培训(岩土工程)2

15．岩土工程技术的发展•5.1原位测试新技术•5.2土工试验•5.3工程物探•5.4基坑支护工程•5.5计算机应用•5.6岩土取样技术•5.7桩基础和地基处理的新发展2原位测试新技术的发展主要有以下几个方面：一是通过原位测试试验确定岩土工程设计参数；二是发展并完善利用原位测试数据对岩土工程问题作出评价；三是测试技术及设备向多功能方向发展，使之能快速地在原位获取更多的有用信息。岩土工程设计参数的确定越来越趋向于大量采用原位测试技术确定岩土层的物理力学性质指标。主要测试方法有：静载荷试验；标准贯入试验；旁压试验；波速测试工程物探方法等。3原位测试新技术•（1）扁铲侧胀仪(DMT)由于扁铲侧胀仪操作简捷(可用静力触探机贯入土中)，可获得土层剖面连续变化资料(测点间距为15cm-20cm)，测试数据重复性好，应用范围广，最大测试深度40米左右，我国已于1997年成功研制了该仪器。4（2）多功能静力触探头静力触探技术是六十年代发展起来的一种原位测试技术，已在世界各国得到广泛的应用。该技术近年来主要是朝多功能组合探头方向发展。新的组合探头主要有以下几种：①旁压——静探探头②测斜、孔压——静探探头，已成为国际通用的探头(CPTU)③放射性同位素——静探探头(RI-CPT)④波速——静探探头⑤震动——静探探头⑥电阻率——静探探头(R-CPT)。5近年来，国内外在土工试验中新技术的应用主要表现在三个方面：一是计算机辅助测试技术在土工试验中的应用；二是利用高新技术研制出一批性能好、自动化程度高的土工试验仪器；三是相关学科新技术的发展与岩土工程学科研究及应用紧密结合，产生出新的土工试验方法———土工离心模型试验技术。65.2.1土工试验计算机辅助测试技术七十年代初，英、美、日等先进国家开始把计算机技术应用到土工试验仪器上，开发出先进的数据采集和处理系统。八十年代初，我国一些科研单位和高效引进了一批当时在国际上比较先进的土工试验仪器，其先进的数据采集和处理系统使国内土工试验界大开眼界，并开始自己的研制工作。1986年我国已研制出“GSX-1型工程地质试验数据采集处理系统”、“GJS-1型固结试验数据采集与处理系统”、“IG-1A型自动固结以”等一系列土工试验数据采集和处理系统，但由于种种原因，上述成果没有推广使用。八十年代后期，该技术得到长足发展。我国有关研究机构和厂家先后推出“KTG型土工试验数据采集处理微机系统”、“TSW型土工试验微机数据采集处理系统”和“TWJ型土工试验微机数据采集处理系统”，这些系统的研制者紧跟计算机技术的发展不断对系统的软件加以改进，并进行商品化，在全国范围内推广使用。75.2.2新技术在土工试验仪其中的应用（1）自动控制技术的应用（2）光电技术的应用（3）多功能测试技术的应用85.2.3新技术在土工试验方法中的应用———土工离心模拟实验技术•土工离心模拟实验技术的应用范围极广，几乎涉及所有岩土工程，主要应用于四个方面：•(1)检查工程设计方案的经济合理性及安全可靠性。•(2)对已建工程的安全可靠性进行重新检查。•(3)校正数据值、分析一些理论研究成果。•(4)进行岩土体的抗震试验。•用土工离心模拟试验技术解决的工程问题主要有以下几个方面：•(1)堤坝和边坡的变形和稳定性验证。•(2)建筑物浅基础的地基变形特性、破坏模式及极限承载力,桩基的承载力特性及施工工艺对承载力及变形的影响。•(3)挡土结构变形及破坏机理,土与结构物的相互作用。•(4)动力工程中的地下爆炸、砂土层液化、单桩及群桩在水平动荷栽下的性状等。9•工程物探是近二十年才发展起来的一种服务于工程建设的地球物理探测技术。它是一种非破损探测技术，具有采样密度大、速度快、成本低、信息量大、科技含量高、服务领域宽等特点。在结合工程需要，探测诸如基岩面、地下洞穴、孤石、管线、古墓、防空洞、桩身缺陷、破碎带、漏水点等目的物方面，已成为岩土工程勘察不可缺少的技术手段。工程物探既有勘察的功能，又有测试的功能，称为“工程地球物理探测”也许更贴切。工程物探随着相关的物理技术与计算机技术的迅猛发展，今后15年可能会有更大的飞跃，是一个重要的发展方向。105.3.1工程物探新技术•近十几年来，工程物探技术已从从前较单一的探测方法发展到现代的高密度电法、地质雷达技术、TEM法、电磁波层析成像技术(CT)、桩基无损监测技术、管线探测等。由于弹性波技术的发展与岩土物理力学性质关系密切，因此发展迅速，如浅层地震反射法、折射法与波速测井、面波法、多道瞬态面波法、多波地震映像法。这些新技术已被广泛应用于各行各业的工程建设项目上，解决诸多以前无法解决的岩土工程技术难题。115.3.2工程物探新设备•随着电子技术、电子计算机技术的飞速发展，为适应工程建设需要，近年来已研制出了一大批适时采集处理，集硬、软件功能于一体的工程物探测试设备，如交流电法仪、高密度点法仪、地质雷达仪、管线仪、TEM仪、浅层地震仪、多功能面波仪、工程勘探与工程声波仪、桩基监测仪(低应变、高应变)等。设备的量化水平由模拟量实现为数字量、高模量转换及低噪音、大动态范围和高分辨智能化的水准。国产的工程物探设备其技术水平均可与国外仪器相媲美，以SWS多波工程勘探与工程探测仪为代表,在功能和技术综合指标方面，处于国际领先水平。125.3.3工程物探新技术引用•(1)把传统钻探手段与工程物探新技术相结合，无疑可以大大提高岩土工程勘察技术水平和精度，可以解决传统钻探手段以点带面常带来的漏判与精度不高等问题。比如在地层界面划分，水域勘察，查明地下不良地质体、溶洞、破碎带等以前无法解决的问题。•(2)工程物探技术在地基加固质量评价中的应用，如对采用碎石桩和强夯方法进行地基加固的地基基础进行复合地基加固质量的检测工作。以往采用钻孔取样与触探等方法，常有一定的局限性。近年来，不少地方采用瞬态面波方法,在地基加固处理前后进行对比检测,可以获得满意的资料。此外还可以对大坝的碾压密实度进行检测与评价，搜集不同的配料碾压后，面波速度与标准贯入试验N值以及密实度之间的关系，为确保大坝的碾压施工质量起到指导作用。13•(3)工程物探无损技术在工程建设质量检测中已得到广泛的应用。例如利用低应变反射法对桩基进行无损检测已成为桩基检测的一种重要技术手段。它具有成本低、速度快、适合大面积检测，且可以随即抽样，而被各国广泛应用。采用面波法可以对大坝及建筑物等砼构件的裂缝进行检测，掌握裂缝状况和有关参数，以判断对在建构筑物的危害程度及研究相应的补强措施。利用电磁波技术(地质雷达)来探测较浅地层中的不良地质体、非金属管线及砼路面、沥青路面、垫层的厚度及工程质量等。145.4基坑支护工程•随着国民经济的高速发展，高层建筑及各种大型工程发展迅速，根据深基础和抗震设计的要求，同时为了开发利用地下空间，基坑工程越来越多，开挖深度也越来越深，对基坑支护设计和施工技术提出了更高更严格的要求。基坑工程是一项多学科多专业的系统工程，影响因素多并且复杂，实施时存在着较大的风险，稍有不慎就会酿成大事故，造成重大损失。其主要原因：•一是由于土体的复杂性、不均匀性和不确定性。如相似的场地条件，采用不同的支护形式，土压力的大小与变化规律就会有所不同；•二是基坑支护一般为临时性结构物，建设单位常对节省造价提出高要求；•三是赶工期，要求占用时间短、施工、开挖方便；•四是基坑工程一般位于市区，场地狭小，周边建筑、地下管线多，基坑开挖产生的变形对周边影响大，而控制变形则难度较大，目前的计算方法又不够准确。15•一是土压力的计算，对于透水性强的土层，普遍认识到应采用水土分算方式计算水土压力；但对于透水性弱的土层，水土压力如何计算，存在着不同的认识和处理法法，但都能结合本地区的工程实践经验进行修正，使土、水压力计算结果更符合实际，有的还根据基坑开挖过程中土压力随支护结构位移而减小的变化规律设计计算支护结构。•二是土体支撑支护体系施工的时空效应，发展了多次高压注浆、土层锚杆等理论和技术，它们在基坑支护工程中得到广泛重视和应用。•三是在地质条件较好的地区，土钉支护作为一种原位加筋技术已在国内外得到迅速发展及广泛应用。近年来土钉支护技术已大量应用于软土地基。16•四是传统的支护结构得到新的发展，不同支护类型组合，扬长避短，形成新的支护结构，例如水泥土墙已发展为可插筋的挡土墙，插入H型钢的SMW工法，克服了水泥土墙抗侧压力低的缺点，薄壁地下墙的应用，既保持了传统地下连续墙的一些优点，又因施工工艺的改变，大大降低了造价。在充分吸收排桩支护直立挡土的优点的同时，又吸收目前广泛应用的喷锚网支护结构的优点，克服这两种支护形式单独应用上的缺点，采用刚性桩与柔性喷锚网的平面和空间的有机组合形式，较大幅度地调动它们与土的共同作用，提高边坡土体的抗变形强度。•五是监测内容、监测手段多样化，从变形观测发展为应力、土压力、孔隙水压力等观测，提高了判断支护结构安全性的可靠程度，监测水平不断提高。17•(1)工程分析计算机方面：一是用于一般的计算，如受压层深度计算、沉降分析、承载力计算、土压力计算等。二是数理统计，如相关分析，各类回归分析、方差分析、判别分析、趋势面分析等。三是较为复杂的分析，如各类静力或动力有限元计算，地基与基础协同作用分析、地震反应分析、渗流分析、基坑支护设计计算等。18(2)室内外试验的控制和数据采集与处理，主要应用在：一、参数的测试，如CPT端阻力、压缩试验的变形等。二、同一试验多项参数同时读出，如在静三轴试验中测力、变形和孔压、CPT试验中测端阻力、模阻力和孔压。三、同时监测、采集多种试验数据的，如同一个系统同时用于固结、直剪、三轴等设备。四、带反馈系统对实验实施闭环控制的。主要用于土动力试验中。(3)图件、报表绘制和报告编辑。岩土工程图表是工程语言，报告则是工程单位的产品，计算机在这方面的应用受到日益广泛的重视。进入集成化综合应用探索阶段19•90年代初，在实现了计算机辅助绘制勘察报告图文的基础上，业内开始不满足与仅仅将计算机当作大型绘图机、打字机和计算器。数据库技术的更新、勘察资料独特的重复使用价值和实际需要，使得高层次的勘测数据管理和利用成为行业CAD应用新的探索目标。•近年来，已有不少单位、科研院校先后研制出一批专家系统、信息系统、综合决策系统等，岩土工程计算机辅助系统的研制成功是岩土工程专业计算机技术应用的一个里程碑。205.6.1岩土取样技术的标准化•岩土工程测试包括室内土工试验、岩石试验、原位测试和现场监测，在整个岩土工程中占有特殊、重要的地位。这首先是由于测试数据是分析评价的基础，没有完整、可靠、适用的测试数据，一切分析评价都是空中楼阁。岩土工程设计计算的准确性和可靠性决定于计算模式和计算参数两个主要因素,计算参数比计算模式更重要。其次，岩土工程测试有较大难度，在钻探取样、样品制备和原位测试过程中，总会有一定程度的扰动，对测试成果的影响极大。岩土体又是非均质体，有的还有明显的各向异性，测试结果是否具有代表性是个重要问题。再次，岩土测试方法很多，原理不一，同一指标用不同的方法测试可得不同的结果。因此，要求岩土工程师必须了解各种测试方法的适用性。21•学术界和工程界有优先发展室内试验还是原位测试的争论。主张优先发展原位测试的人认为，室内试验在钻探取样及运输制备过程中，样品一定程度的扰动不可避免，而原位测试可直接在岩土体的原位取得数据，既快又好。但实践表明，室内试验仍是不可缺少的，岩土的一些基础数据，如粒度成分、密度、含水量、可塑性等指标，只能通过室内试验测定;测定土的力学性状时，室内试验可根据需要，控制应力、应变及排水条件，而原位测试很难做到。室内测定的指标，其物理力学意义是明确的，而有些原位测试得到的指标，没有明确的物理力学意义。既然室内试验不能废弃，取样技术问题就不能回避了。22•目前，我国取样质量问题相当严重。首先是土样质量很差，甚至工程技术人员对自己负责的工程也持怀疑态度。例如，有些工程在进行深部地层取样时，经常采用单层岩心管，卸取土样时采用惯性方法甩出，当遇到粘性土不易甩出时，土