工程地質(zhì)試驗(yàn)

學(xué)科：工程地質(zhì)學(xué) 詞目：工程地質(zhì)試驗(yàn)

英文：engineering geological test

為了解巖土體的物理力學(xué)特性和建筑荷載引起的力學(xué)效應(yīng)，對(duì)巖土物理性質(zhì)、水理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、變形特性等進(jìn)行的試驗(yàn)工作。在工程地質(zhì)勘察中，通過工程地質(zhì)試驗(yàn)可對(duì)巖土體進(jìn)行分類，探討巖土體在外部荷載與內(nèi)部應(yīng)力重分布條件下的變形過程和破壞機(jī)制，論證地基、邊坡和地下工程圍巖等的穩(wěn)定性，并為設(shè)計(jì)提供計(jì)算參數(shù)。這些成果既影響工程布置、工程安全和工程量，又關(guān)系到建設(shè)造價(jià)、工期和最優(yōu)方案的選擇。鑒于巖土體具有各向異性的特點(diǎn)，工程地質(zhì)試驗(yàn)通常采用室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、原體測(cè)試與模型試驗(yàn)、靜力法與動(dòng)力法等相互驗(yàn)證，還必須與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)研究相結(jié)合，力求真實(shí)反映巖土體的工程地質(zhì)特性。70年代以來，在地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，按不同的地質(zhì)單元進(jìn)行巖土工程地質(zhì)試驗(yàn)，將數(shù)值測(cè)試成果與地質(zhì)特征、巖土體破壞機(jī)制更好結(jié)合起來進(jìn)行分析研究，促使工程地質(zhì)試驗(yàn)的項(xiàng)目和內(nèi)容日益發(fā)展。

根據(jù)不同的試驗(yàn)?zāi)康模匆欢ǔ叽绗F(xiàn)場(chǎng)采集具有代表性的樣品，在試驗(yàn)室進(jìn)行的試驗(yàn)。室內(nèi)試驗(yàn)適用于測(cè)定巖土體的物質(zhì)成分、物理性質(zhì)以及各向同性的巖土力學(xué)性質(zhì)，又因試樣尺寸小，費(fèi)用低，可以大量進(jìn)行。中小型水利工程或大型工程的規(guī)劃、可行性研究階段普遍進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。

測(cè)定礦物成分、粒度成分和化學(xué)成分，了解巖土的物質(zhì)組成；通過顯微鏡鑒定，了解巖土體的組織與構(gòu)造；測(cè)定密度、孔隙度、含水量、吸水率、粘土類土的稠度和砂土類土的相對(duì)密度，了解巖土物理性質(zhì)；測(cè)定巖土的可溶性、親水性、毛管性、滲透性、膨脹、崩解和黃土類土的濕陷性等。

工程地質(zhì)試驗(yàn)巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)

①抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)：巖樣單軸承受壓力或三軸承受壓力，以了解巖塊在單向或三向荷載作用下的強(qiáng)度和變形性質(zhì)；②抗拉試驗(yàn):采取直徑5cm左右的圓柱巖心,用對(duì)徑壓縮荷載確定巖塊的拉裂強(qiáng)度;③抗剪試驗(yàn)：又稱室內(nèi)中型剪試驗(yàn),即采集天然狀態(tài)下,面積為30cm×30cm并含有軟弱結(jié)構(gòu)面的巖樣，進(jìn)行剪斷或摩擦試驗(yàn);④流變?cè)囼?yàn):研究在恒溫、恒濕的條件下,受力巖塊在變形恒定時(shí)應(yīng)力隨時(shí)間減少的過程(應(yīng)力松弛)或受力巖塊在恒定應(yīng)力時(shí)變形隨時(shí)間發(fā)生變化的過程（蠕變），多用于研究巖土的長期強(qiáng)度。

工程地質(zhì)試驗(yàn)土體變形試驗(yàn)

①平板載荷試驗(yàn)：在經(jīng)過平整的基坑底部,利用與基礎(chǔ)剛度相近似的圓形或方形承壓板,在板上分級(jí)施加荷載,直到地基破壞，從測(cè)出的荷載-沉降曲線分析地基土體的承載力和變形性質(zhì)；②土體旁壓試驗(yàn)（橫壓試驗(yàn)）：利用充水或充氮?dú)獾挠蚕鹌せ蚪饘冁z裝加筋乳膠膜,向鉆孔孔壁四周橫向逐級(jí)加壓,分析孔壁徑向應(yīng)力和應(yīng)變曲線及極限壓力。

①壓縮試驗(yàn)：把原狀土樣放在有側(cè)限和允許排水的容器內(nèi)逐級(jí)加壓，測(cè)定各級(jí)壓力與土壓縮量之間，土樣壓縮與時(shí)間之間，以及卸荷過程中壓力與回彈之間的相關(guān)關(guān)系；②無側(cè)限壓縮試驗(yàn)：測(cè)定土樣在垂直方向上受壓直至破壞，了解土在無側(cè)限、不排水條件下的總強(qiáng)度；③直剪試驗(yàn)：測(cè)定土樣在不同垂直壓力下沿固定水平剪切面破壞時(shí)的剪應(yīng)力；④三軸試驗(yàn)：測(cè)定土樣在不同圍壓下，施加軸向壓力使土樣剪切破壞,利用莫爾-庫倫定律求得土強(qiáng)度；⑤土的動(dòng)力強(qiáng)度試驗(yàn)：土樣在圍壓狀態(tài)下，施加軸向波動(dòng)荷載，測(cè)定土的變形和孔隙水壓力的發(fā)展，了解土的動(dòng)力強(qiáng)度；⑥擊實(shí)試驗(yàn)：土樣放在擊實(shí)儀中，在一定擊實(shí)次數(shù)下，測(cè)定土的含水量與容重的關(guān)系，確定土的最優(yōu)含水量與相應(yīng)的最大干容重。

在小試件室內(nèi)試驗(yàn)不能反映巖土體各向異性的情況下或大型水利工程初步設(shè)計(jì)階段，需要在建筑物地基范圍內(nèi)，保持巖土體天然狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，以了解其自然特性或模擬巖土體可能承受的荷載和滲流作用，研究巖土體工程地質(zhì)特性的變化稱為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)的地點(diǎn)與方法，根據(jù)不同地質(zhì)單元、巖土體的各向異性結(jié)構(gòu)和建筑物的荷載分布確定。

①標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)：利用63.5kg重的穿心錘，以76cm的自由落距，將對(duì)開式取樣器打入清底后鉆孔的孔底土層30cm，記錄打入擊數(shù)，根據(jù)擊數(shù)多少判別土的天然密實(shí)程度；②靜力觸探試驗(yàn)：利用圓錐探頭連續(xù)壓入土層，測(cè)定土層對(duì)圓錐阻力與深度的變化曲線，判斷不同深度土層的性質(zhì)。20世紀(jì)70年代以來，多使用自動(dòng)記錄儀器測(cè)定數(shù)據(jù)，并進(jìn)行微機(jī)處理，還可以測(cè)定地溫、孔斜和孔隙水壓力等。

在鉆孔底部旋轉(zhuǎn)十字板型測(cè)頭，測(cè)算土層不排水抗剪強(qiáng)度的十字板剪切試驗(yàn)。

巖體變形試驗(yàn) ?、倏沽w變形試驗(yàn)：利用剛性承壓板或柔性承壓板或在巖壁刻槽，用千斤頂或液壓扁千斤頂逐級(jí)加荷，求得不同壓力下的巖體變形特性，算出巖體的彈性模量或變形模量。70年代初期中國葛洲壩水利樞紐，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)11.65m×1.70m×2.35m試塊，在長軸方向施加水平荷載，以了解壩下游抗力巖體在承受推力后的變形特性。②洞壁巖體變形和洞壁收斂試驗(yàn)：在水工壓力隧洞中常用環(huán)形洞室分級(jí)施加水壓或橡皮囊充水加壓或用徑向千斤頂加壓，測(cè)其變形求巖體彈性抗力系數(shù)。80年代以來在地下探洞或隧洞施工過程中，在洞周巖體中埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)或收斂計(jì)分別量測(cè)洞壁周邊巖體在洞開挖過程中應(yīng)力變化和變形的過程，用以了解洞周巖體應(yīng)力重分布，也可以利用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行位移反饋分析，獲取巖體變形參數(shù)和巖體中的初始應(yīng)力狀態(tài)。

巖體抗剪試驗(yàn) 　利用千斤頂在分級(jí)垂直荷載下對(duì)試件施加推力，進(jìn)行壩體混凝土與巖體或巖體中軟弱夾層的剪斷或摩擦試驗(yàn)，算出抗剪強(qiáng)度，也可以進(jìn)行流變?cè)囼?yàn)求得長期強(qiáng)度。

巖體壓力測(cè)試 　使用鉆孔變形計(jì)、鉆孔應(yīng)變計(jì)和鉆孔包體式應(yīng)力計(jì)等儀器，用水力致裂法或套孔和鉆孔孔底應(yīng)力解除技術(shù)，或長期監(jiān)測(cè)巖體中的應(yīng)力變化，確定地應(yīng)力的大小和方向。

巖土體跨孔法試驗(yàn) 　在鉆孔中某深度，利用孔口落錘或孔內(nèi)爆破激震，同時(shí)在周圍一個(gè)或幾個(gè)鉆孔的相同深度用檢波器接收震波，根據(jù)彈性波的傳播圖形確定縱波(υp)、橫波(υS)在不同深度巖土體的傳播速度，以判斷不同土層的密實(shí)程度。

模型試驗(yàn) 　為了研究巖土體地基在外部荷載作用下應(yīng)力分布的具體部位和研究巖體在開挖時(shí)巖體應(yīng)力重分布與失穩(wěn)狀態(tài)，以及超載后的巖土體承受極限（超載安全度），利用與實(shí)際巖土力學(xué)性質(zhì)相似的材料，制成具有砌塊及結(jié)構(gòu)面的模型，來模擬不連續(xù)的巖土體，再對(duì)模型施加工程荷載或開挖，觀測(cè)模型中應(yīng)力分布、變形和破壞過程。其結(jié)果可與有限元分析和計(jì)算成果相互驗(yàn)證，用以改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，采取工程處理措施。

光彈試驗(yàn) 　利用光敏材料受力變形時(shí)雙折射現(xiàn)象，觀測(cè)存在的等色線和等傾線，確定應(yīng)力分布狀態(tài)。

地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn) 　利用相似定理和相似材料制作巖體模型，加載進(jìn)行變形及破壞試驗(yàn)，了解其破壞機(jī)制。2100433B

該手冊(cè)是在總結(jié)整理了我國鐵路工程地質(zhì)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，收集和參考國內(nèi)有關(guān)部門的資料編寫而成。內(nèi)容包括土工及特殊土的試驗(yàn)，巖石薄片鑒定，水、土化學(xué)分析，砂石試驗(yàn)和有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)等。該書內(nèi)容豐富、敘述詳細(xì)，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

中國鐵道出版社1984年3月出版。 2100433B

工程地質(zhì)勘察成果的質(zhì)量，主要取決于勘察方法的完善程度及其合理的選用。水利工程地質(zhì)勘察的基本方法有：工程地質(zhì)測(cè)繪、工程地質(zhì)勘探（含工程地球物理勘探）、工程地質(zhì)試驗(yàn)和工程地質(zhì)監(jiān)測(cè)等。勘察方法的選用，要根據(jù)勘察任務(wù)的要求，結(jié)合具體的地質(zhì)條件，因地制宜，綜合采用各種勘察方法。布置勘察工作，必須遵循由面到點(diǎn)，點(diǎn)面結(jié)合，由地表到地下，由宏觀到微觀，由定性到定量的原則，堅(jiān)持先測(cè)繪后勘探、試驗(yàn)的工作順序，2100433B