缩试验。用三轴试验测定土体的强度参数，有几种不同方法。根据试验过程中排水条件，通常分为不固结不排水剪（UU）、固结不排水剪（CU）和固结排水剪（CD）。试验方法的选择，要根据设计要求、土体的性质、施工速度、工程运用条件等决定。这学期我们大部分做的试验都是不固结不排水剪，下面就着重讲一下不固结不排水剪的原理。不固结不排水剪是对试样施加围压g和轴向压力P的过程中，均不允许试3样排水。若试样为完全饱和的，则施加的外力为孔隙水所承担，土粒间的有效应力g'保持不变，因而强度不因围压G的增大而增加。尽管围压G大小不同，但33各莫尔圆的直径都基本相同。故强度包络线近似水平，①=0。如试样为非饱和土，则随围压G的增加，试样密度也相应增加，相应的莫尔圆直径也增大，强3度包络线为倾斜线①工0。UU试验所测得的强度参数是天然土层（或人工填土）的含水率保持不变时的参数。图2是我们2005年上学期所作的其中一个UU试验的强度包络线，图中水平实线是以总应力表示的强度包络线。按摩尔—库仑方程，强度表示为：t=c+tan①uu从图2中可知，c=104.60,①=2.10°若在试验中测定孔隙压力u,则有效大主应力和有效小主应力分别为b'二b11—u,b'=b—u,而有效主应力差为b'—b'=(b—u)—(b—u)=b—3313131b,实际保持不变。3我们做过多次的三轴试验,发现了三轴试验和直接剪切试验以及其他试验相比有优点也有它的不足之处,我们查阅资料总结出三轴试验的优点有：应用范围较广,可用以测定土的强度参数、应力变形参数、土的消散系数、静止侧压力系数及渗透系数等,三轴试验适用各种土类,如原状土、重塑土的黏性土及沙砾等；对于有结构面的土,如裂缝土,它能较真实的反映土的应力应变特性；它还可以根据工程设计的施工和运用条件控制排水,测定孔隙压力,较可靠的测定试验过程中试样的体积变化。许多实际工程的资料表明,用三轴试验所测定的强度参数,如c、①，静止侧压力系数K，孔隙压力消散系数C及渗透系数k比其他试验0V方法所测得的计算参数更为合理、可靠，能较真实地反映土地性质。另外，三轴试验也有它的不足之处：试验过程中施加地应力是轴对称的，即b二b；而大多数的实际工程则是近似平面问题，如土石坝、路堤、挡土墙、23隧道、房屋基础等，因而与实际的应力状态有差别，其中主应力(b)不能变2化，不能模拟平面应变条件，主应力方向不能逐渐改变。试样的末端如不能采取减少摩擦的措施，则受到约束，从而影响应力、应变、体积变化及孔隙压力之间的关系。还要说明的是，三轴试验做一次试验要一个小时左右，而一个图样做下来就要以上午或一下午，很费时间；而且试验操作复杂，需要有试验技术熟练的人员操作，因而试验结果的质量与试验人员的技术水平有很大关系。后期试验数据的处理也需要专业人员重新处理下，因为在试验中由于这样或那样的原因，可能回出现失误，必须要在后期及时调整，这就要我们观察图样并根据专业知识进行判断，从而对数据做下调整。从我们的试验室以及三轴设备来说，三轴的仪器设备较直剪仪或固结仪复杂且费用较高，还需要经常维护，定期的检查。尽管三轴试验有这样或那样的不足，但是对于许多实用目的而言，三轴试验的优点远大于其缺点。根据我们做过的工程实例，一些重要的工程问题中，试验室试验结果和现场稳定性探测之间的关系都能很好的符合。任何室内试验都要和实际相结合，三轴试验也不例外，而从做过汕头某些工程的土样我们可以看出，UU试验方法通常适用于渗透性低的饱和黏性土，如原状黏性土、粉土等，测定其天然土层的现有强度或重塑土的灵敏度或与室内模型试验土的强度。除了裂缝土、压实的粉土以外，这类土的强度（b-G）随G133的变化不明显。对于具体工程而言，如施工期很短，土体来不及固结排水，如在软土地基上快速施工的堤坝、路基、码头、房屋或油库等，分析其稳定性时，如用总应力分析法，则应用UU试验，测定其c,