水利水电工程地基基础岩土试验检测技术探析

牛昭昭

（珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东 广州 510000）

水利水电工程建设是一项重要的基础设施建设项目，在其建设过程中，地基基础岩土的性质及参数对工程的设计和施工都具有关键影响。因此，需要在施工开始前，先做好地基基础岩土试验检测工作，为后续施工提供充分保障。

1 水利水电工程地基基础岩土试验检测概述

水利水电工程的设计与建设过程中，对岩土各项性能的检测工作能够为工程的设计与施工提供重要参考依据。根据目前的实际应用情况，水利水电工程地基基础岩土检测中主要应用的检测技术包括室内检测、现场检测2种不同类型。

1.1 室内检测

室内检测是一种以模拟为主的检测方法，具体是指在实验室环境中，通过收集地基岩土的相关数据，结合工程项目的设计要求，对地基岩土样品进行一定的加工，而后开展关于样品力学性能以及物理性质的检测工作。这一检测方法的主要优势在于能够较为全面地反映出地基岩土的各项性能，检测结果的准确性也相对较高。但这一方法的不足之处在于检测结果比较容易受到样品的影响，如果样品本身的代表性不足，就会使得检测结果产生较大的误差。

1.2 现场检测

现场检测是指在地基的实际位置开展检测工作的方法，也被称为原位测试，其能够检测地基岩土的自然状态，从而直接确定出岩土的各项性能。该方法可以采用多种不同的检测手段，如剪切试验、载荷试验、静力触探试验与动力触探试验等，其中载荷试验是大多数检测工作中都需要进行的检测内容。相对于室内检测方法，现场检测的主要优点在于能够更为直观地反映出岩土的性能，减少样品对于检测准确性的干扰。而这一方法的主要问题在于检测过程中比较容易受到外界环境的影响，同时检测时间较长及所需资源也较多。

通过对上述2种检测方法的分析，可以看出二者之间的不同特点。目前的检测工作中，主要采取将2种方法进行结合的检测方式。以下主要分析岩土试验检测技术中室内检测技术的应用流程。

2 水利水电工程地基基础岩土试验检测取样流程

2.1 岩土取样

岩土取样工作是进行水利水电工程地基基础岩土试验检测中的首要步骤，取样工作的开展情况对于岩土试验检测结果具有重要影响。在取样时，需要确保岩土取样结果具有较强的代表性，在不具备代表性的情况下应重新进行取样检测。通常情况下，岩土试验检测样品的类型主要包括原状土样品、岩石样品2种类型，二者的采集方式也有一定的区别。其中，对于原状土样品的采集，需要事先钻孔，而后利用取土器在孔内获取一定数量的岩土样品。钻孔后进行取土的具体方法包括两种，一是利用取土器，通过打入的方法获取土样；二是利用取土器并通过压入的方法获取土样。除此之外，也可在基坑中直接切取原状土样。对于岩石样品来说，其采集方式主要为钻孔方法或直接在基坑中采集，利用钻孔方法时，一般要在岩芯或钻芯中获取岩石样品。

在取样工作的实施过程中，为了确保样品质量，应坚持以下几方面的实施原则。第一，合理控制样品的数量，从而使样品能够准确反映岩土的各项性质[1]。对于同一场地，通常情况下应选择3～5组样品，并且需要确保样品分布均匀，还应保证各个样品分别位于地基的不同厚度位置。第二，需要充分重视边坡位置的取样工作。其原因在于边坡位置的土体容易受到季节环境的影响从而产生一些变化，如在雨季土体较为松散，而在干旱季节较为紧密。同时，如果在降雨量较大的情况下，土体也会出现较为明显的破坏问题。针对这一现象，为了提高岩土样品的代表性，需要在采集过程详细标注取土位置。

2.2 岩土样品封存

对岩土样品采取有效封存措施，能够减少外界环境对于样品的影响，防止样品的各项性质产生变化。实际操作过程中，需要在样品采集工作完成后，尽快利用取土筒封存样品，并做好相应的标记工作。对于土壤样品及岩石样品，在保存方式上存在一定的差异性。在土壤样品的封存方面，原状土及扰动土样品都需要在采集完成后立刻运用取土筒密封，采用相应的标签做标记；而后利用胶带将取土筒的缝隙加以密封，利用融蜡对缝隙进行浇注。如果在对原状土进行取样过程中，样品无法填满取土筒，此时应选用扰动土对筒壁内部的缝隙进行填充。在选择扰动土时，应保证其湿度与自然状态下相近。完成取样后要仔细填写送样单，其中要准确反映出取土图纸资料符号、标签说明等信息。土壤样品采集完成后，需要将其及时提交到实验室。

岩石样品的保存与土壤样品的保存有一定的区别。在岩石样品采集完成后，也应立即采取有效措施封存。封存方法的选择上，对于硅质硬岩样品来说，可以不进行其他处理；对于泥质岩样品，需要用纱布包裹，而后运用融蜡浇注缝隙。对于岩石样品的标注方面，应做好上下记号的标注，同时需要做好标签的记录工作。

2.3 岩土样品运输

运输岩土样品时，要确保运输的安全性，防止样品在运输过程中出现损坏，确保将岩土样品从检测区域安全地运送至检测实验室。在样品的采集与封存工作完成后，需要尽快进行样品的运输，确保样品能够得到及时有效的检测。同时，也要合理选择运输工具，提高样品运输的安全程度。一般情况下，在岩土样品的运输过程中，需要将样品先装入具备防震性能的箱子中，箱子周围的缝隙需要用柔软材料填充，减少运输过程中的震动，从而避免对样品造成破坏。常用的填充材料包括稻草、锯末、软纸、谷壳和麦秆等。运输过程中还要有效控制车辆的行驶速度，减少车辆的颠簸，防止对样品性能造成不良影响。在将样品运输到指定地点之后，装卸人员在搬运过程中应尽量做到轻拿轻放，减少运送箱的碰撞，防止搬运过程中样品的损坏[2]。

3 水利水电工程地基基础岩土试验检测技术实验方法

水利水电工程地基基础岩土性能的测试工作能够对地基基础岩土的各项性质做出充分反映，也是基础岩土试验检测技术应用的关键部分。在应用室内检测方法的前提下，需要在完成取样工作后，开展岩土试验检测实验。以下为水利工程岩土热响应测试所采取的实验方法。

3.1 岩土热物性参数检测

通过这一检测方法，能够明确岩土导热系数、热扩散系数。岩土热物性参数中具体包含岩土容积比热容、岩土导热系数以及热扩散系数等。其公式表示为Y=/(αT/α)，其中为法线方向热流密度，αT/α为法线方向温度梯度。由于岩土的组成成分主要包括空气、水和矿物质，因此其导热系数及容积比热容的取值范围如表1所示。

表1 水、固态矿物质及空气的热物性参数

根据表1，岩土组成成分的比例对于岩土综合导热系数能够产生很大影响，同时由于固态矿物质导热系数相对于空气较高，因此在岩土空隙较大、固态矿物质含量较小时，其综合导热系数随之降低。

3.2 岩土初始低温测试

岩土初始低温测试的实验方法主要是事先采用一定的方法恢复岩土的温度，并根据地质条件因素合理确定恢复的时间[3]。在进行初始低温测试过程中，选用的常见方法包括外置温度传感器法、内置温度传感器法及无加热循环法。比如，在采取无加热循环法进行测试时，应确保岩土初始温度在0.5℃以下且稳定时间在24h以上。在时间发生变化的过程中，初始低温随之变化，在进出口温度时间倾向稳定状态、温差处于合理范围时可以判断检测数据有效，如图1所示。采用温度传感器法测试岩体初始温度示意图如图1所示。即在PE管内外布置传感器，期间在PE管内充满水，直至温度平衡后对不同深度岩土温度进行测试。

图1 传感器法测试岩体初始温度示意图

当测试时间在50h时进出口温度稳定，此时平均回水温度、平均实际换热量与平均流速分别为28.8℃、3842J/s、0.44m/s。温度趋势图如图2所示。

图2 不同地层深度温度变化

4 结束语

水利水电工程地基基础岩土试验检测在水利工程建设中具有重要意义，在实际工作中要充分重视该项工作的开展。