原位測試與室內試驗指標的聯合應用

楊德韶

摘要： 原位測試與室內試驗是獲取巖土工程設計參數的兩種主要手段。在巖土工程勘察和地基評價中，原位測試與室內土工試驗總是相互補充、相輔相成的。本文針對原位測試與室內試驗，分析了二者聯合應用的三個方面：原位測試與室內試驗的相互校核；原位測試與室內試驗的相互補充；原位測試對室內試驗的工程反饋。同時本文指出了原位監測對巖土勘察的重要作用：通過布置測點進行數據采集，為原位測試與室內試驗提供施工信息。實際工程中應將原位測試，室內試驗和原位監測有機結合。

Abstract： In-situ test and indoor test are two main approaches to gain design parameters of geotechnical engineering. In geotechnical engineering investigation and foundation evaluation， in-situ test and indoor test are always complementary. This article analyzes the combined application of in-situ test and indoor test in three aspects： the mutual verification of in-situ test and indoor test， the mutual supplement of in-situ test and indoor test， the information feedback of in-situ test for indoor test. Meanwhile， this article points out the important influence of in-situ monitoring in geotechnical engineering investigation. Based on the data acquisition by arranging test point， in-situ monitoring can provide construction information for in-situ test and indoor test. We should integrate the above three methods in practical projects.

關鍵詞： 原位測試；室內試驗；聯合應用；原位監測

Key words： in-situ test；indoor test；combined application；in-situ monitoring

中圖分類號：TU411 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0184-02

0 引言

室內土工試驗擁有明確清晰的試驗條件，它可以有效控制試驗時的邊界條件、排水條件、應力條件和應變速率等。但是室內土工試驗需要取樣和制樣，而在這兩個過程中存在對土樣的擾動，室內土工試驗結果因此會受到影響。同時，室內土工試驗通常運用小尺寸試樣，而巖土工程涉及的都是較大區域，這可能使得小尺寸試樣缺乏代表性。

原位測試則不需要采樣，從而最大限度地減少對土樣的擾動。它所測定的土體體積大并且代表性好，對難以取樣的土層，仍能通過現場原位試驗評定巖土的工程性能。但是，原位測試也有其難以克服的局限性。首先，原位測試的應力條件復雜，使得在確定參數是將不得不采用一些簡化假設。另外，原位測試一般只能測定現場載荷條件下的巖土體參數，無法預測荷載變化過程中的發展趨勢。

原位測試結果與室內試驗結果都反映了土的工程特性，因此二者存在一定的依存關系。它們各自的局限性可以通過聯合應用得到彌補，主要分為三個方面：原位測試與室內試驗相互校核，原位測試與室內試驗相互補充，原位測試對室內試驗的工程反饋。

1 原位測試與室內試驗的相互校核

作為巖土測試的兩種手段。原位測試與室內試驗存在一定的依存關系。許多學者根據大量的統計資料，將原位測試數據與室內試驗數據建立了經驗公式。根據這些關系式，可對原位試驗結果與室內試驗結果進行相互校核。

1.1 靜力觸探試驗與變形參數的聯系

靜力觸探試驗中比貫入阻力與室內壓縮模量、壓縮系數存在著明顯的定性關系，利用靜力觸探試驗可以事先估算土層的變形參數，然后進行校核。根據經驗公式，黏性土的壓縮模量Es與錐尖阻力qc存在如下對應關系：

Es=αmqc（1）

我們可以事先運用靜力觸探試驗指標估算壓縮模量Es，然后與室內試驗得出的指標對比，若在誤差范圍內，則說明二者相互吻合。不過經驗系數變化范圍較大，各地可以結合當地土層分布情況建立更為精確的經驗關系。

比貫入阻力Ps與壓縮系數a呈負相關的關系，即當比貫入阻力越大，壓縮系數越小。

1.2 十字板剪切試驗與UU試驗的聯系

十字板剪切試驗與室內不固結不排水剪切試驗都可以測量土的天然強度。十字板剪切試驗適用于原位測定飽和軟黏土的抗剪強度，所得的Cu值相當于在原位壓力固結下的不排水強度。而UU試驗得到的是在圍壓σ3作用下不排水強度。二者作為對同一指標測試的兩種不同手段可以相互校核。

UU試驗中，②和⑤1b層的Cu值與十字板剪切試驗得到的Cu相差較大。其中第②層為粉質粘土，在淺基礎中常作為基礎底面的承載層，其土質與第⑤相似，應力狀態狀態相差很大，所以其天然強度應小于⑤1b層十字板剪切強度。但是三軸UU試驗得到的第②層的Cu值十分接近第⑤1b層現場十字板剪切試驗強度，說明UU試驗的不固結不排水強度偏大，需要校正。三軸UU試驗得到的結果中，⑤1a和⑤1b的Cu值跳躍太大，增長幅度在一倍左右，需要進一步驗證它的準確性。

2 原位測試與室內試驗的相互補充

原位測試與室內試驗在測定土的工程性質都顯得有些片面，二者往往需要相互補充才能完整地反映土的工程性質。在一些只能得到綜合性指標的原位測試中（如標準貫入試驗和靜力觸探試驗），與室內定量試驗的相互補充就顯得更為重要。

2.1 標準貫入試驗與顆粒分析試驗的互補

在評定場地液化條件中，一般根據標準貫入試驗的擊數判別，若N63.5

研究表明，粘性土由于有粘聚力c，即使孔隙水壓力等于全部固結應力，抗剪強度也不會全部喪失，因而不具備液化的內在條件。粗顆粒砂土由于透水性好，孔隙水壓力易消散，在周期荷載作用下，孔隙水壓力亦不易積累增長，因而一般也不會產生液化。只有沒有粘聚力或粘聚力相當小、處于地下水位以下的粉細砂和粉土，滲透系數比較小，不足以在第二次荷載施加之前把孔隙水壓力全部消散掉，才具有積累孔隙水壓力并使強度喪失的內部條件。因此，土的粒徑大小和級配是一個重要因素。試驗和實測資料都表明：粉細砂土和粉土比中粗砂土更容易液化；級配均勻的砂土比級配良好的砂土更容易發生液化。根據相關文獻，平均粒徑d50=0.05～0.09mm的粉細砂最易液化，可以認為在地震作用下發生液化的飽和土的平均粒徑d50一般小于2mm，粘粒含量一般低于10～15%，塑性指數Ip常在8以下。

顆粒分析試驗可以測定土中各種粒組的相對含量，從而確定土的顆粒級配，并以此進行工程分類。它可以測出對土層液化具有重要影響的試驗參數，如平均粒徑d50和級配組成，對標準貫入試驗是一個很好的補充。因此在實際工程中，可結合標準貫入試驗與顆粒分析試驗對場地的液化條件進行綜合判定。

2.2 靜力觸探試驗與室內剪切試驗的互補

靜力觸探試驗可得到土層阻力隨深度變化的連續性曲線，對地基土體性質有一個完整的反映，而室內剪切試驗通過鉆孔取樣得到離散的土層試樣強度指標，其巖土工程參數具有代表性。靜力觸探試驗獲取的只是一些綜合性指標如錐尖阻力qc和側壁阻力fs等，并不能全面地反映土層性質，而室內剪切試驗可以測定土層的具體強度指標c、φ 值，二者能得到很好的相互補充。

實際工程中，我們可以先根據靜力觸探試驗進行土層劃分，并結合相關地層資料確定土的類別。然后通過鉆孔取樣，進行室內剪切試驗確定土的強度指標。

3 原位測試對室內試驗的工程反饋

實際工程中有時先依據室內試驗進行設計，但由于巖土施工場地的復雜性，室內試驗參數并不能很好地吻合現場土體條件。這是就需要通過現場原位測試進行工程反饋，修正室內設計參數。

在軟土地基水泥土攪拌加固法中，需現在室內進行配合比試驗，它的主要目的主要有以下三個：①確定加固各種軟土最合適的水泥品種；②加固某種軟土所用水泥的摻入量，水灰比和最佳的外摻劑；③水泥土強度增長的規律，推求齡期與強度的關系。試驗時按照擬定的計劃，根據配方分布稱量土、水泥、外摻劑和水，然后進行制樣和成模，養護達到規定的齡期后即可進行各種試驗。

室內水泥土配合比試驗得到的配方需要現場成樁工藝的檢驗，尤其是水泥摻入量往往要根據現場原位測試結果進行適當調整。原位測試主要分為單樁與復合地基的現場載荷試驗，試驗時可采用荷重平臺、千斤頂分級加載，用百分表測量樁身沉降量。同時還需在現場制作的水泥土攪拌樁樁身的不同部位切取試塊，在相同齡期下比較室內外試塊的強度。

4 結語

原位測試與室內試驗的聯合應用能夠提高巖土勘察的精確度，本文就以下三個方面進行了探討：①原位測試與室內試驗可以通過建立經驗公式相互校核，修正試驗中錯誤的數據。②原位測試與室內試驗各自的特點決定了它們可以相互補充，通過二者的搭配使用能更好地反映土層特性。③原位測試基于現場實測數據對室內試驗進行工程反饋，修正相應的設計參數。根據原位測試與室內試驗各自無法克服的局限性，本文提出原位監測對巖土工程勘察的重要影響。實際工程中，應將原位測試、室內試驗和原位監測有機結合，利用它們各自的優點為工程服務。

參考文獻：

[1]袁聚云，徐超，賈敏才，邢晧楓.巖土體測試技術[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[2]高大釗，袁聚云.土質學與土力學[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]陳祖煜.深基坑穩定分析中的幾個問題[J].巖土工程學報， 2010.

[4]上海巖土勘察設計研究院.上海中心勘察報告[R].2008.

[5]龔曉南.地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.