原位試驗

原位試驗通常是確定岩土體工程特性的最好手段，某些情況下是獲取有效成果的唯一方法。原位試驗用於確定節理髮育岩體的地應力和變形特性(模量)、節理髮育岩體或岩體內關鍵軟弱夾層的抗剪強度，以及岩體中軟弱夾層或結構面的殘餘應力。

基本介紹

• 中文名：原位試驗
• 外文名：in situ testing
• 用途：確定岩土體工程特性
• 試驗方法：確定岩體變形模量
• 分類：平板載荷試驗、旁壓試驗
• 所屬領域：土木工程

試驗方法

確定岩體變形模量最常用的原位試驗是平板載荷試驗(千斤頂試驗)，這類試驗有的是用加壓扁千斤頂作用在壓桿上，有的是通過一套液壓千斤頂，將荷載加到預製好的岩面上。

這類試驗經常通過測量承載板的位移量來計算變形模量，造成結果不夠準確，其原因有承載板的偏斜、板與岩體之間空隙的閉合及承載板下面卸荷裂隙與爆破所形成裂隙的閉合。Ribacchi對此問題作了詳細的調查，得出只有在承載板以下一定深度處量測位移量，才能得到可靠的結果。因此，應儘可能用埋於岩體中的多點應變計來量測變形量。

分類

原位試驗是指直接在現場地基土層中進行的試驗。由於試驗土體的體積大，所受的擾動小，測得的指標有較好的代表性，因此近年來，此類試驗技術和套用範圍均有很大的發展。前面闡述的觸探試驗也可算是原位試驗，不過它所測定的不是土的某種物理、力學性質指標。直接測定原位土的物理、力學性質指標，常用的有平板載荷試驗、旁壓試驗、十字板試驗、大型直剪試驗、壓水和注水試驗等。

平板載荷試驗

平板載荷試驗是一種模擬實體基礎承受荷載的原位試驗，用以測定地基土的變形模量、地基承載力以及估算建築物的沉降量等。工程中常認為這是一種能夠提供較為可靠成果的試驗方法，所以在取原狀土樣很困難時，如對於重要建築物地基或複雜地基，特別是碰到鬆散砂土或高靈敏度軟黏土，均要求進行這種試驗。

旁壓試驗

旁壓試驗又稱橫壓試驗，是在鑽孔內進行的橫向載荷試驗，能測定較深處土層的變形模量和承載力。

旁壓儀是由旁壓器、充水系統、加壓系統和變形量測系統4部分組成。旁壓器是旁壓儀的主要部分。它是外徑為56mm的圓柱形橡皮囊，內部用橫隔膜分成中腔和上下腔。中腔直接用以量測，稱為量測室；上下腔用以保持中腔的變形均勻，將空問問題簡化成平面應變問題，稱為輔助室。

試驗時，先將旁壓器豎立於地面上，打開充水系統的注水閥，向旁壓器及管路充水。充滿後，關閉注水閥門。將旁壓器置於鑽孔中預定的測試位置。這時旁壓器的橡皮囊尚未緊貼在四周的岩土表面上。隨後利用加壓系統，經量測管(包括輔助管)分級向旁壓器加壓，量測室和輔助室因內部水壓升高而體積膨脹。先是讓橡皮囊緊貼於岩土面上，繼而擠壓四周岩土體，產生軸對稱徑向變形。顯然量測段鑽孔的擴張量就是該段橡皮囊的膨脹量，也就是加壓時所注入的水量，可以從量測管上的刻度讀取。

十字板剪下試驗

十字板剪下試驗是快速測定飽和軟黏土不排水抗剪強度的一種簡易而可靠的方法。儀器主要由十字板頭和加荷裝置及測力裝置組成。近年來新式儀器多用自動記錄顯示器和數據處理的計算機代替舊有的讀數錶盤。在軟黏土中選用75mm×100mm或75mm×150mm板頭，在較硬的土中則選用50mm×100mm的板頭較為合適。

優缺點

岩土工程的原位試驗是指在工程現場以及在不擾動或基本不擾動岩土層的情況下通過特定的試驗儀器對岩土層進行試驗，並運用岩土力學的基本原理對試驗數據進行歸納、分析、抽象和推理以判斷其狀態，以獲得所測岩土層的物理力學性質指標及劃分岩土層，得出其性狀參數的綜合性試驗技術。由於室內的岩樣存在體積小、脫離岩體的地質力學性能的全貌等缺點，因而不能充分反映岩體的力學性能。而岩體的野外現場試驗就較為全面地反映岩體力學性能的全貌，這是室內試驗所不及的。原位試驗技術是岩土工程和工程地質學科的重要組成部分，其優點在於：①不用取樣；②樣本數量大；③快速、經濟。由於原位動態試驗往往是在一定範圍內的自然狀態岩體上進行的，所以成果數據更能反映介質的真實情況，更具實際套用價值。

原位試驗也有其局限性。首先，原位試驗的應力條件複雜，一般很難直觀地得出某個參數，而如按反饋分析的方法，則在選擇計算模型和確定邊界條件時將不得不採取一些簡化假設，由此引起的誤差也可能使得出的參數不能理想地表徵實際岩體的性狀，特別是當原位試驗中的岩體變形和破壞模式與實際工程中不一致時。其次，原位試驗一般只能測定現場現實荷重條件下的參數，而無法預測後者在荷重變化時的發展趨勢。最後，原位試驗耗時費錢，試驗數量因而受到限制，特別是一些大型試驗，得到的參數數量甚至少到無法進行合理的統計分析。對於性質變異較大且十分不均勻的岩體來說，少數幾個試驗點的不具有代表性。總之，對於測定岩體參數，僅僅強調原位試驗也是不可行的。關於對室內試驗結果影響最大的取樣擾動影響，現有的一些精細的取樣技術，足可以使取岩樣擾動的影響降低到最小限度。

套用

目前，套用原位試驗技術來定量或準定量地評價工程岩體質量已取得了很大的進展。通過對工程岩體的原位試驗或無損檢測，獲取其原始狀態下的多種物理力學參數，再配合一定的大型試臉和室內試驗就能全面地取得工程岩體物理力學性質和質量指標，進而對工程岩體進行評價，為設計、施工等部門提供可靠的定量依據。原位試驗所使用的儀器輕便、操作簡單，工作條件要求不高。可以現場做出切合實際的定量分析評價。

原位試驗是在岩體的局部施載入荷測定岩土的反應，以估計岩土的指標，如強度指標、變形指標等。現場試驗是在比較大的範圍內施載入荷測讀岩石的綜合反應，用於檢驗設計計算的正確性，測定施工過程中岩體的反應，估計巨觀的指標範圍以校正原位試驗或室內試驗的結果。原位試驗方法應根據岩土條件、設計對參數的要求、地區經驗和試驗方法的適用性等因素選用。根據原位試驗成果，利用地區性經驗估算岩土工程特性參數和對岩土工程問題做出評價時，應與室內試驗和工程反算參數作對比，檢驗其可靠性。原位試驗的儀器設備應定期檢驗和標定。分析原位試驗成果資料時，應注意儀器設備、試驗條件、試驗方法等對試驗的影響，結合地層條件，剔除異常數據。

岩石力學現場試驗布置方案應以岩石力學試驗設計準則為依據。

①確定試驗位置 確定試驗位置是一件既關鍵又複雜的工作，要進行現場調查，反覆地研究工程地質資料，對工程岩體進行分區，確定分區內的試驗地點，經過逐步篩選，以達到試件少而精，又具充分的代表性。

②對工程岩體進行分區篩選 在現場調查的基礎上，首先研究工程岩體分區圖和工程岩體結構圖，每一分區代表一種工程特性。每一分區的岩性、構造、岩體結構及其穩定性等都不同於另一區，在分區的基礎上，還必須進一步篩選。分區篩選的原則是根據每個分區的岩體結構類型進行判斷，判斷其工程的穩定程度。

③運用簡易手段和分析計算方法找出控制岩體穩定關鍵部位 為了節省試驗工作量，特別是現場大型試驗工作量，應該儘量事先利用一些簡易手段或設備，運用工程物探和一些經驗方法，對岩體力學性質做出預測及判斷。同時，還應在充分分析研究已有資料的基礎上，運用計算方法，進行靈敏度分析和參數研究，即針對不同岩體，在其設計參數的可能變化範圍內，進行不同方案的計算和分析，哪些部位的岩體和哪些參數是控制性的，從而確定岩體力學試驗的重點。

④確定試驗的主要內容岩體力學試驗的主要內容，取決於岩體工程的破壞方式及工程作用的方式。

岩土工程多為隱蔽性工程，由於岩土性質的複雜多變，加之結構體與岩土體之間的相互作用難以把握，故岩土工程中發生事故的幾率很大而且難於發現和補救。因此，重視和強化岩土工程中的監測和檢測工作是十分必要的，而原位試驗(檢測)是實際工作中最常用也是最直觀可靠的技術手段。