原位測試與室內(nèi)試驗指標的聯(lián)合應用

楊德韶

摘要： 原位測試與室內(nèi)試驗是獲取巖土工程設計參數(shù)的兩種主要手段。在巖土工程勘察和地基評價中，原位測試與室內(nèi)土工試驗總是相互補充、相輔相成的。本文針對原位測試與室內(nèi)試驗，分析了二者聯(lián)合應用的三個方面：原位測試與室內(nèi)試驗的相互校核；原位測試與室內(nèi)試驗的相互補充；原位測試對室內(nèi)試驗的工程反饋。同時本文指出了原位監(jiān)測對巖土勘察的重要作用：通過布置測點進行數(shù)據(jù)采集，為原位測試與室內(nèi)試驗提供施工信息。實際工程中應將原位測試，室內(nèi)試驗和原位監(jiān)測有機結(jié)合。

Abstract： In-situ test and indoor test are two main approaches to gain design parameters of geotechnical engineering. In geotechnical engineering investigation and foundation evaluation， in-situ test and indoor test are always complementary. This article analyzes the combined application of in-situ test and indoor test in three aspects： the mutual verification of in-situ test and indoor test， the mutual supplement of in-situ test and indoor test， the information feedback of in-situ test for indoor test. Meanwhile， this article points out the important influence of in-situ monitoring in geotechnical engineering investigation. Based on the data acquisition by arranging test point， in-situ monitoring can provide construction information for in-situ test and indoor test. We should integrate the above three methods in practical projects.

關(guān)鍵詞： 原位測試；室內(nèi)試驗；聯(lián)合應用；原位監(jiān)測

Key words： in-situ test；indoor test；combined application；in-situ monitoring

中圖分類號：TU411 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0184-02

0 引言

室內(nèi)土工試驗擁有明確清晰的試驗條件，它可以有效控制試驗時的邊界條件、排水條件、應力條件和應變速率等。但是室內(nèi)土工試驗需要取樣和制樣，而在這兩個過程中存在對土樣的擾動，室內(nèi)土工試驗結(jié)果因此會受到影響。同時，室內(nèi)土工試驗通常運用小尺寸試樣，而巖土工程涉及的都是較大區(qū)域，這可能使得小尺寸試樣缺乏代表性。

原位測試則不需要采樣，從而最大限度地減少對土樣的擾動。它所測定的土體體積大并且代表性好，對難以取樣的土層，仍能通過現(xiàn)場原位試驗評定巖土的工程性能。但是，原位測試也有其難以克服的局限性。首先，原位測試的應力條件復雜，使得在確定參數(shù)是將不得不采用一些簡化假設。另外，原位測試一般只能測定現(xiàn)場載荷條件下的巖土體參數(shù)，無法預測荷載變化過程中的發(fā)展趨勢。

原位測試結(jié)果與室內(nèi)試驗結(jié)果都反映了土的工程特性，因此二者存在一定的依存關(guān)系。它們各自的局限性可以通過聯(lián)合應用得到彌補，主要分為三個方面：原位測試與室內(nèi)試驗相互校核，原位測試與室內(nèi)試驗相互補充，原位測試對室內(nèi)試驗的工程反饋。

1 原位測試與室內(nèi)試驗的相互校核

作為巖土測試的兩種手段。原位測試與室內(nèi)試驗存在一定的依存關(guān)系。許多學者根據(jù)大量的統(tǒng)計資料，將原位測試數(shù)據(jù)與室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)建立了經(jīng)驗公式。根據(jù)這些關(guān)系式，可對原位試驗結(jié)果與室內(nèi)試驗結(jié)果進行相互校核。

1.1 靜力觸探試驗與變形參數(shù)的聯(lián)系

靜力觸探試驗中比貫入阻力與室內(nèi)壓縮模量、壓縮系數(shù)存在著明顯的定性關(guān)系，利用靜力觸探試驗可以事先估算土層的變形參數(shù)，然后進行校核。根據(jù)經(jīng)驗公式，黏性土的壓縮模量Es與錐尖阻力qc存在如下對應關(guān)系：

Es=αmqc（1）

我們可以事先運用靜力觸探試驗指標估算壓縮模量Es，然后與室內(nèi)試驗得出的指標對比，若在誤差范圍內(nèi)，則說明二者相互吻合。不過經(jīng)驗系數(shù)變化范圍較大，各地可以結(jié)合當?shù)赝翆臃植记闆r建立更為精確的經(jīng)驗關(guān)系。

比貫入阻力Ps與壓縮系數(shù)a呈負相關(guān)的關(guān)系，即當比貫入阻力越大，壓縮系數(shù)越小。

1.2 十字板剪切試驗與UU試驗的聯(lián)系

十字板剪切試驗與室內(nèi)不固結(jié)不排水剪切試驗都可以測量土的天然強度。十字板剪切試驗適用于原位測定飽和軟黏土的抗剪強度，所得的Cu值相當于在原位壓力固結(jié)下的不排水強度。而UU試驗得到的是在圍壓σ3作用下不排水強度。二者作為對同一指標測試的兩種不同手段可以相互校核。

UU試驗中，②和⑤1b層的Cu值與十字板剪切試驗得到的Cu相差較大。其中第②層為粉質(zhì)粘土，在淺基礎中常作為基礎底面的承載層，其土質(zhì)與第⑤相似，應力狀態(tài)狀態(tài)相差很大，所以其天然強度應小于⑤1b層十字板剪切強度。但是三軸UU試驗得到的第②層的Cu值十分接近第⑤1b層現(xiàn)場十字板剪切試驗強度，說明UU試驗的不固結(jié)不排水強度偏大，需要校正。三軸UU試驗得到的結(jié)果中，⑤1a和⑤1b的Cu值跳躍太大，增長幅度在一倍左右，需要進一步驗證它的準確性。

2 原位測試與室內(nèi)試驗的相互補充

原位測試與室內(nèi)試驗在測定土的工程性質(zhì)都顯得有些片面，二者往往需要相互補充才能完整地反映土的工程性質(zhì)。在一些只能得到綜合性指標的原位測試中（如標準貫入試驗和靜力觸探試驗），與室內(nèi)定量試驗的相互補充就顯得更為重要。

2.1 標準貫入試驗與顆粒分析試驗的互補

在評定場地液化條件中，一般根據(jù)標準貫入試驗的擊數(shù)判別，若N63.5

研究表明，粘性土由于有粘聚力c，即使孔隙水壓力等于全部固結(jié)應力，抗剪強度也不會全部喪失，因而不具備液化的內(nèi)在條件。粗顆粒砂土由于透水性好，孔隙水壓力易消散，在周期荷載作用下，孔隙水壓力亦不易積累增長，因而一般也不會產(chǎn)生液化。只有沒有粘聚力或粘聚力相當小、處于地下水位以下的粉細砂和粉土，滲透系數(shù)比較小，不足以在第二次荷載施加之前把孔隙水壓力全部消散掉，才具有積累孔隙水壓力并使強度喪失的內(nèi)部條件。因此，土的粒徑大小和級配是一個重要因素。試驗和實測資料都表明：粉細砂土和粉土比中粗砂土更容易液化；級配均勻的砂土比級配良好的砂土更容易發(fā)生液化。根據(jù)相關(guān)文獻，平均粒徑d50=0.05～0.09mm的粉細砂最易液化，可以認為在地震作用下發(fā)生液化的飽和土的平均粒徑d50一般小于2mm，粘粒含量一般低于10～15%，塑性指數(shù)Ip常在8以下。

顆粒分析試驗可以測定土中各種粒組的相對含量，從而確定土的顆粒級配，并以此進行工程分類。它可以測出對土層液化具有重要影響的試驗參數(shù)，如平均粒徑d50和級配組成，對標準貫入試驗是一個很好的補充。因此在實際工程中，可結(jié)合標準貫入試驗與顆粒分析試驗對場地的液化條件進行綜合判定。

2.2 靜力觸探試驗與室內(nèi)剪切試驗的互補

靜力觸探試驗可得到土層阻力隨深度變化的連續(xù)性曲線，對地基土體性質(zhì)有一個完整的反映，而室內(nèi)剪切試驗通過鉆孔取樣得到離散的土層試樣強度指標，其巖土工程參數(shù)具有代表性。靜力觸探試驗獲取的只是一些綜合性指標如錐尖阻力qc和側(cè)壁阻力fs等，并不能全面地反映土層性質(zhì)，而室內(nèi)剪切試驗可以測定土層的具體強度指標c、φ 值，二者能得到很好的相互補充。

實際工程中，我們可以先根據(jù)靜力觸探試驗進行土層劃分，并結(jié)合相關(guān)地層資料確定土的類別。然后通過鉆孔取樣，進行室內(nèi)剪切試驗確定土的強度指標。

3 原位測試對室內(nèi)試驗的工程反饋

實際工程中有時先依據(jù)室內(nèi)試驗進行設計，但由于巖土施工場地的復雜性，室內(nèi)試驗參數(shù)并不能很好地吻合現(xiàn)場土體條件。這是就需要通過現(xiàn)場原位測試進行工程反饋，修正室內(nèi)設計參數(shù)。

在軟土地基水泥土攪拌加固法中，需現(xiàn)在室內(nèi)進行配合比試驗，它的主要目的主要有以下三個：①確定加固各種軟土最合適的水泥品種；②加固某種軟土所用水泥的摻入量，水灰比和最佳的外摻劑；③水泥土強度增長的規(guī)律，推求齡期與強度的關(guān)系。試驗時按照擬定的計劃，根據(jù)配方分布稱量土、水泥、外摻劑和水，然后進行制樣和成模，養(yǎng)護達到規(guī)定的齡期后即可進行各種試驗。

室內(nèi)水泥土配合比試驗得到的配方需要現(xiàn)場成樁工藝的檢驗，尤其是水泥摻入量往往要根據(jù)現(xiàn)場原位測試結(jié)果進行適當調(diào)整。原位測試主要分為單樁與復合地基的現(xiàn)場載荷試驗，試驗時可采用荷重平臺、千斤頂分級加載，用百分表測量樁身沉降量。同時還需在現(xiàn)場制作的水泥土攪拌樁樁身的不同部位切取試塊，在相同齡期下比較室內(nèi)外試塊的強度。

4 結(jié)語

原位測試與室內(nèi)試驗的聯(lián)合應用能夠提高巖土勘察的精確度，本文就以下三個方面進行了探討：①原位測試與室內(nèi)試驗可以通過建立經(jīng)驗公式相互校核，修正試驗中錯誤的數(shù)據(jù)。②原位測試與室內(nèi)試驗各自的特點決定了它們可以相互補充，通過二者的搭配使用能更好地反映土層特性。③原位測試基于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對室內(nèi)試驗進行工程反饋，修正相應的設計參數(shù)。根據(jù)原位測試與室內(nèi)試驗各自無法克服的局限性，本文提出原位監(jiān)測對巖土工程勘察的重要影響。實際工程中，應將原位測試、室內(nèi)試驗和原位監(jiān)測有機結(jié)合，利用它們各自的優(yōu)點為工程服務。

參考文獻：

[1]袁聚云，徐超，賈敏才，邢晧楓.巖土體測試技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[2]高大釗，袁聚云.土質(zhì)學與土力學[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]陳祖煜.深基坑穩(wěn)定分析中的幾個問題[J].巖土工程學報， 2010.

[4]上海巖土勘察設計研究院.上海中心勘察報告[R].2008.

[5]龔曉南.地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.