岩土工程地质勘察中的原位测试技术分析

宋马可

（江苏省水文地质海洋地质勘查院，江苏 淮安）

引言

岩土勘察作业在施工、项目建设、土地资源开发等领域有着不可取代的重要地位，勘察时，通常采用的方法包括实验室试验法或现场试验法，原位测试技术则是现场试验法中的核心技术，通过对此项技术的科学运用，可以在岩土勘察的过程中，对现场土体的物理性质及指标有一个较为详尽的认识，在不影响岩土层基本性质的前提下，得到并掌握更多的勘察成果，为后续工程的开展奠定坚实的基础[1]。然而，由于现场检验涉及的技术类型较多，因此，必须由专业的技术人员选择合理的测试技术，才能最大限度地发挥其原位测试技术在岩土工程勘察中的优势。随着科学技术的不断进步，很多现代技术都被运用到了原位测试工作中，技术种类与测试方式也越来越多。虽然原位测试技术较传统试验技术有明显的技术优势，但在进行技术推广的过程中发现，其技术缺陷也较为显著，主要包括以下三个方面。其一，现场试验中涉及的应力环境比较复杂，例如，当试验某个参数时，勘探人员很难通过特定的方法直接测定某个指标的具体数值，造成了试验建模过程的简化，使试验误差增大[2]。其二，岩土体的载荷具有动态性，现有的测试方法无法满足实际工作要求。其三，原位测试技术的实际作业周期长，成本高。为解决原位测试技术的现有缺陷，全面提高勘察质量，本研究将在此次研究中，以某岩土工程项目为例，引进原位测试技术，对工程地质勘察的方法展开设计。旨在通过此次研究，为深化地质勘察的综合水平提供技术参考。

1 岩土工程地质勘察中原位测试现场布置

为满足岩土工程勘察作业需求，设计方法前，进行原位测试现场的布置，相关内容如图1 所示[3]。

图1 岩土工程地质勘察中的原位测试现场布置

在上述图1 所示内容的基础上，选择地震波速度测定法，对该工程场地的土层进行原位测试。测试装置主要包括三个方面，分别为激振系统、信号系统和处理系统[4]。考虑到地震仪集成了信号自动增益技术、显示技术与处理技术，因此，在进行原位测试前的钻孔作业时，要保证岩土工程钻孔的垂直，有必要的情况下，还可以使用泥浆护壁或下套管的形式保护孔壁。

2 场地中地质剖面划分

为满足检测中相关工作的具体需求，进行岩土工程勘察场地中地质剖面的划分。划分前，将激励板安放在靠近钻孔（＜钻孔1 m）的位置，在激励板上放置＞400 kg 的重物，使激励板能够产生足够的振动载荷。在此基础上，对三分量检测器的各个信道进行一致性、隔离等方面的检查，以保证检测器能够正常工作。测试时，应按照工程特点和地质层状条件，每下深1 m 布置一个测点，由下至上，根据工程场地实际情况与原位测试要求进行。为了使测试场地底部形成对应的剪切波，需要对激励板的两边进行敲击[5]。完成上述处理后，为避免试验结果存在较大的偏差，需要在试验点进行再次观测。

在上述内容的基础上，将测量数据输入到计算机分析软件中，通过此种方式，得出相应的数据。需要注意的是，在出现干扰影响很大的情形时，需要对信号进行数字滤波，以保证测试结果的准确性，而在干扰影响很小的时候，则可根据信号的特点，来判断波第一次到达时的时间。根据不同深度下场地剪切波的到达时间，划分地质范围。其中剪切波的波速计算公式如下。

式中：

vs表示场地剪切波的波速；

l 表示勘察地层深度；

m 表示剪切波的到达时间；

Δk 表示原状土干扰因子。

根据vs的具体取值，划分场地中地质剖面，如vs较大，说明场地剪切波的波速较大，波的传播受影响较小，地层埋深较浅，以此类推。

3 变形模量与物理指标测试

在上述内容的基础上，为排除勘察中原位测试技术中地质结构变形对勘察结果的影响，按照下述公式，参照无限体表面弹性理论，计算场地的变形模量。

式中：

E 表示原位测试中场地的变形模量；

ω表示岩土工程地质勘察中的土体系数；

p 表示承压板形状系数；

d 表示土体泊松比；

s 表示土体对应沉降。

在此基础上，在现场使用旁压试验的方式，确定地基土的具体参数，根据地基土参数，绘制对应的Pvs曲线（P 表示地层初始水平应力），根据P-vs曲线上的不同点位取值，可以确定地层或土体对应的极限压力、旁压模量等参数，通过此种方式，掌握岩土工程对应土体的物理指标，从而实现原位测试技术在工程项目勘察中的应用。

4 实例应用分析

完成上述设计后，为实现对该方法应用效果的检验，以某地区大型岩土工程项目为例，采用设计实例应用实验的方式，进行此工程项目所在地的勘察。勘察前，对工程项目所在地的基本情况进行分析，分析后发现，勘查区域对应路段的大小河道交错纵横，形成了一条纵横交错的脉络，部分路段鱼塘遍布。线路总体方向为东、西向，属于平原地区，在地区构造上属于断陷区。浮山断层是珠江三角洲断陷区的主要构造单元，其北界受断陷区近东西向罗浮山断层的控制。在其东西向分别有白妮- 沙湾、珠江口、西江等断层，断层在东西向均有明显的差异，所有的断层对岩土工程施工与勘察没有任何影响。

此次勘察的线路有两条，一条是推荐线，一条是对比线。在此基础上，结合工程地质条件，选择软土发育较为连续推荐线以外的区域，开展原位测试，并结合现场勘察结果，探讨该区域软土的赋存状态和物理力学指标。

采用钻孔的方式，掌握工程地质纵面断面图，得到区域中的软土纵向展布分布特征，在其垂直方向上，可以将岩土的分布特征划分为三层，不同软土层特征如表1 所示。

表1 岩土工程地质勘察区域对应的软土层特征分析

掌握勘察区域岩土工程地质软土层特征的基础上，使用本研究设计的方法，进行项目所在地的原位测试。测试过程中，先进行岩土工程地质勘察中原位测试现场布置，根据测试需求，进行实验中相关仪器设备技术参数的布置，具体内容如表2 所示。

表2 原位测试中相关仪器设备技术参数设计

在此基础上，根据工程项目与所在地的实际情况，进行场地中地质剖面划分，最后，通过变形模量与物理指标计算，完成本研究设计方法在测试环境中的应用。

为检验此项技术的应用效果，实验过程中，安排技术人员在现场进行不同指标的现场测试，对比原位测试技术的地质勘察结果与技术人员的现场测试结果，将其作为检验本研究方法应用效果的关键指标，以勘察中的I 层软土地层为例，统计实验结果如表3所示。

表3 原位测试技术应用效果分析

从表3 所示的实验结果可以看出，使用本研究方法进行岩土工程地质勘察，原位测试试验结果与技术人员现场勘察结果存在一定的差异，但整体差异较小，不会对岩土工程地质勘察结果造成影响。综合上述结果可以证明，本研究设计的方法应用效果良好，按照规范进行岩土工程勘察中的原位测试工作，可以提高地质勘察结果的真实性与可靠性。

结束语

勘察工作中，如采用原位测试技术，从具体操作过程层面分析，此项工作是在勘察现场进行的，因此能够极大地减少总体测试所需时间，与室内试验相比，此项测试技术的可行性更高，并且得到的测试结果也更准确，应用价值更高。在室内测试过程中，实验室中各种环境因素都会对勘探结果产生影响，而采用野外原位测试技术，则可以有效地消除这些影响，从而确保高效、准确地测试结果。为实现将此项技术在岩土工程领域内的推广，本研究以某岩土工程项目为例，引进原位测试技术，通过原位测试现场布置、场地中地质剖面划分、变形模量与物理指标计算，完成了工程地质勘察方法的设计研究。在此基础上，对此项技术的应用效果进行测试，测试结果表明，合理应用此项技术，可以提高地质勘察结果的真实性与可靠性。