土体原位测试技术新进展

为适 应 国 内外 岩土 工程 快 速 发展 的需 要 ，本 文 就土 的原 位试 验 方法 ，包 括原 位 测 试技 术 的新 进展 、新 方法 、机 理 研 究方 面 ，就 作者 的一点 认识 进 行 讨论 ，以促进 我 国土体 原位 试验 方法 的 研究 和应 用 的发展 。
二 、常 规土 工试 验方 法
岩土工程测试技术的综合研究和开发 ，特别是多功能探 头的应用和发展 ， 目前原位测试技术的一个重要特点之一。 是
在 国外 已研制 出 旁压 静 力触 探仪 、 微 型旁 压仪 （ ｍ— Ｍｉ Ｐ ｅ ｓ ｒｍ ｅｅ ）等 。徐 光 黎等 针对 国 内的勘 察技 术 ，研制 ｒ ｓｕ ｅ ｔｒ 了 自钻 式 原 位 剪 切 旁 压 仪 （ ｅ — ｏｉ ｇ Ｉ—ｉ ｈ ａ Ｓ ｌ ｂ ｒ ｎ ｓｔ Ｓ ｅ ｒ ｆ ｎ ｕ Ｐ ｅ ｓ ｒｍ ｅｅ ， Ｓ Ｓ ）（ ｉ 。经过 试 验和 分析 对 比发 ｒ ｓｕ ｅ ｔｒ ＢＩＰ 图 ） 现 ，Ｓ Ｉ Ｐ具 有 ： 自钻 式成 孔技 术 ，可极 大 地减 少 土 的扰动 ＢＳ
三 、原位 测试 新 方法
１６ ａ ．ＭＰ ，适 用于 各 类细 粒土 。 为满 足长 大、深埋隧 道结构 设计 的需要 ， 旁压仪 的开 发 在 利 用上 ，国内外 均越 来越 注重 适应 软岩 、硬 岩应 力 一 特性 应变 测试 的高 压、超高压 。 日本与美 国联 合开发 了超 高压旁 压仪 已 在 深度大于 ｌ ｍ、 力超过 Ｉ Ｏ ａ岩体取 得 了成功 的试验 。 ｋ 压 Ｏ ＭＰ
式 （ Ａ ）和英 国 的剑桥 式 （ ａ ｏ ｔｒ 。我 国在 ６ ＰＦ Ｃ ｍｋ ｍｅｅ ） ０年 代 初期 ， 由建 研 院地 基 所首 先研 制 了旁 压 仪 。它 在形 式 上与
梅 纳 的旁压 仪大 致 相 同 。 地基 所 工作 的基 础 上 ， ０年代 五 在 ７ 机 部勘 察公 司又 研 制并 生产 了 Ｗ Ｋ －Ｉ型和 Ｐ ３ Ｐ Ｔ —２型 旁压
一
图 １ 自钻式 原位 剪 切旁 压试 验 装置 图 扁铲 侧胀 试验 （ ＤＭＴ 由意 大利 Ｓｌａ ｏＭａ ｃ ｅｔ首 ） ｉ ｎ ｒｈ ｔ ｖ ｉ
【 ３ 】马淑 芝 ，汤艳春 ，盂 高头 ，高金 川 ． 压静 力触探 测试机 理 孔
先提 出 。通过 孔壁侧 向扩 张 ，根据 压 力与 变 形关 系 ，测 定 土 的模量 和 水平 应力 指数 等指 标 。 原位 应 力铲 （ｏ ａ ｒｓ ｕ ｅ Ｔ ｔｌ ｅｓ ｒ Ｐ Ｃｅ ）也是 ＤＭＴ的一种 ，最早 由瑞 典 Ｍａ ｓ ｒ ｃ ｌ １ ｓ ａ ｓ ｈ于 １ ７ ９５ 年 研制 使 用 。 道 部第 四勘 测设 计 院于 １ ８ 铁 ９ ４年 从 日本 Ｏ Ｏ Ｙ 公 司 在 国 内率 先 引进 了两种 规格 的应 力铲 。并通 过 改进 发 展 了原 位应 力铲 测 试技 术 。应 力 铲试 验 成果 可 应 用在 ：土 的 水 平总 应力 、 土 的静 止侧 压 力系 数 、饱 和细 粒 土 的水 平 固结 系 数 等 方 面 。 目前 ，该 方法 已 经 成 为 美 国 ＡＳ Ｍ 和 欧 共 体 Ｔ （ 第 ９ 页 ）修船 时 ，在尾 轴 封装 置 的尾 部 附装上 防鱼 上接 ９ 网装置 ，一般 能 防止较 粗 的绳 索缠 入 （ 图 ２所示 ） 如 。
数 的可 能性 上 具有 明显 的 优势 。
三
水 压计
斤顶
（ ）自钻 式原位 剪 切旁 压测 试新 技 术 ， 用多 级 加载 方 ３ 利
目 一
式 ，可 同时 系统 地获 取 土 的抗 剪 强度 、变 形模 量 、 静止 土 压 力 和剪 切 反力 系 数 等多 个参 数 ，对 系 统获 取土 体 参 数特 别 有
利 ，值 得大 力推 广 。
—
—
＝
参 考 文献 【 １ 宗泽 等． 原理 【 ． 中 国水利 水 电 出版 社 ，２０ ． 】殷 土工 Ｍ】 ０７
【 ２ 】孟 高 头． 土体 原位 测 试机 理 、方 法及 其 工程 应 用【 ． 北 ＭＩ
京 ：地 质 出版社 ，１ ９ ９７
匪
仪。 ０年代初由常州市建筑设计院和溧阳县仪器厂联合研制 ８
成 Ｐ — ｌ Ｐ 一２型旁 压仪 。 Ｙ 、Ｙ 该仪 器 的旁 压器 为 水压 三腔 式 ， 测 量腔 长 ２ ０ ５ ｍｍ ， 下辅 腔均 为 １ ５ 上、 ２ ｍｍ ， 最大 压 力 １４ ．～
法 存在 的不 足外 ，更注 重测 试 理论 机 理分 析 ， 以及新 测 试技 术 的 研制 和数 据解 析 。
关键词：孔隙水压力静力触探 ；自钻式原位剪切旁压仪；扁铲侧胀试验
中 图分 类号 ：Ｔ４ ３ Ｕ １
引言
文献标 识码 ：Ａ
文 章编 号 ：１０ — ９３ （０ ）０— １０ ０ ０ ６７ ７ ２ １ １ ６０ Ｏ— ３
一
、
结 度 的消 散 时间 ； ｒ为 探头 半径 。 ｏ
钻 孔 剪切 试 验提 出后 ，立 即受 到岩 土界 的重视 。研 究者
静力触探技术是一种公认的快速、经济和有效的原位测
试 技术 ，常 被 用于 软土 工程 地质 勘 察 。２ ０世 纪 ７ ０年代 末 ，
研制成功了孔隙水压力静力触探 （ Ｔ ，在获得锥尖阻力 ＣＰ Ｕ） 和侧壁摩阻力的同时，能获得超静孔隙水压力的消散过程 。
在 用于 地 层划 分 、不 排水 抗 剪强 度 、承 载 力 的确 定方 面 ，取 得 了不 少成 功 的例 子 。有 人 正在 探索 用于 土层 固结系 数 、渗 透 系数 的估 算 ，如确 定 固结 系数 的公 式 为 ，
及若 干新 进 展 。通过 对 现有 测试 技术 讨 论认 为 ，在 众多 原位 试 验方 法 当 中，孔 隙水 压力 静 力触 探 、孔 内直 剪试 验和
扁铲侧胀试验最值得关注。特别是 ，自钻式原位剪切旁压仪具有对土的扰动小 ，可系统地获取土的抗剪强度、变形
模 量 和静 止 土压 力等 多个 参数 的优点 ，是 今后 值得 大 力推 广 的原位 试 验新 方法 。
第６ 期
陈志 辉 ：土 体原 位测 试技 术 新进 展
１１ ０
程度 ； 测定器采 用高强度钢板 ， 使孔壁的应力分布更为均匀 ，
更接 近轴 对 称分 布假 定 ；多级 加 载方 式 ，可 同 时系 统地 获 取 土 的抗剪 强 度 、变 形模 量 、静 止 土压 力 和剪 切 反力 系 数等 参 数 ，摈 弃 了传 统试 验 单一 性 的局 限 ，一机 多用 等优 点 。特 别 是 ，相对 传统 的 旁压 试验 方法 ， Ｂ Ｓ 在 同一 深 度能 获得 多 Ｓ ＩＰ 个变 形模 量 值 ，可进 行参 数 的离 散性 分析 。Ｓ Ｉ Ｐ能 较高 精 ＢＳ 度地 同时获 取 土 的抗 剪强 度 、变 形模 量 、 静止 土压 力 和剪 切 反力 系数 等 参数 ，摈 弃 了传 统试 验单 一性 的局 限 。
的扰 动 ，试样 的尺寸 也 较大 ，其 测 试 结果 能 更加 真是 的反应 土 体 的强度 特性 。
许 多学 者都 在探 索 研制 、 开 发室 内 的或原 位 的 土工 试验
方法 。
在 室 内试 验方 法 中，代表 的方法 有直剪 试验 、无侧 限抗 压 强度试 验和 三轴压 缩试验 等 。 内试 验能 很好地 控制试 验 的排 室 水 条件 、 变和 应力条 件 ， 应 试验 本身精 度高 、再现性 强 。 但是 ， 试样 体 积小 ，脱 离赋存 的地质 环境 ， 力释放 ，原始结 构在 不 应 同程度 地被破坏 ，而且试验 条件 与实 际问题 的边界条 件相 异 ， 所 以室 内试验得 出的结果有 不能 完全反 映实 际问题之 处 。 在 原位 试验方法中 ， 表性的有标准贯入试验、十字板剪切 代 试验 、静力触探试验、旁压试验和平板载荷试验等。它们无需采 样， 能够在原始应力环境中 ， 直接测定土的变形或抗剪强度指标 。 但是 由于难 以控制土中的排水条件 ，应力、应变分布 不均 ，边界 条件含 糊等 不确定 原因，给成果 的解析造成很大 的困难 。 可 见 ，室 内和原 位试 验 各 有优 缺 点 ，起着 相 辅相 成 的作
们 对这 一 新 型试 验方 法 进行 了多方 面 的研 究 ， 目前 ，钻 孔剪 切 试验 作 为原 位 确定 土 的抗 剪 强度 的 方法 已在 美 国得 到 广 泛 的应 用 。有 资料 表 明 ，钻孔 剪切 试 验 的结 果 非常 接近 于 固结 不 排水 剪 切参 数 。钻 孔 剪切 试验 可在 较 大 程 度上 避免 对 土体
第 １ 卷 第 ６ １ 期
２１ ０ １年
中 国
水
运
Ｖ Βιβλιοθήκη Baidu１ ｏ．１
Ｊｕ ｅ ｎ
Ｎ ６ ｏ． ２ ０１１
６月
土体原位测试技术新进展
陈 志辉
（ 中铁 第 四勘 察设 计 院集 团有 限公 司，湖 北 武汉 ４０ ７ ） ３ ０５
摘
要：文中在论述常规土工试验方法的基础上，从原位测试方法、测试仪器方面讨论 了原位测试技术 的研究现状
接 钻机
Ｅ ｒｃｄ ｕ ｏ ｏ ｅ的标 准试 验 方法 ，我 国于 ２ ０ ０ ２年 也 纳入 到 了岩 土工 程勘 察规 范 当 中 ，成为 国标 试验 方 法之 一 。
四 、结 语 （ ） 般 的现 有试 验 方法 ，测 试项 目较 单一 ，只能 测 出 １ 一
土 的力 学参 数 中 的某 一个 参 数 ，不 能 系统 地评 价 土 的力 学参 数 ，存 在 变形 参 数与 抗剪 强 度参 数 的 测试 精度 差 异 问题 。故 有必 要 大力 发展 综合 的原位 测试 新 方法 。 （） ２ 在原 位试 验 方法 当 中 ， 提倡 进 一步 加强 对 孔 隙水压 力静 力 触探 、孔 内直 剪试 验 和 扁铲 侧胀 试 验 方法 进行 深 入 的 研 究和 应 用 ，它 们在 经济 性 、快 捷 性 ，或 者获 得 多个 力 学参
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（） １
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式 中 ： 。 ５ ％固结 度对 应 的 时问 因数 ；ｔ 为 ５ ％ 固 为 ０ ｓ ｏ ０
收 稿 日期 ：２ Ｉ － ４０ ０ ｉ０ — ６
作者简介：陈志辉 （９ ３ ） １ ６ 一 ，中铁第四勘察设计院集团有限公司，从事铁路岩土工程工作 。
５ ，（ ：４ ５ ４ １ ０ ２） ０ — １ ． 【】 ｏＬＦ， ｅＣ Ｉ Ｃｈ ｎ Ｆ Ｕｎ ｒｉｅ ａ ｉ ｘ ａ ｓ ｎｉ ６ Ｃａ Ｔｈ ， ａ ｇＭ ｄａｎ ｄｃｖｔ ｅｐ ｎｉ ｙ ｏ ｎ ｍｏ ｉｅ ｍ Ｃｌ ：Ｔ ｅ ｒｔ ａ ａ ａｙｉ １ Ｇｅ ｔｃ ｄｆ ｄ Ｃａ ｉ ａ Ｉ ｈ ｏｅｉ ｌ ｎｌｓ Ｕ ． ｙ ｃ ｓ ｏｅｈ
方 法及 工程应 用ｆ ．武汉 ：中国地质 大 学出版社 ，２０． Ｍ１ ０７
【 ４ ］徐 光黎 ，张晓伦 ，王春 艳． 自 式 原位 剪切 旁压 仪 的开 发 钻 及其 应 用 ［ｌ 岩土 工程 学报 ，２ １ ，３ ，（ ） ５— ５ ． １ １ ０ ０ ２ ６ ：９０ ９５
［ ５ 文 山．原位 应 力铲 应 用研 究卟 铁 道 工程 学报 ， １９ ， 】杜 ９６
用 。 目前 ，在 国 内外 ，除 了探 索 改进 这些 比较 成 熟 的试 验 方
自１５ ９ ７年 梅 纳研 制 出第一 代 旁压仪 之 后 ，欧洲 、北美 、 日本都 相 继研 制 出 了与梅 纳 旁压 仪相 似 的 用于 钻 孔 内测 求 土 力 学性 质 的原 位 测试 设备 。早期 的旁压 仪 均为 预 先钻 孔 ，这 样 就不 可避 免 使 孔壁 土 受到 不 同程 度 的干 扰 ，并 且一 定程 度 地 限制 了测 试深 度 。为 了克 服这 些 缺 陷 ，法 国的 Ｊ ｚｑ ｌ ６６ ｕｅ、 Ｂ ｇ ６ｉ 和 英 国的 Ｗｒ ｔ 、Ｈｕ ｈ ｓ等 人从 １ ６ ａｕ１ ｎ ｏｈ ｇｅ ９ ６年 开 始 先 后研 制 了不 同形式 的 自钻 式旁 压仪 ，其代 表 是 法 国 的道桥