巖土試驗

巖體的原位試驗包括變形試驗、強度試驗和地應力測試3個方面。在變形試驗中,有測定巖體各種模量的承壓板法和液壓枕法，以及測定隧洞圍巖抗力系數(shù)的經(jīng)向液壓枕法和水壓法。強度試驗主要為巖體的直剪和抗壓試驗?？箟涸囼灣Ｅc承壓板法變形試驗結(jié)合進行。原位三軸試驗也在探索研究中。地應力測試可在鉆孔（孔底、孔壁和孔徑）中或巖體、地下洞室圍巖表面上進行，直接測得巖體的應變，再用巖體變形參數(shù)計算地應力。

土體的原位試驗主要包括以下項目：①載荷試驗，是在試坑或鉆孔中模擬天然地基條件施加垂直荷載，觀測沉降與荷載的關系。根據(jù)荷載與沉降關系曲線確定地基土體的承載力和計算變形模量。②旁壓試驗，是將旁壓器安置在鉆孔中，通入高壓水使旁壓器向孔壁施加水平壓力，孔壁土體發(fā)生變形，測量壓力與孔壁土體的變形，繪出壓力-變形曲線,并據(jù)以求得地基承載力。③十字板剪切試驗,是將十字板頭（由4塊矩形鋼板呈十字形焊接在軸桿上）壓入鉆孔中，等速轉(zhuǎn)動軸桿帶動十字板頭，根據(jù)對所施加的純扭矩與土體對十字板頭的阻抗力矩相平衡的原理，計算土體的抗剪強度。此種試驗僅適用于飽水的粘性土。④觸探，是將一定形狀的特制探頭壓入或用重錘擊入鉆孔孔底，根據(jù)土體對探頭貫入的阻抗力，求得土體的某些工程地質(zhì)參數(shù)。用靜力將錐形探頭壓入土體中的為靜力觸探，由試驗可直接測得貫入阻力以及錐頭阻力和側(cè)壁摩擦力。利用它們可以對土體分層，確定土體的承載力，或者通過經(jīng)驗關系或估算粘性土體的壓縮變形指標、飽水粘性土體的抗剪強度以及砂土的密實度等。用一定質(zhì)量的重錘將錐形探頭擊入土體中的為動力觸探。動力觸探以一定落矩將探頭擊入土體中一定深度所需要的錘擊數(shù)為主要指標。標準貫入試驗實質(zhì)上是一種管狀探頭（常稱為標準貫入器）的動力觸探。根據(jù)不同類型動力觸探的錘擊數(shù)，可以確定不同類型土體的地基承載力，或者通過經(jīng)驗關系，估算粘性土和砂土的抗剪強度，以及粘性土的壓縮變形指標，判斷粘性土的稠度狀態(tài)以及砂土的密實度和振動液化的可能性。

在工程實踐中，關于試驗的類型、項目、條件和方法的選定，取決于擬建建筑物的類型和規(guī)模，巖、土體的工程地質(zhì)類型，以及建筑物建成后巖、土體實際的存在條件。2100433B

一般在實驗室內(nèi)進行，主要測定：①表征巖、土結(jié)構(gòu)和成分的指標。如巖石的密度、吸水率和飽和吸水率等；土的粒度級配、天然含水率、密度、液限和塑限、脹縮性指標、崩解性指標、毛管水上升高度等。②滲透性指標。③變形性能和強度指標。變形指標，如巖石的各種模量以及土的壓縮系數(shù)和變形模量；強度指標，如巖石的單軸抗壓強度和抗拉強度以及巖、土的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力。測定巖、土內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力的剪切試驗，分為直剪試驗和三軸剪切試驗。前者是試樣在不同的壓應力作用下直接施加剪應力，并使之沿預定的面發(fā)生剪切變形直至破壞。后者是在不同的圍壓（中間主應力和小主應力）下測量試樣破壞時的軸向應力（大主應力）。三軸試驗又有等圍壓和不等圍壓的、靜力的和動力的幾種方法。

在室內(nèi)巖土試驗室使用的，用來對土和巖石的力學性質(zhì)進行檢測的儀器就叫巖土試驗儀器。室內(nèi)巖土試驗儀器因為科技含量較高，通常用于科研的研究性儀器都是進口的。

英國GDS高級土工儀器

國內(nèi)使用最多土工儀器是英國GDS，國內(nèi)逾百家著名高校和科研院所在使用GDS，是科研級土工儀器第一品牌。

種類包括：三軸儀、靜三軸儀（應變控制式三軸儀、全自動三軸儀）、動三軸儀、真三軸儀、可燃冰三軸儀、非飽和土三軸儀、大型三軸儀、固結(jié)儀、空心圓柱扭剪儀、共振柱、動單剪儀、直剪儀、巖土試驗軟件等。

Geo-experts應力相關的土水特征曲線壓力板儀及雙壓力室土水特征曲線三軸儀等也是使用較好的土工儀器。

巖石實驗儀器

國內(nèi)口碑較好的巖石試驗儀器有法國TOP INDUSTRIE巖石三軸流變儀、瑞士W B高剛度巖石三軸試驗機、英國Broadbent巖土離心機等。2100433B

按照國家標準《土工試驗方法標準》（GB/T50123-1999）規(guī)定，土工試驗主要方法包括：

（1）烘干法：測含水量

（2）環(huán)刀法、灌砂法：測密度

（3）比重瓶法：測土粒比重

（4）平衡錐式液限儀法、液塑限聯(lián)合測定儀法：測界限含水量

（5）擊實試驗：測最佳含水量

（6）滲透試驗：測滲透系數(shù)

（7）直接剪切試驗：測剪切強度

（8）三軸試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗：測土樣力學強度

（9）固結(jié)試驗：測土體固結(jié)性能

巖石的力學性質(zhì)研究主要包括兩方面，分別是巖石強度及巖石變形性質(zhì)研究。

1、巖石的強度：巖石抵抗外力作用的能力，巖石破壞時能夠承受的最大應力。實驗內(nèi)容包括四方面，如下：

a.單向抗壓強度

b.單向抗拉強度

c.剪切強度

d.三軸抗壓強度

具體定義為：

（1）巖石單軸抗壓強度的測定

巖石在單軸壓縮荷載作用下達到破壞前所能承受的最大壓應力稱為巖石的單軸抗壓強度(Uniaxial compressive strength)，或稱為非限制性抗壓強度(unconfined compressive strength)。計算公式σc=P/A

（2）巖石單軸抗拉強度的測定

巖石在單軸拉伸荷載作用下達到破壞時所能承受的最大拉應力稱為巖石的單軸抗拉強度(Tensile strength) 。試件在拉伸荷載作用下的破壞通常是沿其橫截面的斷裂破壞，巖石的拉伸破壞試驗分直接試驗和間接試驗兩類。

（3）巖石凝聚力及內(nèi)摩擦角的測定（抗剪強度試驗）

巖石在剪切荷載作用下達到破壞前所能承受的最大剪應力稱為巖石的抗剪切強度（Shear strength）。

剪切強度試驗分為非限制性剪切強度試驗（Unconfined shear strength test）和限制性剪切強度試驗（Confined shear strength test）二類。

非限制性剪切試驗在剪切面上只有剪應力存在，沒有正應力存在；限制性剪切試驗在剪切面上除了存在剪應力外，還存在正應力。

（4）三軸抗壓強度試驗

巖石在三向壓縮荷載作用下，達到破壞時所能承受的最大壓應力稱為巖石的三軸抗壓強度(Triaxial compressive strength)。

與單軸壓縮試驗相比，試件除受軸向壓力外，還受側(cè)向壓力。側(cè)向壓力限制試件的橫向變形，因而三軸試驗是限制性抗壓強度(confined compressive strength)試驗。

2、巖石的變形：巖石在外力作用下發(fā)生形態(tài)（形狀、體積）變化。實驗內(nèi)容包括四方面，如下：

a.單向壓縮變形

b.反復加載變形

c.三軸壓縮變形

d.剪切變形

巖石在荷載作用下，首先發(fā)生的物理力學現(xiàn)象是變形。隨著荷載的不斷增加，或在恒定載荷作用下，隨時間的增長，巖石變形逐漸增大，最終導致巖石破壞。

巖石變形過程中表現(xiàn)出彈性、塑性、粘性、脆性和延性等性質(zhì)。