工程地質試驗
正文
為了解岩土體的物理力學特性和建築荷載引起的力學效應，對岩土物理性質、水理性質、力學性質、變形特性等進行的試驗工作。在工程地質勘察中，通過工程地質試驗可對岩土體進行分類，探討岩土體在外部荷載與內部應力重分布條件下的變形過程和破壞機制，論證地基、邊坡和地下工程圍岩等的穩定性，並為設計提供計算參數。這些成果既影響工程布置、工程安全和工程量，又關係到建設造價、工期和最優方案的選擇。鑒於岩土體具有各向異性的特點，工程地質試驗通常採用室內試驗與現場試驗、原體測試與模型試驗、靜力法與動力法等相互驗證，還必須與現場地質研究相結合，力求真實反映岩土體的工程地質特性。70年代以來，在地質調查的基礎上，按不同的地質單元進行岩土工程地質試驗，將數值測試成果與地質特徵、岩土體破壞機制更好結合起來進行分析研究，促使工程地質試驗的項目和內容日益發展。室內試驗 根據不同的試驗目的，按一定尺寸現場採集具有代表性的樣品，在試驗室進行的試驗。室內試驗適用於測定岩土體的物質成分、物理性質以及各向同性的岩土力學性質，又因試樣尺寸小，費用低，可以大量進行。中小型水利工程或大型工程的規劃、可行性研究階段普遍進行室內試驗。
岩土物理性質試驗 測定礦物成分、粒度成分和化學成分，了解岩土的物質組成；通過顯微鏡鑑定，了解岩土體的組織與構造；測定密度、孔隙度、含水量、吸水率、粘土類土的稠度和砂土類土的相對密度，了解岩土物理性質；測定岩土的可溶性、親水性、毛管性、滲透性、膨脹、崩解和黃土類土的濕陷性等。
土的力學性質試驗 ①壓縮試驗：把原狀土樣放在有側限和允許排水的容器內逐級加壓，測定各級壓力與土壓縮量之間，土樣壓縮與時間之間，以及卸荷過程中壓力與回彈之間的相關關係；②無側限壓縮試驗：測定土樣在垂直方向上受壓直至破壞，了解土在無側限、不排水條件下的總強度；③直剪試驗：測定土樣在不同垂直壓力下沿固定水平剪下面破壞時的剪應力；④三軸試驗：測定土樣在不同圍壓下，施加軸向壓力使土樣剪下破壞,利用莫爾-庫倫定律求得土強度；⑤土的動力強度試驗：土樣在圍壓狀態下，施加軸向波動荷載，測定土的變形和孔隙水壓力的發展，了解土的動力強度；⑥擊實試驗：土樣放在擊實儀中，在一定擊實次數下，測定土的含水量與容重的關係，確定土的最優含水量與相應的最大幹容重。
岩石力學性質試驗 ①抗壓強度試驗：岩樣單軸承受壓力或三軸承受壓力，以了解岩塊在單向或三向荷載作用下的強度和變形性質；②抗拉試驗:採取直徑5cm左右的圓柱岩心,用對徑壓縮荷載確定岩塊的拉裂強度;③抗剪試驗：又稱室內中型剪試驗,即採集天然狀態下,面積為30cm×30cm並含有軟弱結構面的岩樣，進行剪斷或摩擦試驗;④流變試驗:研究在恆溫、恆濕的條件下,受力岩塊在變形恆定時應力隨時間減少的過程(應力鬆弛)或受力岩塊在恆定應力時變形隨時間發生變化的過程（蠕變），多用於研究岩土的長期強度。
現場試驗 在小試件室內試驗不能反映岩土體各向異性的情況下或大型水利工程初步設計階段，需要在建築物地基範圍內，保持岩土體天然狀態下進行試驗，以了解其自然特性或模擬岩土體可能承受的荷載和滲流作用，研究岩土體工程地質特性的變化稱為現場試驗。試驗的地點與方法，根據不同地質單元、岩土體的各向異性結構和建築物的荷載分布確定。
土體自然特性試驗 ①標準貫入試驗：利用63.5kg重的穿心錘，以76cm的自由落距，將對開式取樣器打入清底後鑽孔的孔底土層30cm，記錄打入擊數，根據擊數多少判別土的天然密實程度；②靜力觸探試驗：利用圓錐探頭連續壓入土層，測定土層對圓錐阻力與深度的變化曲線，判斷不同深度土層的性質。20世紀70年代以來，多使用自動記錄儀器測定數據，並進行微機處理，還可以測定地溫、孔斜和孔隙水壓力等。
土體變形試驗 ①平板載荷試驗：在經過平整的基坑底部,利用與基礎剛度相近似的圓形或方形承壓板,在板上分級施加荷載,直到地基破壞，從測出的荷載-沉降曲線分析地基土體的承載力和變形性質；②土體旁壓試驗（橫壓試驗）：利用充水或充氮氣的硬橡皮或金屬鎧裝加筋乳膠膜,向鑽孔孔壁四周橫向逐級加壓,分析孔壁徑向應力和應變曲線及極限壓力。
土的強度試驗 在鑽孔底部鏇轉十字板型測頭，測算土層不排水抗剪強度的十字板剪下試驗。
岩體變形試驗 ①抗力體變形試驗：利用剛性承壓板或柔性承壓板或在岩壁刻槽，用千斤頂或液壓扁千斤頂逐級加荷，求得不同壓力下的岩體變形特性，算出岩體的彈性模量或變形模量。70年代初期中國葛洲壩水利樞紐，在現場對11.65m×1.70m×2.35m試塊，在長軸方向施加水平荷載，以了解壩下游抗力岩體在承受推力後的變形特性。②洞壁岩體變形和洞壁收斂試驗：在水工壓力隧洞中常用環形洞室分級施加水壓或橡皮囊充水加壓或用徑向千斤頂加壓，測其變形求岩體彈性抗力係數。80年代以來在地下探洞或隧洞施工過程中，在洞周岩體中埋設多點位移計或收斂計分別量測洞壁周邊岩體在洞開挖過程中應力變化和變形的過程，用以了解洞周岩體應力重分布，也可以利用數值計算方法進行位移反饋分析，獲取岩體變形參數和岩體中的初始應力狀態。
岩體抗剪試驗 利用千斤頂在分級垂直荷載下對試件施加推力，進行壩體混凝土與岩體或岩體中軟弱夾層的剪斷或摩擦試驗，算出抗剪強度，也可以進行流變試驗求得長期強度。
岩體壓力測試 使用鑽孔變形計、鑽孔應變計和鑽孔包體式應力計等儀器，用水力致裂法或套孔和鑽孔孔底應力解除技術，或長期監測岩體中的應力變化，確定地應力的大小和方向。
岩土體跨孔法試驗 在鑽孔中某深度，利用孔口落錘或孔內爆破激震，同時在周圍一個或幾個鑽孔的相同深度用檢波器接收震波，根據彈性波的傳播圖形確定縱波(υp)、橫波(υS)在不同深度岩土體的傳播速度，以判斷不同土層的密實程度。
模型試驗 為了研究岩土體地基在外部荷載作用下應力分布的具體部位和研究岩體在開挖時岩體應力重分布與失穩狀態，以及超載後的岩土體承受極限（超載安全度），利用與實際岩土力學性質相似的材料，製成具有砌塊及結構面的模型，來模擬不連續的岩土體，再對模型施加工程荷載或開挖，觀測模型中應力分布、變形和破壞過程。其結果可與有限元分析和計算成果相互驗證，用以改進設計方案，採取工程處理措施。
光彈試驗 利用光敏材料受力變形時雙折射現象，觀測存在的等色線和等傾線，確定應力分布狀態。
地質力學模型試驗 利用相似定理和相似材料製作岩體模型，載入進行變形及破壞試驗，了解其破壞機制。
參考書目
В.Д.洛姆塔澤著,朱春潤等譯:《專門工程地質學》，地質出版社,北京,1986。(В.Д.ЛОмтадзе 婛嬦ецца嬦娒наяцнженернаяге嬶嬦嬶гця,"Недра",Ленинград,1978.)
