土工试验与原位测试在工程勘察中的重要性

李树芳

(山西省地勘局213地质队，山西临汾 041000)

地壳表层的岩石长期受自然界的空气、水、温度及各种生物的共同作用，使大块岩体不断地破碎与分解成为松散碎屑物质——块石(漂石)、碎石(卵石)、角砾(圆砾)、砂、粉土和黏性土，在工程地质勘查中一般统称为土。其在原地残留的碎屑物称为残积土。多数是风化后，在经水流、风力和重力作用多次搬运而沉积起来的，它们呈层状广泛覆盖在地表，则称为土层。

由于土的形成年代、生成坏境及成分的不同，所以地基的性质是复杂而多样的。因此，设计前必须对场地进行工程地质勘察，并对土进行物理、力学性质试验，作出工程地质评价。然后根据上部结构荷载、建筑物使用及构造上的要求，对地基进行强度、稳定性及变形分析。土工试验可以确定很多非常重要的参数，如地基承载力和地基变形计算中的参数，因此，在各类工程项目建设中，土工试验起着非常重要的作用。原位测试是测试岩土体在原有位置上的工程性质的测试手段，它的测试是岩土体的含水量、结构及应力状态都保持在天然状态下进行的。原位测试不仅是岩土工程施工质量检验的主要手段，还是岩土工程勘察的重要组成部分。如何正确地测定岩土体的工程性质，并提供可靠的性质参数指标，对于土工试验与原位测试在各类工程项目建设中是至关重要的。

1 从土的物理、力学性质方面阐述土工试验的重要性

土工试验经过测试岩土试样，得到了岩土的力学性、物理性、动力性以及渗透性等各项指标。从而为工程设计和施工提供参数，这些参数可以对工程地质条件进行正确的评价，进而为后期施工提供重要的参考依据。土的物理性质试验:包括土的含水率试验、密度试验、比重试验、颗粒分析试验、界限含水率试验(液限、塑限和缩限试验)等。土是由固体颗粒、水和气体所组成，土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，用土的三相比例指标表示。它们对于评价土的物理、力学性质有重要意义。

土的力学性质试验:土的渗透性，土的变形特性，土的强度。

渗透是液体在多孔介质中运动的现象。土属多孔介质体，它内部的骨架颗粒之间存在一定的空隙，形成了通道，使水能在其中运动，所以它必然具有渗透性。水在土的孔隙中的运动造成了水压力的变化进而影响了土的各种力学性质，所以在建筑物设计施工中必须考虑土的渗透性的影响。

地基在荷载作用下会发生变形，是岩土工程中最普遍的问题之一。地基变形会造成土体本身失稳或建筑物结构的破坏，因此，无论何种形式的地基的变形都必须控制在一定范围内。另外还必须对岩土的变形特性有一定的了解和掌握，这样才能指导岩土工程的设计与施工，才能保证工程能经济，安全，有效的运行。为了计算地基的变形量，必须了解土的压缩性。通过室内或现场试验，可求出土的压缩性指标，即可计算基础的最终沉降量。

土的强度是土的一个重要的力学性能，也叫土的抗剪强度，是指土体抗剪破坏的最大应力，它的破坏会造成地基失稳或边坡滑塌等现象。土的水理性质试验:包括土的固结试验、湿化试验等。土的动力性质试验:包括土的振动三轴试验、共振柱试验、动单剪试验等。土的特殊性质试验:包括非饱和土试验、黄土湿限试验、膨胀率试验、膨胀力试验、收缩试验、有机质试验等。

关于对室内试验结果影响最大的取土扰动，现有的取土技术，已经足以使取土扰动的影响降低到最小限度，目前，采用薄壁取土器取土是比较完善的取土技术，它可以取到质量最好的原状土，至于取土时无法避免的应力释放引起的土样扰动，可采取室内再固结等方法予以减轻甚至消除。

2 原位测试技术及其重要性

原位测试可分为定量方法和半定量方法。

定量方法是指在理论上和方法上能形成完整体系的原位测试方法，例如，静力载荷试验、现场直接剪切试验、旁压试验、十字板剪切试验、渗透试验等;半定量方法是指由于试验条件限制或方法本身还不具备完整的理论用以指导实验，因此必须借助于某种经验或相关关系才能得出所需成果的原位测试方法，例如，静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验等。

原位测试有载荷试验，静力触探试验，圆锥动力触探试验，标准贯入试验，十字板剪切试验，旁压试验，现场剪切试验，波速测试，岩体原位应力测试，块体基础振动测试。

选择原位测试方法应考虑建筑类型、设计参数、岩土条件、测试方法的适用性和地区经验等因素。选用原位测试方法和布置原位测试时，应注意各原位测试间及其与钻探、室内试验的配合和对比。根据原位测试成果，利用地区性经验关系估算岩土的物理力学参数和地基承载力时，应检验其可靠性，并与室内试验和已有工程反算参数进行对比。分析原位测试成果资料时，应结合具体工程情况，结合地层条件，要考虑测试时的试验方法，试验条件及使用的试验设备对数据的影响。因此，土工试验与原位测试两种试验方法是相辅相成的，它们之间可以互补。

土工试验结果会由于试样扰动而容易受到影响，因此，在利用土工试验得出的参数时必须小心对待。原位测试可避免取土扰动对试验结果的影响，但是，原位测试也有其难以克服的问题。如原位测试中有时会因土质中包含物的影响导致数据变化异常，有时与实际相差甚远，而通过室内试验结果中数据的比对可以极大的消除这类误差，使数据的精确性得以最大的提高。

其次，原位测试一般只能测定现场荷载条件下的岩土体参数，而无法预测其在荷载变化条件下的发展。总之，土工试验与原位测试都是岩土工程、地质工程中的重要工作内容之一，也是测定岩土体参数的两种重要的方法。