什么是工程地质试验?

[拼音]：gongcheng dizhi shiyan

[外文]：engineering geological test

为了解岩土体的物理力学特性和建筑荷载引起的力学效应，对岩土物理性质、水理性质、力学性质、变形特性等进行的试验工作。在工程地质勘察中，通过工程地质试验可对岩土体进行分类，探讨岩土体在外部荷载与内部应力重分布条件下的变形过程和破坏机制，论证地基、边坡和地下工程围岩等的稳定性，并为设计提供计算参数。这些成果既影响工程布置、工程安全和工程量，又关系到建设造价、工期和最优方案的选择。鉴于岩土体具有各向异性的特点，工程地质试验通常采用室内试验与现场试验、原体测试与模型试验、静力法与动力法等相互验证，还必须与现场地质研究相结合，力求真实反映岩土体的工程地质特性。70年代以来，在地质调查的基础上，按不同的地质单元进行岩土工程地质试验，将数值测试成果与地质特征、岩土体破坏机制更好结合起来进行分析研究，促使工程地质试验的项目和内容日益发展。

根据不同的试验目的，按一定尺寸现场采集具有代表性的样品，在试验室进行的试验。室内试验适用于测定岩土体的物质成分、物理性质以及各向同性的岩土力学性质，又因试样尺寸小，费用低，可以大量进行。中小型水利工程或大型工程的规划、可行性研究阶段普遍进行室内试验。

测定矿物成分、粒度成分和化学成分，了解岩土的物质组成；通过显微镜鉴定，了解岩土体的组织与构造；测定密度、孔隙度、含水量、吸水率、粘土类土的稠度和砂土类土的相对密度，了解岩土物理性质；测定岩土的可溶性、亲水性、毛管性、渗透性、膨胀、崩解和黄土类土的湿陷性等。

（1）压缩试验：把原状土样放在有侧限和允许排水的容器内逐级加压，测定各级压力与土压缩量之间，土样压缩与时间之间，以及卸荷过程中压力与回d之间的相关关系；

（2）无侧限压缩试验：测定土样在垂直方向上受压直至破坏，了解土在无侧限、不排水条件下的总强度；

（3）直剪试验：测定土样在不同垂直压力下沿固定水平剪切面破坏时的剪应力；

（4）三轴试验：测定土样在不同围压下，施加轴向压力使土样剪切破坏，利用莫尔-库伦定律求得土强度；

（5）土的动力强度试验：土样在围压状态下，施加轴向波动荷载，测定土的变形和孔隙水压力的发展，了解土的动力强度；

（6）击实试验：土样放在击实仪中，在一定击实次数下，测定土的含水量与容重的关系，确定土的最优含水量与相应的最大干容重。

（1）抗压强度试验：岩样单轴承受压力或三轴承受压力，以了解岩块在单向或三向荷载作用下的强度和变形性质；

（2）抗拉试验:采取直径5cm左右的圆柱岩心，用对径压缩荷载确定岩块的拉裂强度；

（3）抗剪试验：又称室内中型剪试验，即采集天然状态下，面积为30cm×30cm并含有软弱结构面的岩样，进行剪断或摩擦试验；

（4）流变试验:研究在恒温、恒湿的条件下，受力岩块在变形恒定时应力随时间减少的过程(应力松弛)或受力岩块在恒定应力时变形随时间发生变化的过程（蠕变），多用于研究岩土的长期强度。

在小试件室内试验不能反映岩土体各向异性的情况下或大型水利工程初步设计阶段，需要在建筑物地基范围内，保持岩土体天然状态下进行试验，以了解其自然特性或模拟岩土体可能承受的荷载和渗流作用，研究岩土体工程地质特性的变化称为现场试验。试验的地点与方法，根据不同地质单元、岩土体的各向异性结构和建筑物的荷载分布确定。

（1）标准贯入试验：利用63.5kg重的穿心锤，以76cm的自由落距，将对开式取样器打入清底后钻孔的孔底土层30cm，记录打入击数，根据击数多少判别土的天然密实程度；

（2）静力触探试验：利用圆锥探头连续压入土层，测定土层对圆锥阻力与深度的变化曲线，判断不同深度土层的性质。20世纪70年代以来，多使用自动记录仪器测定数据，并进行微机处理，还可以测定地温、孔斜和孔隙水压力等。

（1）平板载荷试验：在经过平整的基坑底部，利用与基础刚度相近似的圆形或方形承压板，在板上分级施加荷载，直到地基破坏，从测出的荷载-沉降曲线分析地基土体的承载力和变形性质；

（2）土体旁压试验（横压试验）：利用充水或充氮气的硬橡皮或金属铠装加筋乳胶膜，向钻孔孔壁四周横向逐级加压，分析孔壁径向应力和应变曲线及极限压力。

在钻孔底部旋转十字板型测头，测算土层不排水抗剪强度的十字板剪切试验。

（1）抗力体变形试验：利用刚性承压板或柔性承压板或在岩壁刻槽，用千斤顶或液压扁千斤顶逐级加荷，求得不同压力下的岩体变形特性，算出岩体的d性模量或变形模量。70年代初期中国葛洲坝水利枢纽，在现场对11.65m×1.70m×2.35m试块，在长轴方向施加水平荷载，以了解坝下游抗力岩体在承受推力后的变形特性。

（2）洞壁岩体变形和洞壁收敛试验：在水工压力隧洞中常用环形洞室分级施加水压或橡皮囊充水加压或用径向千斤顶加压，测其变形求岩体d性抗力系数。80年代以来在地下探洞或隧洞施工过程中，在洞周岩体中埋设多点位移计或收敛计分别量测洞壁周边岩体在洞开挖过程中应力变化和变形的过程，用以了解洞周岩体应力重分布，也可以利用数值计算方法进行位移反馈分析，获取岩体变形参数和岩体中的初始应力状态。

利用千斤顶在分级垂直荷载下对试件施加推力，进行坝体混凝土与岩体或岩体中软弱夹层的剪断或摩擦试验，算出抗剪强度，也可以进行流变试验求得长期强度。

使用钻孔变形计、钻孔应变计和钻孔包体式应力计等仪器，用水力致裂法或套孔和钻孔孔底应力解除技术，或长期监测岩体中的应力变化，确定地应力的大小和方向。

在钻孔中某深度，利用孔口落锤或孔内爆破激震，同时在周围一个或几个钻孔的相同深度用检波器接收震波，根据d性波的传播图形确定纵波(υp)、横波(υS)在不同深度岩土体的传播速度，以判断不同土层的密实程度。

为了研究岩土体地基在外部荷载作用下应力分布的具体部位和研究岩体在开挖时岩体应力重分布与失稳状态，以及超载后的岩土体承受极限（超载安全度），利用与实际岩土力学性质相似的材料，制成具有砌块及结构面的模型，来模拟不连续的岩土体，再对模型施加工程荷载或开挖，观测模型中应力分布、变形和破坏过程。其结果可与有限元分析和计算成果相互验证，用以改进设计方案，采取工程处理措施。

利用光敏材料受力变形时双折射现象，观测存在的等色线和等倾线，确定应力分布状态。

利用相似定理和相似材料制作岩体模型，加载进行变形及破坏试验，了解其破坏机制。

参考书目

В.Д.洛姆塔泽著，朱春润等译:《专门工程地质学》，地质出版社，北京，1986。(В.Д.ЛОмтадзе 婛嬦ецца嬦娒наяцнженернаяге嬶嬦嬶гця，"Недра"，Ленинград，1978.)