任务1.4　岩土工程室内试验、原位测试

1.4.1　岩土工程室内试验的项目内容

1.土的室内试验项目内容

砂土：颗粒级配、相对密度、天然含水率、天然密度、最大和最小密度。（无法取得Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级土试样时，可只进行颗粒级配试验）

粉土：天然含水率、天然密度、饱和度、孔隙比、液限、塑限、相对密度、有机质含量、黏粒含量。

黏性土：孔隙比、天然密度、饱和度、液限、塑限、相对密度、天然含水率、和有机质含量。

目测鉴定不含有机质时，可不进行有机质含量试验。

测定液限时，应根据分类评价要求，选用《土工试验方法标准》（GB/T　50123—1999）规定的方法，并应在试验报告上注明。有经验的地区，相对密度可根据经验确定。

当需进行渗流分析，基坑降水设计等要求提供土的透水性参数时，可进行渗透试验。常水头试验适用于砂土和碎石土；变水头试验适用于粉土和黏性土；透水性很低的软土可通过固结试验测定固结系数、体积压缩系数，计算渗透系数。土的渗透系数取值应与野外抽水试验或注水试验的成果比较后确定。

当需对土方回填或填筑工程进行质量控制时，应进行击实试验，测定土的干密度与含水率关系，确定最大干密度和最优含水率。

2.岩石的室内实验项目内容

岩石的成分和物理性质试验可根据工程需要选定下列项目。

（1）岩矿鉴定。

（2）颗粒密度和块体密度试验。

（3）吸水率和饱和吸水率试验。

（4）耐崩解性试验。

（5）膨胀试验。

（6）冻融试验。

单轴抗压强度试验应分别测定干燥和饱和状态下的强度，并提供极限抗压强度和软化系数。岩石的弹性模量和泊松比，可根据单轴压缩变形试验测定。对各向异性明显的岩石应分别测定平行和垂直层理面的强度

岩石三轴压缩试验宜根据其应力状态选用四种围压，并提供不同围压下的主应力差与轴向应变关系、抗剪强度包络线和强度参数C、值。

岩石直接剪切试验可测定岩石以及节理面、滑动面、断层面或岩层层面等不连续面上的抗剪强度，并提供C、值和各法向应力下的剪应力与位移曲线。

岩石抗拉强度试验可在试件直径方向上，施加一对线性荷载，使试件沿直径方向破坏，间接测定岩石的抗拉强度。

当间接确定岩石的强度和模量时，可进行点荷载试验和声波速度测试。

1.4.2　原位测试的试验项目内容

1.土体力学性质试验

常见的土体力学原位测试方法有静力载荷试验、静力触探试验、动力触探试验、十字板剪切试验、旁压实验。

（1）静荷载试验。保持地基土天然状态下，在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载，观察每级荷载下地基土的变形特征。测试反映了承压板下1.5～2.0倍承压板宽的深度内土层应力－应变－时间关系的综合形状。

静荷载试验的优点是对地基土不产生扰动；利用其成果确定的地基承载力最可靠，可直接用于工程设计；其成果预估建筑物的沉降量效果也很好。不足之处是费用较高，耗时长。

静荷载试验适用于所有类型地基土层；试验成果用于确定地基土承载力和变形模量。

（2）静力触探试验。把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。

静力触探试验优点是兼有勘探与测试双重作用；测试数据精度高，再现性好，且测试快速、连续、效率高、功能多；采用电子技术，便于实现测试过程自动化。

静力触探试验适用于黏性土、粉土、砂土，不适用于碎石土和岩石。其试验成果科应用于划分土层和土的类别；测定砂土的相对密实度和内摩擦角；测定黏性土的不排水抗剪强度；测定土的压缩模量、变形模量；确定地基承载力和单桩承载力；判别砂土液化；检验地基加固处理质量。

（3）动力触探试验。利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入土中一定深度的锤击数（或以能量表示）来判定土的性质，并对土进行粗略的力学分层的一种原位测试方法。

动力触探技术在国内外应用极为广泛，是一种主要的土的原位测试技术，这是和它所具有的独特优点分不开的。其优点是：设备简单且坚固耐用；操作及测试方法容易；适应性广；快速、经济，能连续测试土层；有些动力触探测试（如标准贯入），可同时取样观察描述。

虽然动力触探试验方法很多，但可以归为两大类，即圆锥动力触探试验和标准贯入试验。前者根据所用穿心锤的重量将其分为轻型、重型及超重型动力触探试验。后者是动力触探测试方法的一种，其设备规格和测试程序在世界上已趋于统一，它和圆锥动力触探测试的区别，主要是探头不同。标贯探头是空心圆柱形，常称的标准贯入器。在测试方法上也不同，标贯是间断贯入，每次测试只能按要求贯入0.45m，只计贯入0.30m的锤击数N，称标贯击数N。一般将圆锥动力触探试验简称为动力触探或功探，将标准贯入试验简称为标贯。

动力触探试验适用于填土、砂土、粉土、黏性土、碎石土、各类强—全风化的岩石及软质岩石。其试验成果应用于划分土类和土层剖面；确定砂土密实度和液化势；确定地基持力层及承载力；检测地基加固与改良质量。

（4）十字板剪切。十字板剪切试验是将插入软黏土中的十字板头，以一定的速率旋转，在土层中形成圆柱形破坏面，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪强度。

十字板剪切试验开始于1928年。1954年我国南京水利科学研究所引进了这种测试技术并在软土地区得到了广泛应用，主要用其测定饱水软黏土的不排水抗剪强度十字板剪切试验具有下列明显优点：①不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的黏性土，可以在现场对基本上处于天然应力状态下的土层进行扭剪，所求软土抗剪强度指标比其他方法都可靠；②野外测试设备轻便，操作容易；③测试速度较快，效率高，成果整理简单。

长期以来，野外十字板剪切试验被认为是一种有效的、可靠的土的原位测试方法，国内外应用很广。必须注意的是，此法对较硬的黏性土和含有砾石、杂物的土不宜采用；否则会损伤十字板。

（5）旁压试验。旁压试验又称横压试验。是在钻孔中放入一个可扩张的圆筒形旁压器，通过地面控制装置，使旁压器对钻孔壁施加横向均匀压力，孔壁土体产生变形，直至破坏，通过量测施加的压力和土变形之间的关系，即可得到地基土在水平方向上的应力－应变关系，这实质上是在钻孔中进行横向荷载试验。

根据将旁压器设置于土中的方法，可以将旁压仪分为预钻式旁压仪、自钻式旁压仪和压入式旁压仪。其中，预钻式旁压仪需有钻机掘进竖向钻孔，自钻式旁压仪利用自转的方式钻到预定试验位置后进行试验，压入式旁压仪以静压方式压到预定试验位置后进行旁压试验。

旁压试验的优点是和静力载荷测试比较而显现出来的。它可在不同深度上进行测试，所求地基承载力值基本和平板载荷测试所求的相近，精度很高。预钻式设备轻便，测试时间短。其缺点是受成孔质量影响大，在软土中测试精度不高。

旁压试验适用于测定黏性土、粉土、砂土、碎石土、软岩的承载力、旁压模量。

岩土工程室内实验、原位测试的方法步骤和成果整理在《岩土测试技术》课程中讲述，此处不再赘述。

1.4.3　水和土的腐蚀性测试

1.4.3.1　取样和测试

1.采取水、土试样的要求

（1）水、土有可能对建筑材料产生腐蚀危害。因此只有当有足够经验或充分资料，认定工程场地的土或水（地下水或地表水）对建筑材料不具腐蚀性时，可不取样进行腐蚀性评价。否则，应取水试样或土试样进行试验并进行腐蚀性评价。

（2）混凝土结构处于地下水位以上时，应采取土试样作土的腐蚀性试验。

（3）混凝土结构处于地下水或地表水中时，应取水试样作水的腐蚀性试验。

（4）混凝土结构部分处于地下水位以上、部分处于地下水位以下时，应分别取土试样和水试验作腐蚀性试验。

（5）水和土的试样应在混凝土结构所在深度采取，每个场地不应少于各2件。当土中的盐分和含量分布不均匀时，应分区、分层取样，每区、每层不应少于两件。

2.水和土的腐蚀性测试项目

水和土腐蚀性测试项目见表1.17。

1.4.3.2　腐蚀性评价

（1）受环境类型影响，水土腐蚀性应按照表1.18规定判定。

（2）受地层渗透性影响，水和土对混凝土结构的腐蚀性评价应按照表1.19规定判定。

当按表1.18和表1.19评价的腐蚀性等级不同时，应按下列规定综合判定：

1）腐蚀等级中，只出现弱腐蚀，无中等腐蚀或强腐蚀时，应综合评价为弱腐蚀。

2）腐蚀等级中，无强腐蚀，最高为中等腐蚀时，应综合评价为中等腐蚀。

3）腐蚀等级中，有一个或一个以上为强腐蚀，应综合评价为强腐蚀。

（3）水和土对钢筋混凝土中的钢筋的腐蚀性评价应符合表1.20规定。

（4）土对钢结构的腐蚀性评价，应符合表1.21的规定。

【实例1.3】　成都市某建筑场地勘察中对于水、土腐蚀性的评价和分析

根据场地地层岩性、地形地貌以及区域水文地质资料，判定场地内主要存在两种类型的地下水。

第一种是赋存于各土层孔隙、裂隙中的上层滞水，受大气降水和地表水等渗透补给，分布不连续，无统一的自由水面，水量大小直接受大气降水和季节控制。

第二种类型地下水是赋存于基岩层中的基岩裂隙水。主要受邻区地下水侧向补给，各地段富水性存在较大差异，一般无统一的自由水面。水量主要受裂隙发育程度、连通性及隙面充填特征等因素的控制。总体上看，该类水水量一般不大，仅对深埋基础的基坑及人工挖孔桩基础施工造成一定影响。

地下水及土的腐蚀性评价

结合《岩土工程勘察规范》（GB　50021—2001）第12.2.1～第12.2.5条对水腐蚀性分析详见表1.22，对土腐蚀性分析详见表1.23～表1.25。

据表1.22的结果判定：场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性，在干湿交替环境下对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。

根据表1.23～表1.25的结果判定：土对混凝土结构、钢结构具有微腐蚀性，在浸水环境下对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。