【2019年整理】岩土工程测试与检测技术

《岩土工程测试与检测技术》结课论文学院工商学院专业土木工程班级2010级土木1班学号20104830**姓名常俊松指导教师冯震2013年5月12日目录摘要……………………………………………………………………………31、室内土工试验………………………………………………………………52、岩体力学实验………………………………………………………………63、岩土的原位测试技术………………………………………………………73.1地基静载荷试验…………………………………………………………73.1.1试验设备………………………………………………………………83.1.2设备的现场布置………………………………………………………83.1.3基本测试原理…………………………………………………………93.2静力触探试验……………………………………………………………93.2.1试验设备………………………………………………………………103.2.2设备的现场布置………………………………………………………103.2.3基本测试原理…………………………………………………………113.3圆锥动力触探和标准贯入试验…………………………………………143.3.1、试验设备……………………………………………………………143.3.2标准贯入试验…………………………………………………………153.3.3基本原理………………………………………………………………154.现场监控……………………………………………………………………165、计算机在岩土工程测试技术中的应用……………………………………175.1室内试验…………………………………………………………………185.2野外检测…………………………………………………………………185.3统计计算与分析评价……………………………………………………195.4专家系统…………………………………………………………………196、钻探技术与应用……………………………………………………………206.1施工及运营会引起岩状变化……………………………………………216.2深部土压力测试…………………………………………………………216.3分层位移测试……………………………………………………………216.4.抽芯验桩以检查桩体质量………………………………………………227、岩土工程检测技术前景……………………………………………………22参考文献………………………………………………………………………23论岩土工程检测技术的理论及其应用摘要21世纪是一个充满竞争和挑战的时代，是一场以高新技术为前导的产业革命，岩土工程检测技术必将在这场革命中获得新生。当然，我们更应该看到技术的每一次革命性进步，都伴随着矛盾与冲突，特别是体制和机制问题，是生产力与生产关系的相互作用，需要协调与适应，改革就成为必然。当今社会人们对建筑物的要求越来越高，科学技术也在突飞猛进，为了满足人们日益提高得生活水平，各类土木工程也纷纷涌现，较之以过去土木工程，现代土木工程从各个方面都取得了长足的进步。而岩土工程测试与检测技术对各类工程都有非常重要的作用。岩土工程测试技术不仅在岩土工程建设实践中十分重要，而且在岩土工程理论的形成和发展过程中也起着决定性的作用。测试技术也是保证岩土工程设计的合理性和保证施工质量的重要手段。关键字：原位测试技术；计算机在岩土工程测试技术中的应用;钻探技术与应用岩土工程测试技术一般分为室内试验技术、原位试验技术和现场监测技术等几个方面。在原位测试方面，地基中的位移场、应力场测试，地下结构表面的土压力测试，地基土的强度特性及变形特性测试等方面将会成为研究的重点，随着总体测试技术的进步，这些传统的难点将会取得突破性进展。虚拟测试技术将会在岩土工程测试技术中得到较广泛的应用。及时有效地利用其他学科科学技术的成果，将对推动岩土工程领域的测试技术发展起到越来越重要的作用，如电子计算机技术、电子测量技术、光学测试技术、航测技术、电、磁场测试技术、声波测试技术、遥感测试技术等方面的新的进展都有可能在岩土工程测试方面找到应用的结合点。测试结果的可靠性、可重复性方面将会得到很大的提高。由于整体科技水平的提高，测试模式的改进及测试仪器精度的改善，最终将导致岩土工程方面测试结果在可信度方面的大大改进。新的岩土力学理论要变为工程现实，如果没有相应的测试手段，则是不可能的。因为，不论设计理论与方法如何先进、合理，如果测试技术落后，则设计计算所依据的岩土参数无法准确测求，不仅岩土工程设计的先进性无法体现，而且岩土工程的质量与精度也难以保证。所以，测试技术是从根本上保证岩土工程设计的精确性、代表性以及经济合理性的重要手段。测试工作是岩土工程中必须进行的关键步骤，它不仅是学科理论研究与发展的基础，而且也为岩土工程实际所必需。监测与检测可以保证工程的施工质量和安全，提高工程效益。在岩土工程服务于工程建设的全过程中，现场监测与检测是一个重要的环节，可以使工程师们对上部结构与下部岩土地基共同作用的性状及施工和建筑物运营过程的认识在理论和实践上更加完善。依据监测结果，利用反演分析的方法，求出能使理论分析与实测基本一致的工程参数。岩土工程测试包括室内土工试验、岩体力学实验、原位测试、原型实验和现场监测等，在整个岩土工程中占有特殊而重要的作用。下面介绍几种重要的岩土工程测试。1、室内土工试验目前，土工试验大致可分为观察判别试验、物理性质实验、化学性质试验和力学性质实验等。室内试验项目包括：1.1土的物理性能试验：土的物理性能试验,包括：含水率、密度、颗粒密度、界限含水率、颗粒分析、渗透、击实等试验。试验成果可分别用于土的工程分类、土的状态判定、渗透计算、填土工程施工方法的选择和质量控制。1.2砂的相对密度试验：砂的相对密度试验：包括砂的最大和最小孔隙比试验，由此确定砂的相对密实度，可作为判断砂疏密状态的指标。1.3土的变形试验：土的变形试验：包括固结、压缩、湿陷性和膨胀性等。这些试验可为设计提供变形参数，即：压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、压缩指数、回弹指数、前期固结压力、固结系数、湿陷系数、自重湿陷系数、膨胀率、膨胀力等指标。1.4.土的强度试验：土的强度试验：包括直接剪切试验、反复直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验等。这些试验可为设计提供抗剪强度指标参数(黏聚力、内摩擦角)、无侧限抗压强度、灵敏度等。用以计算地基、边坡及挡土墙等的稳定性，必要时用以计算地基承载力。1.5土的化学性试验：土的化学性试验：包括黏土矿物鉴定、有机质和盐渍土试验等。黏土矿物成分是决定土的物理、化学性质的重要因素；有机质试验可测得土中的有机质含量，供研究其特性或供施工选择土料之用；盐渍土指土中易溶盐含量大于5％的土。随着其含量多寡和类别的不同，土的物理力学性质将有不同程度的改变，进行盐渍土试验，提供相应的指标，作为地基评价、采取工程措施或选料决策的依据。2、岩体力学实验岩体力学实验主要任务是进行常规力学指标测试和岩体变形与破坏机理的分析与研究。岩体力学实验项目包括：1.测定岩石的颗粒密度2.测定岩石的块体密度3.测定岩石的吸水率与饱和吸水率4.测定岩石的静力变形参数5.测定岩石的单轴抗压强度6.测定岩石的抗拉强度7.测定岩石的剪切强度8.测定岩石的抗折强度9.测定岩石的点荷载强度10.测定岩石的动力变形参数11.测定岩石三轴压力条件下的强度与变形参数12.测定结构面的抗剪强度参数3、岩土的原位测试技术原位测试一般是指在现场基本保持地籍图的天然结构、天然含水量、天然应力状态的情况下测定地基土的物理-力学性质指标的试验方法。通过这些方法测定地基土的物理力学指标，进而依据理论分析或经验公式评定岩土的工程性能和状态。有些岩土工程由于地质条件复杂或者结构条件与荷载条件复杂，难以用理论计算方法对土体的应力-应变的变化做出准确的预计，也难以在室内模拟现场地层条件和现场荷载条件进行试验。这是，可以通过原位实验为设计提供可靠的依据。原位测试不仅是岩土工程勘察与评价中获得岩土体实际参数的最重要手段，而且是岩土工程监测与检测的主要方法，并且可用于施工过程中或地基加固处理后地基土的物理力学性质及状态的变化或检测。岩土的原位测试又可以分为两种，一种是作为获取实际参数的原位实验，另一种则是作为提供施工控制和反演分析参数的原位监测。3.1地基静载荷试验试验目的，确定地基的承载力和变性特性，螺旋板载荷试验尚可估算地基土的固结系数。地基静载荷试验包括平板载荷试验和螺旋板载荷试验。载荷试验相当于在工程原位进行的缩尺原型试验，即模拟建筑物地基土的受荷条件，比较直观地反映地基土的变形特性。该法具有直观和可靠性高的特点，在原位测试中占有重要地位，往往成为其他方法的检验标准。载荷试验的局限性在于费用较高，周期较长和压板的尺寸效应。主梁千斤顶3.1.1试验设备平板载荷试验因试验土层软硬程度、压板大小和试验面深度等不同，采用的测试设备也很多。除早期常用的压重加荷台试验装置外，目前国内采用的试验装置，大体可归纳为由承压板、加荷系统、反力系统、观测系统四部分组成，其各部分机能是：加荷系统控制并稳定加荷的大小，通过反力系统反作用于承压板，承压板将荷载均匀传递给地基土，地基土的变形由观测系统测定。3.1.2设备的现场布置当场地尚未开挖基坑时，需在研究的土层上挖试坑，坑底标高与基底设计标高相同。如在基底压缩层范围内有若干不同性质的土层，则对每一土层均应挖一试坑，坑底达到土层顶面，在坑底置放刚性压板。试坑宽度不小于压板宽度的三倍。设备的具体布置方式有如下两种：1.堆载平台方式：2.锚桩反力梁方式。设备安装时应确保荷载板与地基表面接触良好且反力系统和加荷系统的共同作用力与承压板中心在一条垂线上。当对试验的要求较高时，可在加荷系统与反力系统之间，安设一套传力支座装置，它是借百分表堆载荷载板图1-1平板载荷试验装置示意图平台助球面、滚珠等，调节反力系统与加荷系统之间的力系平衡，使荷载始终保持竖直传力状态。3.1.3基本测试原理平板载荷试验（PlateLoadingTest，简称PLT）是一种最古老的、并被广泛应用的土工原位测试方法。平板载荷试验是指在板底平整的刚性承压板上加荷，荷载通过承压板传递给地基，以测定天然埋藏条件下地基土的变形特性，评定地基土的承载力、计算地基土的变形模量并预估实体基础的沉降量。平板载荷试验的理论依据，一般是假定地基为弹性半无限体（具有变形模量E0和泊松比v），按弹性力学的方法导出表面局部荷载作用下地基土的沉降量s计算公式。3.2静力触探试验静力触探测试〔staticconepenetrationtest〕简称静探（CPT）。静力触探试验是把一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压人土中，并测定探头阻力等的一种测试方法，实际上是一种准静力触探试验。目前在我国使用的静力触探仪以电测式为主。静力触探具有下列明显优点：（1）测试连续、快速，效率高，功能多，兼有勘探与测试的双重作用；（2）采用电测技术后，易于实现测试过程的自动化，测试成果可由计算机自动处理，大大减轻了人的工作强度。由于以上原因，电测静力触探是目前应用最广的一种土工原位测试技术，本章将重点加以叙述和讨论。静力触探的主要缺点是对碎石类土和密实砂土难以贯入，也不能直接观测土层。在地质勘探工作中，静力触探常和钻探取样联合运用。静力触探技术在岩土工程中的应用在于：对地基土进行力学分层并判别土的类型；确定地基土的参数（强度、模量、状态、应力历史）；砂土液化可能性；浅基承载力；单桩竖向承载力等3.2.1试验设备静力触探仪一般由三部分构成，即：①触探头，也即阻力传感器；②量测记录仪表；③贯入系统：包括触探主机与反力装置，共同负责将探头压人土中。目前广泛应用的静力触探车集上述三部分为一整体，具有贯入深度大（贯入力一般大于100kN）、效率高和劳动强度低的优点。但它仅适用于交通便利、地形较平坦及可开进汽车的勘测场地使用。贯入力等于或小于50kN者，一般为轻型静力触探仪，使用时，一般都将上述三部分分开