巖土工程地質勘察中的原位測試技術分析

宋馬可

（江蘇省水文地質海洋地質勘查院，江蘇 淮安）

引言

巖土勘察作業在施工、項目建設、土地資源開發等領域有著不可取代的重要地位，勘察時，通常采用的方法包括實驗室試驗法或現場試驗法，原位測試技術則是現場試驗法中的核心技術，通過對此項技術的科學運用，可以在巖土勘察的過程中，對現場土體的物理性質及指標有一個較為詳盡的認識，在不影響巖土層基本性質的前提下，得到并掌握更多的勘察成果，為后續工程的開展奠定堅實的基礎[1]。然而，由于現場檢驗涉及的技術類型較多，因此，必須由專業的技術人員選擇合理的測試技術，才能最大限度地發揮其原位測試技術在巖土工程勘察中的優勢。隨著科學技術的不斷進步，很多現代技術都被運用到了原位測試工作中，技術種類與測試方式也越來越多。雖然原位測試技術較傳統試驗技術有明顯的技術優勢，但在進行技術推廣的過程中發現，其技術缺陷也較為顯著，主要包括以下三個方面。其一，現場試驗中涉及的應力環境比較復雜，例如，當試驗某個參數時，勘探人員很難通過特定的方法直接測定某個指標的具體數值，造成了試驗建模過程的簡化，使試驗誤差增大[2]。其二，巖土體的載荷具有動態性，現有的測試方法無法滿足實際工作要求。其三，原位測試技術的實際作業周期長，成本高。為解決原位測試技術的現有缺陷，全面提高勘察質量，本研究將在此次研究中，以某巖土工程項目為例，引進原位測試技術，對工程地質勘察的方法展開設計。旨在通過此次研究，為深化地質勘察的綜合水平提供技術參考。

1 巖土工程地質勘察中原位測試現場布置

為滿足巖土工程勘察作業需求，設計方法前，進行原位測試現場的布置，相關內容如圖1 所示[3]。

圖1 巖土工程地質勘察中的原位測試現場布置

在上述圖1 所示內容的基礎上，選擇地震波速度測定法，對該工程場地的土層進行原位測試。測試裝置主要包括三個方面，分別為激振系統、信號系統和處理系統[4]?？紤]到地震儀集成了信號自動增益技術、顯示技術與處理技術，因此，在進行原位測試前的鉆孔作業時，要保證巖土工程鉆孔的垂直，有必要的情況下，還可以使用泥漿護壁或下套管的形式保護孔壁。

2 場地中地質剖面劃分

為滿足檢測中相關工作的具體需求，進行巖土工程勘察場地中地質剖面的劃分。劃分前，將激勵板安放在靠近鉆孔（＜鉆孔1 m）的位置，在激勵板上放置＞400 kg 的重物，使激勵板能夠產生足夠的振動載荷。在此基礎上，對三分量檢測器的各個信道進行一致性、隔離等方面的檢查，以保證檢測器能夠正常工作。測試時，應按照工程特點和地質層狀條件，每下深1 m 布置一個測點，由下至上，根據工程場地實際情況與原位測試要求進行。為了使測試場地底部形成對應的剪切波，需要對激勵板的兩邊進行敲擊[5]。完成上述處理后，為避免試驗結果存在較大的偏差，需要在試驗點進行再次觀測。

在上述內容的基礎上，將測量數據輸入到計算機分析軟件中，通過此種方式，得出相應的數據。需要注意的是，在出現干擾影響很大的情形時，需要對信號進行數字濾波，以保證測試結果的準確性，而在干擾影響很小的時候，則可根據信號的特點，來判斷波第一次到達時的時間。根據不同深度下場地剪切波的到達時間，劃分地質范圍。其中剪切波的波速計算公式如下。

式中：

vs表示場地剪切波的波速；

l 表示勘察地層深度；

m 表示剪切波的到達時間；

Δk 表示原狀土干擾因子。

根據vs的具體取值，劃分場地中地質剖面，如vs較大，說明場地剪切波的波速較大，波的傳播受影響較小，地層埋深較淺，以此類推。

3 變形模量與物理指標測試

在上述內容的基礎上，為排除勘察中原位測試技術中地質結構變形對勘察結果的影響，按照下述公式，參照無限體表面彈性理論，計算場地的變形模量。

式中：

E 表示原位測試中場地的變形模量；

ω表示巖土工程地質勘察中的土體系數；

p 表示承壓板形狀系數；

d 表示土體泊松比；

s 表示土體對應沉降。

在此基礎上，在現場使用旁壓試驗的方式，確定地基土的具體參數，根據地基土參數，繪制對應的Pvs曲線（P 表示地層初始水平應力），根據P-vs曲線上的不同點位取值，可以確定地層或土體對應的極限壓力、旁壓模量等參數，通過此種方式，掌握巖土工程對應土體的物理指標，從而實現原位測試技術在工程項目勘察中的應用。

4 實例應用分析

完成上述設計后，為實現對該方法應用效果的檢驗，以某地區大型巖土工程項目為例，采用設計實例應用實驗的方式，進行此工程項目所在地的勘察?？辈烨?，對工程項目所在地的基本情況進行分析，分析后發現，勘查區域對應路段的大小河道交錯縱橫，形成了一條縱橫交錯的脈絡，部分路段魚塘遍布。線路總體方向為東、西向，屬于平原地區，在地區構造上屬于斷陷區。浮山斷層是珠江三角洲斷陷區的主要構造單元，其北界受斷陷區近東西向羅浮山斷層的控制。在其東西向分別有白妮- 沙灣、珠江口、西江等斷層，斷層在東西向均有明顯的差異，所有的斷層對巖土工程施工與勘察沒有任何影響。

此次勘察的線路有兩條，一條是推薦線，一條是對比線。在此基礎上，結合工程地質條件，選擇軟土發育較為連續推薦線以外的區域，開展原位測試，并結合現場勘察結果，探討該區域軟土的賦存狀態和物理力學指標。

采用鉆孔的方式，掌握工程地質縱面斷面圖，得到區域中的軟土縱向展布分布特征，在其垂直方向上，可以將巖土的分布特征劃分為三層，不同軟土層特征如表1 所示。

表1 巖土工程地質勘察區域對應的軟土層特征分析

掌握勘察區域巖土工程地質軟土層特征的基礎上，使用本研究設計的方法，進行項目所在地的原位測試。測試過程中，先進行巖土工程地質勘察中原位測試現場布置，根據測試需求，進行實驗中相關儀器設備技術參數的布置，具體內容如表2 所示。

表2 原位測試中相關儀器設備技術參數設計

在此基礎上，根據工程項目與所在地的實際情況，進行場地中地質剖面劃分，最后，通過變形模量與物理指標計算，完成本研究設計方法在測試環境中的應用。

為檢驗此項技術的應用效果，實驗過程中，安排技術人員在現場進行不同指標的現場測試，對比原位測試技術的地質勘察結果與技術人員的現場測試結果，將其作為檢驗本研究方法應用效果的關鍵指標，以勘察中的I 層軟土地層為例，統計實驗結果如表3所示。

表3 原位測試技術應用效果分析

從表3 所示的實驗結果可以看出，使用本研究方法進行巖土工程地質勘察，原位測試試驗結果與技術人員現場勘察結果存在一定的差異，但整體差異較小，不會對巖土工程地質勘察結果造成影響。綜合上述結果可以證明，本研究設計的方法應用效果良好，按照規范進行巖土工程勘察中的原位測試工作，可以提高地質勘察結果的真實性與可靠性。

結束語

勘察工作中，如采用原位測試技術，從具體操作過程層面分析，此項工作是在勘察現場進行的，因此能夠極大地減少總體測試所需時間，與室內試驗相比，此項測試技術的可行性更高，并且得到的測試結果也更準確，應用價值更高。在室內測試過程中，實驗室中各種環境因素都會對勘探結果產生影響，而采用野外原位測試技術，則可以有效地消除這些影響，從而確保高效、準確地測試結果。為實現將此項技術在巖土工程領域內的推廣，本研究以某巖土工程項目為例，引進原位測試技術，通過原位測試現場布置、場地中地質剖面劃分、變形模量與物理指標計算，完成了工程地質勘察方法的設計研究。在此基礎上，對此項技術的應用效果進行測試，測試結果表明，合理應用此項技術，可以提高地質勘察結果的真實性與可靠性。