岩土工程试验技术在工程勘察中运用

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摘要：随着岩土工程建设规模扩大化和结构的不断复杂化，促进了岩土工程试验技术的发展。波速测试技术是现场原位试验法中的重要组成部分，具有准确度高、成本低和操作简便的优势。在分析原位测试技术概况的基础上，总结了常见的波速测试技术，如单孔法和跨孔法；以某建设工程项目为例，分析了检测设备和震源设备的选择，进而对测试结果进行了综合分析，认为使用单孔法获取拟建区域岩土体参数，不仅操作简便，准确度高，而且试验过程对工程施工场地的岩土体影响不大，所获结果准确性高，成本低，故该技术值得推广使用。

关键词：岩土工程；试验技术；波速测试

技术岩土工程试验技术是岩土工程勘察中的主要组成部分，是获取岩土体物理力学参数的主要途径，在现代化建筑、桥梁、道路工程中的应用极为广泛[1]。岩土工程试验技术根据测试环境可分为室内试验法和现场试验法，前者主要指的是土工试验技术，而后者则指的是原位测试技术[2]。原位测试技术能够较精准地获取拟建区域岩土体的物理力学参数，为拟建项目设计编制提供了可靠的数据。本文以原位测试为研究对象，分析其在岩土工程勘察中的应用。

1原位测试技术概况

原位测试技术是施工现场快速获取岩土体参数的主要方法，可分为半定量和定量两种方法。其中，定量方法指的是在已经成形的岩土体上进行的原位测试，如土体渗透试验、静止状态的承载试验等[3]；半定量方法指的是在缺乏试验能力或者环境的条件下进行的试验，如深入样品试验、触碰试验等。因此，现场原位测试技术类型是多样的，因此，选择技术方法应结合工程结构形式、拟建区域岩土体基本情况等选择合理的测试技术[4]。波速测试技术是原位测试技术的一种，在岩土工程勘察中应用极为广泛。常见的波速测试技术包括钻孔法和表面波测试法两种类型，前者又可分为单孔法和跨孔法。

（1）单孔法。单孔法是岩土工程勘察中最为常用的一种原位测试技术，该方法的应用示意见图1。单孔法测试方法主要包括地面的激振过程和钻孔中的振动信号接收过程。在岩土工程波速测试过程中，可以通过安装激发器装置对岩土体的剪切波进行测试，生成相应的SH波信号和SV波信号，再通过接收器中的三分量检波器装置接收信号。单孔法在岩土工程勘察中应用极为广泛，主要原因在于：①操作简单，便于现场操作；②准确性高，该方法的检测结果准确度高；③成本低，该方法成本较低，显著地降低了测试成本。

（2）跨孔法。跨孔法在岩土工程勘察中的应用较广泛，尤其是在大型建筑、道路、桥梁工程中。跨孔法一般由三个孔组成，且三个孔需呈直线状排列，在第一个孔中装置震源激发器装置，其余两个孔接收剪切波信号（图2）。该方法中波速的计算就是通过波的传播距离与传播时间分析。此外，跨孔法对使用条件较为苛刻，一般多用于地面较为平坦、岩土体分布较为均匀的施工场地；同时，该方法具有测试深度大，尤其是在软弱夹层剪切波测试中的应用效果更为明显[5]。跨孔法的操作较单孔法的操作复杂，且对施工场地的要求更高，使用成本较高，故小型施工场地一般不用该方法。

（3）表面波测试法。表面波测试法也称为瑞雷波测试技术，该方法主要针对瑞雷波而得名。在实际岩土工程勘察中采用跨孔法进行岩土体参数获取时，无需进行钻孔就可以实现层状介质弹性波的测试，具有测试准确度高和快速的特征，并根据振动激发方式可将该方法分为稳定振动法和瞬态振动法两种类型。

2工程概况

某建筑场地园区分为4个建设区块，工程设计单柱最大载荷为200kN，建筑结构为框架结构。拟建区域地形较平缓，以耕地为主。施工区域地下水埋深较浅，以孔隙潜水为主，地下水资源较为丰富，岩层以弱透水层为主。同时，通过检测发现，地下水对混凝土钢筋结构为弱腐蚀。为推进该工程建设进程，需要对拟建区域内的岩土体进行土工测试分析。

3岩土工程测试技术应用

3.1测试方法

选择拟建工程在规模上属于小型建筑，且要求施工周期较短。同时，拟建区域岩土体结构较为复杂，不适合跨孔法检测。因此，考虑到检测成本以及检测周期，本文选择波速检测方法中的单孔法。

3.2震源设备及测试设备

根据拟建工程基本特征，本次选择震源设备为CE-9201工程地震检测仪。在使用单孔法进行检测时，将2m×0.3m×0.05m的激振板置于孔口1m处位置，同时在木板上放置重物，并使用大锤对木板两侧进行敲击夯实处理，使得岩土体产生剪切波。在拟建工程岩土体参数检测过程中所使用的测试设备主要为孔内的三分量检波器和地震仪。其中，孔内三分量检波器是由X、Y和Z三个方向的检波器组成，并将其密封在容器中，其中横波主要通过水平方向的检波器接收信号，纵波主要通过垂直方向上的检波器进行接收。测试过程中三分量检波器的位置处于孔深的10.0~14.0m处，不同测试点的距离控制在0.5~1.0m处，为了确保检测结果的准确性，对不同测试点进行了重复观测。

3.3数据处理

在岩土体剪切波测试过程中，采用重复观测的方式确定其准确度，故在测试过程中对木板进行正反敲击，此时，两次敲击所产生的剪切波的波形相位之间的差为180°，能够更加精准地获取不同界面点剪切波到达的时间，进而计算出不同岩土体层之间的波速值[6]。

3.4测试结果分析

按照岩土工程勘察规范要求，本项目对拟建区域的岩土体进行了波速检测，波速测试孔维23个，所获土层等效剪切波速统计见表1。

3.5测试结果

由表1可知：本次对23个孔进行了岩土体剪切波波速测试，其等效剪切波速介于253~335m/s之间，其等效剪切波速平均值为289.4m/s。根据GB50011－2001《建筑抗震设计规范》中的要求可知，该建设场地属于中硬场地，为Ⅱ类建筑场地，故在施工场地内一般不会出现液化或者震陷问题。总体上，施工场地的岩土工程条件良好，能够满足该建设项目的基本要求。

4结束语

综上所述，本文主要针对岩土工程勘察中的土工试验技术进行了总结，重点讲述了现场试验法中的原位测试技术，并以波速测试方法中的单孔法为例，通过实例分析的方法对该方法的应用进行了简要的论述。根据本次测试结果表明，使用单孔法获取拟建区域岩土体参数，不仅操作简便，准确度高，而且试验过程对工程施工场地的岩土体影响不大，所获结果准确性高，成本低，故该技术值得推广使用。

作者：张倩清 单位：安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院