岩⼟⼯程原位测试思考题及答案
1什么是岩⼟⼯程？他与哪些⼯程领域有关？岩⼟⼯程原位测试的定义是什么？原位测试在岩⼟⼯程处于什么地位?它与室内试验的关系如何？ 答：岩⼟⼯程是研究岩⼟体的稳定性，地基与基础，地下⼯程及岩⼟体的治理，改造和利⽤等。岩⼟⼯程学科以⼟⼒学。岩⽯⼒学，⼯程地质学和基础⼯程学的理论为基础，有地质，⼒学，⼟⽊⼯程，材料科学等多学科形成。
原位测试：⼀般指在⼯程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动⼟层的情况下通过特定的测试仪器对测试对象进⾏测试，并运⽤岩⼟⼒学的基本原理对测试数据进⾏归纳、分析、抽象和推理以判断其状态或得出其性状参数的综合性试验技术。
地位：近20年来，岩⼟⼯程原位测试技术受重视的程度愈来愈⾼，以全国性的地基基础设计规范和勘察规范为例，在《⼯业与民⽤建筑地基基础设计规范》TJ7-74中只在附录中列⼊了触探试验与单桩静载荷试验要点，⽽在《建筑地基基础设计规范》GBJ7-89的附录中则增加了地基⼟载荷试验要点、岩基载荷试验要点、标准贯⼊和轻便触探试验要点，与TJ7-74相⽐，原位测试的份量加重了，到了95年的《岩⼟
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⼯程勘察规范》，已将原位测试单独列为了⼀章，包含了载荷试验等⼗种在勘察、设计阶段常⽤的原位测试⽅法。由此可见，岩⼟⼯程原位测试技术的地位是愈来愈重要了。⽽且，岩⼟⼯程原位测试技术的应⽤范围并不限于勘察设计阶段，在施⼯和施⼯验收阶段，原位测试也有重要的应⽤。岩⼟⼯程中的原位测试技术可⽤于岩⼟⼯程的各个分⽀⼯程中，它贯穿于⼯程的各个阶段，在不同的阶段中有着不同的功能。
小样机外接头关系：与室内⼟⼯试验对⽐，原位测试的优点：a在⼯地进⾏，不⽤取样，避免扰动，提⾼了所测指标的⼯程应⽤价值b测试的⼟体积更⼤，更能反映⼟的宏观结构对图的性质的影响c很多⼟的原位测试技术⽅法可以连续进⾏，因⽽可以得到完整的⼟层剖⾯及物理⼒学性质指标d快速经济。缺点：a难于控制测试中的边界条件（排⽔/应⼒条件）b测试成果和边界条件的关系和测试机理的科学解释有待于进⼀步明确，⽬前仍是建⽴在⼤量统计的经验关系之上的。
⼟的原位测试与钻探取样室内试验的关系：在⼯程地质勘察中，可以⼤量使⽤原位测试技术，只需对需要做对⽐的⼟层或关键部位配以少量钻探和室内试验即可。这样做的⽬的是，可以建⽴很多适合勘察现场的经验关系，提⾼⼟的原位测试精度，⼤量减少⼯程地质钻探和室内试验费⽤，缩短勘察周期。
3对⽐⼟体平板荷载试验和岩体变形实验中承压板法异同点（加荷分级、加压⽅式、稳定标准等）
二氧化碳制冷答：⼀、平板荷载
加压⽅式：（压重加荷装置，千⽄顶加荷装置）
（1分级维持荷载沉降相对稳定法法（常规慢速法）：荷载分级：不少于8级，总加载量不应少于荷载设计值的两倍；
稳定标准：当连续两⼩时内，每⼩时内沉降增量⼩于0.1mm时，则认为沉降已趋稳定，可施加下⼀级荷载。
数据测读：每级加载后，按间隔10、10、10、15、15min，以后每半⼩时读⼀次沉降，直⾄沉降稳定。
分级维持荷载⾮稳定发（快速法）：分级加荷与慢速法相同，但每⼀级荷载按间隔15分钟观察⼀次沉降，每级荷载维持2⼩时。
等沉降速率法：控制承压板以⼀定速率沉降，测读与沉降相对应的荷载，直⾄破坏状态。
反⼒系统：音乐枕头
⼀般反⼒系统由主梁、平台、堆载体（锚桩）等构成
荷载分级：不少于8级，总加载量不应少于荷载设计值的两倍；
稳定标准：数据测读：每级加载后，按间隔10、10、10、15、15min，以后每半⼩时读⼀次沉降，当连续两⼩时内，每⼩时内沉降增量⼩于0.1mm时，则认为沉降已趋稳定，可施加下⼀级荷载。
⼆、承压板法
加压⽅式：逐级⼀次循环法，逐级多次循环法，⼤循环法。
荷载分级，稳定标准：每⼀级循环压⼒应退⾄零，使岩体充分回弹。每级加压后⽴即读数，以后每隔⼗分钟读⼀次，当刚性承压板上所有测表或柔性承压板中⼼岩⾯上的测表两次相邻读数差与同级压⼒下第⼀次变形读数和前⼀级压⼒下最后⼀次变形读数差之⽐⼩于5%时，可认为变形稳定，并进⾏退压，退压时的稳定标准与加压时相同。
4对⽐岩体钻孔变形试验与⼟体旁压试验的相似之处，试验过程中，注意事项有哪些？
答：⼀、相似：○1在钻孔内通过旁压器或膨胀计对⼟体或岩体加压，测得压⼒与径向应变的关系。来估算强度，参数。
○2受压的地⽅⼟性，岩性有代表性，且要均⼀，完整。
○3设备有旁压器，控制加压系统，孔径变形测量系统。
○4钻孔直径应较探头腔室直径略⼤。
⼆、注意事项：○1试⽤地层，旁压适⽤于粘性⼟，粉⼟，砂⼟，碎⽯⼟，残
积⼟，极软岩，软岩；钻孔变形试验适⽤于软岩和中坚硬岩体。
○3旁压试验中（1）钻孔结束后，应将旁压器尽快放⼊孔中的预定深度；（2）
必须保证旁压器三腔都位于同⼀⼟层中，不应该放置在强度差异较⼤的⼟层中；（3）注⽔时，测管的⽔位绝对不可超过最⾼刻度线；（4）测试时，不得使⽤杂质⽔，应使⽤蒸溜⽔或冷开⽔；（5）不能任意将旁压器裸露放置；（6）将快速接头取下后，应⽴即套上保护套罩，严防泥沙进⼊管道中，使仪器损坏；（7）不得任意拆卸调压阀，以防其精度降低；（8）若旁压仪长时间不⽤，应排尽⽔箱、管路系统和旁压器的⽔
在钻孔试验中（1）试验孔应铅直（孔斜不超过5゜）为防⽌像⽪外套在加压时被刺破：有塌孔的地⽅不能放⼊膨胀计。两试点加压段边缘之间的距离不应⼩于⼀倍加压断的长度；加压段边缘距孔⼝的距离不应⼩于⼀倍加压断的长度；加压段边缘距孔底的距不应⼩于0.5倍加压断的长度离
六、动⼒触探试验如何分类，各适⽤于什么样的⼟层？试评价标准贯⼊试验的特点及成果应⽤？动⼒触探试验和标准贯⼊试验存在超前和滞后效应吗，为何会产⽣这种效应？为什么说动⼒触探试验是⽐较粗略的测试⼿段？
1.分类⽅法：根据探头规格（直径、截⾯积、锥⾓），落锤（锤质量、落距），探杆直径的不同，动⼒触探的分类及其对应的所适应的⼟类如下表所⽰：
类型轻型动⼒触探中型动⼒触探重型动⼒触探超重型动⼒触探标准贯⼊试验
主要适⽤⼟类浅部填⼟、砂⼟、粉⼟和粘性⼟粉⼟、粉质粘⼟、粉⼟砂⼟、中密以下的碎⽯⼟和极软⼟密实和很密实的碎⽯⼟、极软⼟、软岩粘⼟、粉质粘⼟、粉⼟、
细砂、粉砂、中砂、粗砂、砾砂、圆砾
2.标准贯⼊试验的特点：标准贯⼊试验是动⼒触探试验的⼀种，它结合钻孔进⾏，国内统⼀使⽤直径42mm的钻杆，国外也有使⽤直径50mm或者60mm的钻杆。优点在于设备简单，造作⽅便；⼟层适⽤性⼴，除砂⼟外，对硬粘⼟及软岩也适⽤；⽽且贯⼊器能够携带扰动⼟样，可直接对⼟层直接进⾏鉴别描述。标准贯⼊试验的成果应⽤：（1）地基承载⼒的确定（2）粘性⼟、砂⼟的抗剪强度和变形参数的确定（3）桩的承载⼒确定（4）砂⼟密实度的确定（5）饱和砂⼟、粉⼟的地震液化的评价
3.动⼒触探和标准贯⼊试验是存在有超前和滞后效应的，因为在触探过程中，探头由坚硬⼟层进⼊松软⼟层或由松软⼟层突然进⼊坚硬⼟层时，往往出现这种现象，其幅度⼀般为10-20cm左右。其原因既有触探机理上的问题，也有仪器性能反应迟缓和⼟层本⾝在两层⼟交接处带有⼀些渐变的性质，因此情况较复杂。在分层时应根据具体情况加以分析。
4.由于动⼒触探试验不能采样对⼟进⾏直接鉴别描述，试验误差⽐较⼤，再现性差，所以⼀般说动⼒触探试验是⽐较粗略的测试⼿段。
七、⼗字板剪切试验的基本理论推导中所做的基本假定有哪些？试验⼟体基本假定中的破坏状态和实际破坏状态有何差别？
1. ⼗字板剪切试验包括钻孔⼗字班剪切试验和贯⼊电测⼗字板剪切试验，其基本原理都是：施加⼀定的扭转⼒矩，将⼟体剪坏，测定⼟体对抗扭剪的最⼤⼒矩，通过换算得到⼟体抗剪强度值(假定a=0)。假设⼟体是各向同性介质，即⽔平⾯的不排⽔抗剪强度(Cu)h与垂直⾯上的不排⽔抗剪强度(Cu)v相同：(Cu)v=(Cu)h。旋转⼗字板头时，在⼟体中形成⼀个直径为D，⾼为H 的圆柱剪切破坏⾯。由于假设⼟体是各向同性的，因此该圆柱剪损⾯的侧表⾯及顶底⾯上各点的抗剪强度相等，则旋转过程中，⼟体产⽣的最⼤抗扭矩M由圆柱侧表⾯的抵抗扭矩。
2. 由于⼗字板剪切试验测得的不排⽔剪切强度是峰值强度，所以⽐实际⼀般偏⾼，要经过修正以后，
才能⽤于实际⼯程问题。
⼋、何为纵波横波⾯波？三种波速的⼤⼩关系如何？⼟体与岩体的波速测试通常接收哪⼀类的波，原因是什么？单孔法跨孔法⾯波法各⾃采⽤的激震法是什么？
1.纵波是质点的振动⽅向与传播⽅向同轴的波。横波也称“凹凸波”，是质点的振动⽅向与波的传播⽅向垂直。⾯波，⼜称表⾯波，是沿物体表⾯传播的波。
2.⾯波⼤于纵波，纵波⼤于横波。
3.⼟体通常是横波，岩体⼤多是纵波，原因：⾃然界中⼤多数岩⽯都可以看作弹性体，⽽对于⼟体来说，只有在⼩应变情况下才被视为弹性体，尤其是饱和⼟，其空隙中充满了⽔，谁在封闭的空隙中承受压缩时表现出⼀种不可压缩性，因此可以传播纵波，同时⽔的纵波传输速率远远⼤于⼟的⾻架传递的纵波速率。所以⽤纵波测试饱和⼟体时是没有意义的，其反映的不是⼟的弹性性质⽽是⽔的。对于⾮饱和⼟随着含⽔量的不同，⼟体的纵波传输速度也呈现⼀种不确定性，因此也不⽤测算。只有岩体除外，因为岩体的纵波传输速率远远⼤于⽔的纵波传输速度。但是⼟中的孔隙⽔不能承受剪切变形，因此横波在⼟体中传播时，只是受到⼟的剪切变形的控制。故⼟体通常是横波，岩体⼤多是纵波。
4.单孔法可以采⽤⼈⼯激发和超声波两种激振⽅式跨孔法的激振装置是可固定于钻孔内的双头锤⾯波法采⽤机械式激振器或者电磁式激振器
九、岩体应⼒测试的⽅法有哪些？简述⽔压致裂法的基本原理和测试步骤
1.通常采⽤的应⼒测量⽅法有⽔压致裂法，应⼒恢复法，应⼒解除法
2.⽔压致裂法的原理是：只要在钻孔内⽤两个可膨胀的橡胶封隔器将钻孔的试验段隔离开来施加⽔压，通过测量在试验⽔平岩⽯的裂隙产⽣传播，保持和重新开裂所需的⽔压⼒，在不需要预先知道岩⽯的弹性模量情况下就可以确定出垂直于钻孔平⾯的最⼤，最⼩主应⼒。该⽅法对岩体做了下列假定：岩⽯是均质的个性同性线弹性体：当岩⽯为多孔介质时，注⼊的流体依据达西定律在岩体空隙中流动：钻孔⽅向是其中主应⼒⽅向，垂直应⼒⼀般是根据上覆岩层的重量来估算的。测试步骤：在选定测试部位打⼀钻孔，清洗钻孔，并对岩⼼及地下⽔状况进⾏地质描述，特别要注意节理，裂隙的发育情况。根据⼯程要求确定试段的⼤概的深度，再根据取出来的岩⼼，钻孔电视或声波探测检验孔壁情况，选定测试段的长度和深度。接着将两个长约1m 可膨胀的橡⽪封隔器串联组装好并下孔内⾄预定深度，随后向封隔器施加压⼒使其膨胀，形成⼀个封隔孔段，记录侧段的长度和深度。由地表向管路泵注⼊⾼压⽔，对试验段加压，同时记录流量。由于⽔压⼒随时间⽽增加，钻孔孔壁的环向压应⼒会逐渐增⼤。当钻孔中⽔压⼒引起的孔壁拉应⼒达到孔壁岩⽯抗拉强度时，就在孔壁形成拉裂隙。这是⽔压⼒将突然下降，这时的压⼒压⼒称为破裂压⼒（pc1）。记录pc1值。拉裂隙⼀经形成，孔内⽔压⼒就要降低，然后达到某⼀稳定的压⼒ps，称为瞬时关闭压⼒，记录下ps值。⽽后，停泵降低⽔压，孔壁拉裂隙将闭合；若再继续泵⼊⾼压⽔流，则裂隙将再次拉开，此时孔内的压⼒称为裂隙重新张开
压⼒（pc2），停⽌泵压，并记录下pc2值。可以根据试验情况，决定做⼏个循环。
⼗、简述岩⼟⼯程原位测试技术的发展状况和发展前景。
⽆数实践经验和理论计算证明，岩⼟的⼯程性质实验成果和精度，会因岩⼟的类型，状态，实验⽅法和技巧的不同⽽有较⼤的出⼊。在测试⽅法中，以原位测试⽅法最为可靠，所求测试成果精度最⾼。⼯程设计中的⼟⼯计算成果的可靠性，主要取决于所选计算参数的准确性，所选参数精度的重要性远⽐所选的计算⽅法要重要得多。因此可以说，在⼯程勘察中，不进⾏原为测试是没有质量保证的。特别是⼤型的⼯程勘察中，它是不可缺少的⼿段。有了⾼质量的原为测试成果，才能进⾏可靠的⼯程设计，既不过于保守⽽浪费⼤量资⾦，⼜不过于冒险⽽造成安全问题，所以原位测试技术发展有很⼤的空间，多年来，岩⼟⼯程原位测试技术受重视的程度愈来愈⾼，以全国性的地基基础设计规范和勘察规范为例，在《⼯业与民⽤建筑地基基础设计规范》TJ7-74中只在附录中列⼊了触探试验与单桩静载荷试验要点，⽽在《建筑地基基础设计规范》GBJ7-89的附录中则增加了地基⼟载荷试验要点、岩基载荷试验要点、标准贯⼊和轻便触探试验要点，与TJ7-74相⽐，原位测试的份量加重了，到了95年的《岩⼟⼯程勘察规范》，已将原位测试单独列为了⼀章，包含了载荷试验等⼗种在勘察、设计阶段常⽤的原位测试⽅法。由此可见，岩⼟⼯程原位测试技术的地位是愈来愈重要了。⽽且，岩⼟⼯程原位测试技术的应⽤范围并不限于勘察设计阶段，在施⼯和施⼯验收阶段，原位测试也有重要的应⽤。
2、试述常⽤岩⼟⼯程原为测试的⽅法及其测试指标、⼯程应⽤。岩⼟⼯程原位测试所包含的测试技术，除了本课程所论及的以外，你还知道有哪些？
答：原为测试的⽅法可分为以下两种：
1、剖⾯测试法（logging or stratigraphic profiling methods）
该⽅法包括静⼒触探、动⼒触探、⼟的压⼊式板状膨胀仪测试及电阻率法等；
2、专门测试法（specific test methods）
该⽅法主要包括荷载试验、旁压试验、标准贯⼊试验、抽⽔和注⽔试验、⼗字板剪切试验、岩体应⼒测试等。
⼀、荷载试验
平板荷载试验测试指标：p—施加于承压板上的压⼒；
s—在相应压⼒下的沉降；
⼯程应⽤：1）确定地基⼟承载⼒
2) 计算变形模量
式中E0′—⼟的变形模量(MPa)；
v—⼟的泊松⽐，碎⽯⼟取0.25，砂⼟和粉⼟取0.30，粉质粘⼟取0.35，粘⼟取0.42；
P—p～s曲线上线性段的荷载(kPa)；
S—与荷载P相应的沉降量(mm)；
d—承压板直径(m)；
I0—承压板形状系数，圆形为0.785；⽅形为0.886。
螺旋板荷载试验⼯程应⽤：
(3)计算不排⽔抗剪强度
式中Cu—不排⽔抗剪强度(kPa)；
P1—p-s曲线上极限荷载的压⼒(kN)；
R—螺旋板半径(cm)；
k—系数，对软塑、流塑软粘⼟取8.0～9.5，
对其它⼟取9.0～11.5。
(4)固结系数：
⼆、静⼒触探试验三种探头的测试指标：
单桥探头：⽐贯⼊阻⼒(侧阻、端阻的综合) ps（MPa）
双桥探头：侧壁摩阻⼒fs（KPa）
锥尖贯⼊阻⼒qc （MPa）
摩阻⽐Rf=fs/qc%
孔压探头：初始孔隙⽔压⼒Ui（KPa）
真锥头阻⼒（经孔压修正）qt（MPa）
真侧壁摩阻⼒（经孔压修正）ft（KPa）
试验深度处静⽔压⼒U0 （KPa）
孔压消散过程时刻t的孔隙⽔压⼒Ut（KPa）
hunt-079
⼯程应⽤：（1）查明地基⼟在⽔平⽅向（孔数控制）和垂直⽅向（孔深控制）的变化，划分⼟层，确定⼟的类别；（2）确定建筑物地基⼟的承载⼒和变形模量，以及其它物理⼒学指标；
（3）选择桩基持⼒层，预估单桩承载⼒，判别桩基沉⼊的可能性；
（4）检查填⼟及其它⼈⼯加固地基的密实程度和均匀性，判别砂⼟的密度及其在地震作⽤下的液化可能性；
（5）湿陷性黄⼟地区⽤来查浸⽔湿陷事故的范围和界线。
三、动⼒触探试验
测试指标：（1）标准贯⼊试验
贯⼊器锤击⼊⼟中30cm的锤击数N，也称贯⼊阻抗或标贯击数。⼯程应⽤：确定地基承载⼒；
确定粘性⼟、砂⼟的抗剪强度和变形参数；
确定⼲砂⼟地基极限承载⼒；
确定抗剪强度指标；内摩擦⾓φ
确定粘性⼟、砂⼟的抗剪强度和变形参数；
确定桩的极限承载⼒；
确定砂⼟的密实度；
确定砂⼟的密实度；
评价饱和砂⼟、粉⼟的地震液化
测试指标;（2）圆锥动⼒触探；
轻型：贯⼊30cm锤击数N10
重型：贯⼊10cm锤击数N63.5
超重型：贯⼊10cm锤击数N120
⼯程应⽤：评价碎⽯⼟密度
确定地基⼟承载⼒
确定抗剪强度和变形模量
确定单桩承载⼒
四、⼗字板剪切试验
测试指标：不排⽔抗剪强度峰值Cu（KPa）和残余值Cu’（KPa）
⼯程应⽤：测求饱和粘性⼟的不排⽔抗剪强度和灵敏值
估算地基⼟承载⼒和单桩承载⼒
计算边坡稳定性
判断软粘性⼟的应⼒历史
五、旁压试验
测试指标：施加的压⼒P（KPa）和⼟的径向位移S（m）
⼯程应⽤：根据初始压⼒P0、临塑压⼒Pf、极限压⼒PL和旁压模量EM，结合地区经验可评定地基承载⼒和变形参数。
六、波速测试
测试指标：测定各类岩、⼟体的压缩波、剪切波或瑞利波的波速V；
⼯程应⽤：1．划分场地⼟类别
2. 计算地基⼟的动参数
3. 饱和砂⼟和粉⼟的判别
4. 场地卓越周期的近似计算
七、岩体变形特征指标的原位测试
承压板法—测试指标：施加的压⼒P，岩体的变形W
⼯程应⽤：了解岩体的变形特征
⼋、岩体强度试验
测试指标：剪切荷载峰值
⼯程应⽤：为⼯程(建筑物地基、地下洞室和岩质边坡)设计提供参数，并为研究岩⽯⼒学性质和破坏机理提供资料。九、岩体应⼒测试
测试指标：⽔压⾄裂法—破裂压⼒(pc1)
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