淺談巖土工程測試與無損檢測技術(shù)的應(yīng)用

王瓊

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑事業(yè)也是在高速發(fā)展。在這個(gè)大環(huán)境下，巖土工程建筑的安全性自然變得極其重要。但因?yàn)榻ㄖこ淘谧匀画h(huán)境和長期運(yùn)營的共同作用下，發(fā)生損壞現(xiàn)象在所難免。通過巖土工程無損檢測技術(shù)的應(yīng)用，診斷巖土工程的損傷情況及其程度，評(píng)估出建筑工程的可靠性、耐久性以及承載能力等方面，進(jìn)而為巖土工程出現(xiàn)異常時(shí)提前做出預(yù)警信號(hào)，從而為建筑工程的養(yǎng)護(hù)、維修等處理提供可靠的依據(jù)和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：巖土工程；測試技術(shù)；無損檢測技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674―3024（2016）07―188―02

前言

巖土工程是以求解巖體與土體工程問題，包括地基與基礎(chǔ)、邊坡和地下工程等問題，作為自己的研究對(duì)象。新的巖土力學(xué)理論要變?yōu)楣こ态F(xiàn)實(shí)， 如果沒有相應(yīng)的測試手段， 是不可能的。因?yàn)椋?不論設(shè)計(jì)理論與方法如何先進(jìn)、合理，如果測試技術(shù)落后，則設(shè)計(jì)計(jì)算所依據(jù)的巖土參數(shù)無法準(zhǔn)確測求，不僅巖土工程設(shè)計(jì)的先進(jìn)性無法體現(xiàn)， 而且?guī)r土工程的質(zhì)量與精度也難以保證。

1巖土工程測試技術(shù)的分析

巖土工程測試技術(shù)一般分為室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)、原位試驗(yàn)技術(shù)和現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)等幾個(gè)方面。在原位測試方面，地基中的位移場、應(yīng)力場測試、地下結(jié)構(gòu)表面的土壓力測試、地基土的強(qiáng)度特性及變形特性測試等方面將會(huì)成為研究的重點(diǎn)，隨著總體測試技術(shù)的進(jìn)步，這些傳統(tǒng)的難點(diǎn)將會(huì)取得突破性進(jìn)展。虛擬測試技術(shù)將會(huì)在巖土工程測試技術(shù)中得到較廣泛的應(yīng)用。及時(shí)有效地利用其他學(xué)科科學(xué)技術(shù)的成果將對(duì)推動(dòng)巖土工程領(lǐng)域的測試技術(shù)發(fā)展起到越來越重要的作用。

測試工作是巖土工程中必須進(jìn)行的關(guān)鍵步驟，它不僅是學(xué)科理論研究與發(fā)展的基礎(chǔ)而且也為巖土工程實(shí)際所必需。監(jiān)測與檢測可以保證工程的施工質(zhì)量和安全提高工程效益。在巖土工程服務(wù)于工程建設(shè)的全過程中規(guī)場監(jiān)測與檢測是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，可以使工程師們對(duì)上部結(jié)構(gòu)與下部巖土地基共同作用的性狀及施工和建筑物運(yùn)營過程的認(rèn)識(shí)在理論和實(shí)踐上更加完善。

2巖土工程測試方法

2.1 極限平衡法

極限平衡法是由 Fredlund 于 1981 年基于非飽和土理論提出的，是目前對(duì)邊坡瞬態(tài)情況下計(jì)算運(yùn)用最廣泛的方法之一。李兆平（2001）首先利用滲流求解軟件，求得邊坡瞬態(tài)滲流場，再利用極限平衡法結(jié)合已求的的滲流場分析邊坡穩(wěn)定性。劉建華（2009）對(duì)降雨過程中邊坡土體內(nèi)部的滲流情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，得出邊坡土體的內(nèi)聚力c 和內(nèi)摩擦角減小，邊坡體內(nèi)部局部區(qū)域軟化結(jié)論。由于邊坡體內(nèi)不同位置的孔隙率、顆粒直徑、排列方式、級(jí)配情況詫異很大，所以對(duì)邊坡體內(nèi)的滲流場計(jì)算的結(jié)果離散性較大。盡管如此，極限平衡法為邊坡在暫態(tài)情況下的計(jì)算提供了依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算的可能性，極限平衡法一般在對(duì)邊坡做定量評(píng)價(jià)時(shí)運(yùn)用。

2.2 極限分析法

極限分析法的依據(jù)是 Drucker 建立的塑性力學(xué)極限分析中的上下限理論。陳祖煜（1994）將該理論運(yùn)用到邊坡土體穩(wěn)定性的分析中。殷建華（2003）在此基礎(chǔ)上，考慮孔隙水的影響，采用極限分析法對(duì)邊坡穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行了分析說明。王均星（2007）同樣采取極限分析法，對(duì)降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行研究，闡述了土體塑性分析中固結(jié)理論應(yīng)用的必要性，同時(shí)提出要把如何精確模擬邊坡孔隙水壓力大小作為之后重點(diǎn)解決的問題。

2.3 有限元法

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，使得大數(shù)量單元、大工程量的計(jì)算成為可能，這也推動(dòng)了有限元方法在非飽和土邊坡上的應(yīng)用。有限元方法將邊坡土體劃分為足夠小的單元，土體中滲流計(jì)算得到的空隙水壓力和土體有效應(yīng)力更加符合實(shí)際情況，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)邊坡土體從穩(wěn)定到破壞整個(gè)漸進(jìn)過程的實(shí)時(shí)反映。這類方法在目前的研究中最為常見。

Zienkiewicz（1975）首次提出有限元強(qiáng)度折減法并將該方法成功運(yùn)用于非飽和邊坡穩(wěn)定性分析中。趙尚毅（2002）采用有限元強(qiáng)度折減法對(duì)大暴雨條件下邊坡安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果與傳統(tǒng)計(jì)算結(jié)果比較接近。劉金龍（2006）利用有限元法首先進(jìn)

3關(guān)于巖土工程無損檢測技術(shù)的概述

巖土工程測試技術(shù)不僅在巖土工程建設(shè)實(shí)踐中十分重要，而且在巖土工程理論的形成和發(fā)展過程中也起著決定性的作用。理論分析、室內(nèi)外測試和工程實(shí)踐是巖土工程分析三個(gè)重要的方面。巖土工程中的許多理論是建立在試驗(yàn)基礎(chǔ)上的，如Terzaghi 的有效應(yīng)力原理是建立在壓縮試驗(yàn)中孔隙水壓力的測試基礎(chǔ)上的，Darcy 定律是建立在滲透試驗(yàn)基礎(chǔ)上的，劍橋模型是建立在正常固結(jié)粘土和微超固結(jié)粘土壓縮試驗(yàn)和等向三軸壓縮試驗(yàn)基礎(chǔ)上的。測試技術(shù)也是保證巖土工程設(shè)計(jì)的合理性和保證施工質(zhì)量的重要手段。

巖土工程測試技術(shù)一般分為室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)、原位試驗(yàn)技術(shù)和現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)等幾個(gè)方面。在原位測試方面，地基中的位移場、應(yīng)力場測試，地下結(jié)構(gòu)表面的土壓力測試，地基土的強(qiáng)度特性及變形特性測試等方面將會(huì)成為研究的重點(diǎn)，隨著總體測試技術(shù)的進(jìn)步，這些傳統(tǒng)的難點(diǎn)將會(huì)取得突破性進(jìn)展。測試結(jié)果的可靠性、可重復(fù)性方面將會(huì)得到很大的提高。由于整體科技水平的提高，測試模式的改進(jìn)及測試儀器精度的改善，最終將導(dǎo)致巖土工程方面測試結(jié)果在可信度方面的大大改進(jìn)。

4巖土工程無損檢測技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 超聲波檢測技術(shù)

所謂超聲波檢測技術(shù)主要是對(duì)檢測橋梁內(nèi)的空隙，通過檢測其瞬間應(yīng)力波原理而進(jìn)行的。通過使用小鋼球來敲擊混凝土的表層，通過較為短暫的機(jī)械撞擊所產(chǎn)生的低頻應(yīng)力波，并傳遞到建筑工程結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，然后再從斷裂面反射出來，接著再進(jìn)行反射波形態(tài)的分析，隨后判斷出建筑工程的空隙部位。該技術(shù)就是通過對(duì)來自多個(gè)方面的超聲波加以利用，進(jìn)而引發(fā)瞬間共振，對(duì)巖土工程的裂縫以及結(jié)構(gòu)完整性加以檢測，然后從所得信號(hào)記錄中對(duì)空隙的位置進(jìn)行了解。在超聲波探傷中，有透射和反射兩種方法，其中具有較高精確度的方法就是反射方法，脈沖發(fā)射器通過探頭把超聲波短脈送進(jìn)試件中，當(dāng)回波從試件存在缺陷的位置或者邊緣返回來的時(shí)候，經(jīng)過信號(hào)處理器會(huì)將其幅度以及傳播時(shí)間顯示在示波器中。當(dāng)知道試件中的聲速，那么就可以結(jié)合示波器上所得到的信息得出結(jié)果。但是該技術(shù)還是存在一定的不足之處，就是有多種因素會(huì)容易影響到該技術(shù)的檢測結(jié)果。

4.2 光纖傳感檢測技術(shù)

光纖傳感檢測技術(shù)就是通過利用一些具有敏感特性的特定物理量，將外界的物理量轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行直接測量。在巖土工程的檢測中也有光纖傳感檢測技術(shù)的應(yīng)用，可以對(duì)工程多方面的狀況進(jìn)行有效檢測，其中包含有鋼索索力、應(yīng)變特性以及預(yù)應(yīng)力連續(xù)混凝土的內(nèi)部應(yīng)力等。盡管光纖應(yīng)變傳感器具有的優(yōu)勢如此多，但因?yàn)槠漭^為昂貴的價(jià)格，使得其在巖土工程檢測工作中很難得到推廣。

4.3 探底雷達(dá)檢測技術(shù)

探地雷達(dá)檢測技術(shù)就是通過對(duì)10～1 000 MHz 或者更高的高頻電磁脈沖波加以利用，所采用的方式是寬頻帶短脈沖，從在地下送入發(fā)射天線，在地下傳播雷達(dá)脈沖波的期間，如果遇見其電性存在差異的介質(zhì)交界面，那么地下就會(huì)有部分的雷達(dá)脈沖波的能量反射到地面上，再被接收天線接受。該檢測技術(shù)能夠精確檢測出工程缺陷區(qū)域的大小、深度及其形狀，同時(shí)其具備的優(yōu)勢還有簡單的操作、高效率以及對(duì)人力資源的節(jié)省等方面，而且該檢測技術(shù)的檢測范圍也較大，不會(huì)受到周邊環(huán)境而影響其檢測結(jié)果。該技術(shù)是通過對(duì)從地下介質(zhì)交界面位置返回的反射波進(jìn)行研究，記錄反射波的波幅情況以及反射波到達(dá)地面所消耗的實(shí)踐，然后結(jié)合其記錄結(jié)果信息對(duì)工程進(jìn)行地下介質(zhì)具體分布情況的分析，且因?yàn)樵摷夹g(shù)所具有的高分辨能力，讓其在檢測淺層和超淺層等方面?zhèn)涫芮嗖A。在檢測巖土工程工作中，通常會(huì)在以下5 種情況中應(yīng)用：

①檢測擋土墻病害。

②檢測基層厚度。

③檢測基層含水情況。

④檢測基層密實(shí)性。

⑤檢測面層厚度

雖然在檢測道路橋梁工程方面，該檢測技術(shù)具有較好的前景，但是因?yàn)槠涑杀据^高，所以還需要不斷研制和推廣。

5結(jié)束語

總之，隨著我國建筑工程及科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展巖土工程領(lǐng)域也有了新的目標(biāo)對(duì)巖土工程的要求也逐漸提高。應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化取樣方法、工程地球物理探測技術(shù)、新儀器及新方法的研發(fā)、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析以及理論預(yù)測等使巖土工程測試及檢測技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。

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