土工試驗與原位測試在工程勘察中的重要性

李樹芳

(山西省地勘局213地質隊，山西臨汾 041000)

地殼表層的巖石長期受自然界的空氣、水、溫度及各種生物的共同作用，使大塊巖體不斷地破碎與分解成為松散碎屑物質——塊石(漂石)、碎石(卵石)、角礫(圓礫)、砂、粉土和黏性土，在工程地質勘查中一般統稱為土。其在原地殘留的碎屑物稱為殘積土。多數是風化后，在經水流、風力和重力作用多次搬運而沉積起來的，它們呈層狀廣泛覆蓋在地表，則稱為土層。

由于土的形成年代、生成壞境及成分的不同，所以地基的性質是復雜而多樣的。因此，設計前必須對場地進行工程地質勘察，并對土進行物理、力學性質試驗，作出工程地質評價。然后根據上部結構荷載、建筑物使用及構造上的要求，對地基進行強度、穩定性及變形分析。土工試驗可以確定很多非常重要的參數，如地基承載力和地基變形計算中的參數，因此，在各類工程項目建設中，土工試驗起著非常重要的作用。原位測試是測試巖土體在原有位置上的工程性質的測試手段，它的測試是巖土體的含水量、結構及應力狀態都保持在天然狀態下進行的。原位測試不僅是巖土工程施工質量檢驗的主要手段，還是巖土工程勘察的重要組成部分。如何正確地測定巖土體的工程性質，并提供可靠的性質參數指標，對于土工試驗與原位測試在各類工程項目建設中是至關重要的。

1 從土的物理、力學性質方面闡述土工試驗的重要性

土工試驗經過測試巖土試樣，得到了巖土的力學性、物理性、動力性以及滲透性等各項指標。從而為工程設計和施工提供參數，這些參數可以對工程地質條件進行正確的評價，進而為后期施工提供重要的參考依據。土的物理性質試驗:包括土的含水率試驗、密度試驗、比重試驗、顆粒分析試驗、界限含水率試驗(液限、塑限和縮限試驗)等。土是由固體顆粒、水和氣體所組成，土的各組成部分的質量和體積之間的比例關系，用土的三相比例指標表示。它們對于評價土的物理、力學性質有重要意義。

土的力學性質試驗:土的滲透性，土的變形特性，土的強度。

滲透是液體在多孔介質中運動的現象。土屬多孔介質體，它內部的骨架顆粒之間存在一定的空隙，形成了通道，使水能在其中運動，所以它必然具有滲透性。水在土的孔隙中的運動造成了水壓力的變化進而影響了土的各種力學性質，所以在建筑物設計施工中必須考慮土的滲透性的影響。

地基在荷載作用下會發生變形，是巖土工程中最普遍的問題之一。地基變形會造成土體本身失穩或建筑物結構的破壞，因此，無論何種形式的地基的變形都必須控制在一定范圍內。另外還必須對巖土的變形特性有一定的了解和掌握，這樣才能指導巖土工程的設計與施工，才能保證工程能經濟，安全，有效的運行。為了計算地基的變形量，必須了解土的壓縮性。通過室內或現場試驗，可求出土的壓縮性指標，即可計算基礎的最終沉降量。

土的強度是土的一個重要的力學性能，也叫土的抗剪強度，是指土體抗剪破壞的最大應力，它的破壞會造成地基失穩或邊坡滑塌等現象。土的水理性質試驗:包括土的固結試驗、濕化試驗等。土的動力性質試驗:包括土的振動三軸試驗、共振柱試驗、動單剪試驗等。土的特殊性質試驗:包括非飽和土試驗、黃土濕限試驗、膨脹率試驗、膨脹力試驗、收縮試驗、有機質試驗等。

關于對室內試驗結果影響最大的取土擾動，現有的取土技術，已經足以使取土擾動的影響降低到最小限度，目前，采用薄壁取土器取土是比較完善的取土技術，它可以取到質量最好的原狀土，至于取土時無法避免的應力釋放引起的土樣擾動，可采取室內再固結等方法予以減輕甚至消除。

2 原位測試技術及其重要性

原位測試可分為定量方法和半定量方法。

定量方法是指在理論上和方法上能形成完整體系的原位測試方法，例如，靜力載荷試驗、現場直接剪切試驗、旁壓試驗、十字板剪切試驗、滲透試驗等;半定量方法是指由于試驗條件限制或方法本身還不具備完整的理論用以指導實驗，因此必須借助于某種經驗或相關關系才能得出所需成果的原位測試方法，例如，靜力觸探試驗、圓錐動力觸探試驗、標準貫入試驗等。

原位測試有載荷試驗，靜力觸探試驗，圓錐動力觸探試驗，標準貫入試驗，十字板剪切試驗，旁壓試驗，現場剪切試驗，波速測試，巖體原位應力測試，塊體基礎振動測試。

選擇原位測試方法應考慮建筑類型、設計參數、巖土條件、測試方法的適用性和地區經驗等因素。選用原位測試方法和布置原位測試時，應注意各原位測試間及其與鉆探、室內試驗的配合和對比。根據原位測試成果，利用地區性經驗關系估算巖土的物理力學參數和地基承載力時，應檢驗其可靠性，并與室內試驗和已有工程反算參數進行對比。分析原位測試成果資料時，應結合具體工程情況，結合地層條件，要考慮測試時的試驗方法，試驗條件及使用的試驗設備對數據的影響。因此，土工試驗與原位測試兩種試驗方法是相輔相成的，它們之間可以互補。

土工試驗結果會由于試樣擾動而容易受到影響，因此，在利用土工試驗得出的參數時必須小心對待。原位測試可避免取土擾動對試驗結果的影響，但是，原位測試也有其難以克服的問題。如原位測試中有時會因土質中包含物的影響導致數據變化異常，有時與實際相差甚遠，而通過室內試驗結果中數據的比對可以極大的消除這類誤差，使數據的精確性得以最大的提高。

其次，原位測試一般只能測定現場荷載條件下的巖土體參數，而無法預測其在荷載變化條件下的發展。總之，土工試驗與原位測試都是巖土工程、地質工程中的重要工作內容之一，也是測定巖土體參數的兩種重要的方法。