淺談巖土工程測試與無損檢測技術的應用

王瓊

摘要：隨著我國經濟的不斷發展，建筑事業也是在高速發展。在這個大環境下，巖土工程建筑的安全性自然變得極其重要。但因為建筑工程在自然環境和長期運營的共同作用下，發生損壞現象在所難免。通過巖土工程無損檢測技術的應用，診斷巖土工程的損傷情況及其程度，評估出建筑工程的可靠性、耐久性以及承載能力等方面，進而為巖土工程出現異常時提前做出預警信號，從而為建筑工程的養護、維修等處理提供可靠的依據和指導。

關鍵詞：巖土工程；測試技術；無損檢測技術

中圖分類號：TU472文獻標識碼：A 文章編號：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、邊坡和地下工程等問題，作為自己的研究對象。新的巖土力學理論要變為工程現實， 如果沒有相應的測試手段， 是不可能的。因為， 不論設計理論與方法如何先進、合理，如果測試技術落后，則設計計算所依據的巖土參數無法準確測求，不僅巖土工程設計的先進性無法體現， 而且巖土工程的質量與精度也難以保證。

1巖土工程測試技術的分析

巖土工程測試技術一般分為室內試驗技術、原位試驗技術和現場監測技術等幾個方面。在原位測試方面，地基中的位移場、應力場測試、地下結構表面的土壓力測試、地基土的強度特性及變形特性測試等方面將會成為研究的重點，隨著總體測試技術的進步，這些傳統的難點將會取得突破性進展。虛擬測試技術將會在巖土工程測試技術中得到較廣泛的應用。及時有效地利用其他學科科學技術的成果將對推動巖土工程領域的測試技術發展起到越來越重要的作用。

測試工作是巖土工程中必須進行的關鍵步驟，它不僅是學科理論研究與發展的基礎而且也為巖土工程實際所必需。監測與檢測可以保證工程的施工質量和安全提高工程效益。在巖土工程服務于工程建設的全過程中規場監測與檢測是一個重要的環節，可以使工程師們對上部結構與下部巖土地基共同作用的性狀及施工和建筑物運營過程的認識在理論和實踐上更加完善。

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，是目前對邊坡瞬態情況下計算運用最廣泛的方法之一。李兆平（2001）首先利用滲流求解軟件，求得邊坡瞬態滲流場，再利用極限平衡法結合已求的的滲流場分析邊坡穩定性。劉建華（2009）對降雨過程中邊坡土體內部的滲流情況進行了詳細分析，得出邊坡土體的內聚力c 和內摩擦角減小，邊坡體內部局部區域軟化結論。由于邊坡體內不同位置的孔隙率、顆粒直徑、排列方式、級配情況詫異很大，所以對邊坡體內的滲流場計算的結果離散性較大。盡管如此，極限平衡法為邊坡在暫態情況下的計算提供了依據，實現了計算的可能性，極限平衡法一般在對邊坡做定量評價時運用。

2.2 極限分析法

極限分析法的依據是 Drucker 建立的塑性力學極限分析中的上下限理論。陳祖煜（1994）將該理論運用到邊坡土體穩定性的分析中。殷建華（2003）在此基礎上，考慮孔隙水的影響，采用極限分析法對邊坡穩定狀態進行了分析說明。王均星（2007）同樣采取極限分析法，對降雨條件下的邊坡穩定性進行研究，闡述了土體塑性分析中固結理論應用的必要性，同時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解決的問題。

2.3 有限元法

隨著計算機的發展，使得大數量單元、大工程量的計算成為可能，這也推動了有限元方法在非飽和土邊坡上的應用。有限元方法將邊坡土體劃分為足夠小的單元，土體中滲流計算得到的空隙水壓力和土體有效應力更加符合實際情況，并且能夠實現對邊坡土體從穩定到破壞整個漸進過程的實時反映。這類方法在目前的研究中最為常見。

Zienkiewicz（1975）首次提出有限元強度折減法并將該方法成功運用于非飽和邊坡穩定性分析中。趙尚毅（2002）采用有限元強度折減法對大暴雨條件下邊坡安全系數進行計算，所得結果與傳統計算結果比較接近。劉金龍（2006）利用有限元法首先進

3關于巖土工程無損檢測技術的概述

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

巖土工程測試技術一般分為室內試驗技術、原位試驗技術和現場監測技術等幾個方面。在原位測試方面，地基中的位移場、應力場測試，地下結構表面的土壓力測試，地基土的強度特性及變形特性測試等方面將會成為研究的重點，隨著總體測試技術的進步，這些傳統的難點將會取得突破性進展。測試結果的可靠性、可重復性方面將會得到很大的提高。由于整體科技水平的提高，測試模式的改進及測試儀器精度的改善，最終將導致巖土工程方面測試結果在可信度方面的大大改進。

4巖土工程無損檢測技術的具體應用

4.1 超聲波檢測技術

所謂超聲波檢測技術主要是對檢測橋梁內的空隙，通過檢測其瞬間應力波原理而進行的。通過使用小鋼球來敲擊混凝土的表層，通過較為短暫的機械撞擊所產生的低頻應力波，并傳遞到建筑工程結構的內部，然后再從斷裂面反射出來，接著再進行反射波形態的分析，隨后判斷出建筑工程的空隙部位。該技術就是通過對來自多個方面的超聲波加以利用，進而引發瞬間共振，對巖土工程的裂縫以及結構完整性加以檢測，然后從所得信號記錄中對空隙的位置進行了解。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，脈沖發射器通過探頭把超聲波短脈送進試件中，當回波從試件存在缺陷的位置或者邊緣返回來的時候，經過信號處理器會將其幅度以及傳播時間顯示在示波器中。當知道試件中的聲速，那么就可以結合示波器上所得到的信息得出結果。但是該技術還是存在一定的不足之處，就是有多種因素會容易影響到該技術的檢測結果。

4.2 光纖傳感檢測技術

光纖傳感檢測技術就是通過利用一些具有敏感特性的特定物理量，將外界的物理量轉化為光信號，進而對其進行直接測量。在巖土工程的檢測中也有光纖傳感檢測技術的應用，可以對工程多方面的狀況進行有效檢測，其中包含有鋼索索力、應變特性以及預應力連續混凝土的內部應力等。盡管光纖應變傳感器具有的優勢如此多，但因為其較為昂貴的價格，使得其在巖土工程檢測工作中很難得到推廣。

4.3 探底雷達檢測技術

探地雷達檢測技術就是通過對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，從在地下送入發射天線，在地下傳播雷達脈沖波的期間，如果遇見其電性存在差異的介質交界面，那么地下就會有部分的雷達脈沖波的能量反射到地面上，再被接收天線接受。該檢測技術能夠精確檢測出工程缺陷區域的大小、深度及其形狀，同時其具備的優勢還有簡單的操作、高效率以及對人力資源的節省等方面，而且該檢測技術的檢測范圍也較大，不會受到周邊環境而影響其檢測結果。該技術是通過對從地下介質交界面位置返回的反射波進行研究，記錄反射波的波幅情況以及反射波到達地面所消耗的實踐，然后結合其記錄結果信息對工程進行地下介質具體分布情況的分析，且因為該技術所具有的高分辨能力，讓其在檢測淺層和超淺層等方面備受青睞。在檢測巖土工程工作中，通常會在以下5 種情況中應用：

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，該檢測技術具有較好的前景，但是因為其成本較高，所以還需要不斷研制和推廣。

5結束語

總之，隨著我國建筑工程及科學技術的逐漸發展巖土工程領域也有了新的目標對巖土工程的要求也逐漸提高。應采用標準化取樣方法、工程地球物理探測技術、新儀器及新方法的研發、室內試驗、現場試驗、數據分析以及理論預測等使巖土工程測試及檢測技術得到進一步發展。

參考文獻：

[1]葉平華. 論述巖土工程測試與檢測技術的主要內容及其應用[J]. 科技創新與應用，2013，02（13）：123-125.

[2]陸浩科. 談巖土工程測試與檢測技術內容以及應用[J].地球，2013，28（5）：288-289.

[3]張曙光， 邵建華. 無損檢測技術在海洋工程中的應用[J].無損檢測，2014（5）