巖土工程測試與檢測技術前沿技術的讀書報告

巖土工程測試與檢測技術前沿技術的讀書報告

　　篇一：巖土測試技術讀書報告

　　報告人：

　　班 級：

　　學 號：

　　學 院：

　　2014年5月

　　第一章 緒論

　　基本概念

　　巖土工程是歐美國家于20世紀60年代在土木工程實踐中建立起來的一種新的技術體制。巖土工程是以求解巖體與土體工程問題，包括地基與基礎、邊坡和地下工程等問題，作為自己的研究對象。

　　巖土工程專業(yè)是土木工程的分支，是運用工程地質學、土力學、巖石力學解決各類工程中關于巖石、土的工程技術問題的科學。按照工程建設階段劃分，工作內容可以分為：巖土工程勘察、巖土工程設計、巖土工程治理、巖土工程監(jiān)測、巖土工程檢測。

　　隨著我國經濟的繁榮與發(fā)展，各種建筑工程如雨后春筍般拔地而起，座座水庫波光粼粼，棟棟高樓鱗次櫛比。在各種土建工程中，巖土工程占有十分重要的地位。巖土工程是以土力學、巖體力學及工程地質學為理論基礎，運用各種勘探測試技術對巖土體進行綜合整治改造和利用而進行的系統(tǒng)性工作。這一學科在國外某些國家和地區(qū)被稱為“大地工程”、“土力工程”或“土質工程”。巖土工程是土木工程的一個重要組成部分。智研咨詢資料統(tǒng)計，它包括巖土工程勘察、設計、試驗、施工和監(jiān)測，涉及工程建設的全過程。在房屋、市政、能源、水利、道路、航運、礦山、國防等各種建設中，都有十分重要的意義。 主要研究方向

　　①城市地下空間與地下工程：以城市地下空間為主體，研究地下空間開發(fā)利用過程中的各種環(huán)境巖土工程問題，地下空間資源的合理利用策略，以及各類地下結構的設計、計算方法和地下工程的施工技術（如淺埋暗挖、盾構法、凍結法、降水排水法、沉管法、TBM法等）及其優(yōu)化措施等等。

　　②邊坡與基坑工程：重點研究基坑開挖（包括基坑降水）對鄰近既有建筑和環(huán)境的影響，基坑支護結構的設計計算理論和方法，基坑支護結構的優(yōu)化設計和可靠度分析技術，邊坡穩(wěn)定分析理論以及新型支護技術的開發(fā)應用等。 ③地基與基礎工程：重點開展地基模型及其計算方法、參數(shù)研究，地基處理新技術、新方法和檢測技術的研究，建筑基礎（如柱下條形基礎、十字交叉基礎、筏形基礎、箱形基礎及樁基礎等）與上部結構的共同作用機理和規(guī)律研究等。

　　模型研究 在經典土力學中沉降計算將土體視為彈性體，采用布西奈斯克公式求解附加應力，而穩(wěn)定分析則將土體視為剛塑性體，采用極限平衡法分析。采用比較符合實際土體的應力-應變-強度(有時還包括時間)關系的本構模型可以將變形計算和穩(wěn)定分析結合起來。自Roscoe與他的學生(1958～1963)創(chuàng)建劍橋模型至今，各國學者已發(fā)展了數(shù)百個本構模型，但得到工程界普遍認可的極少，嚴格地說尚沒有。巖體的應力-應變關系則更為復雜。看來，企圖建立能反映各類巖土的、適用于各類巖土工程的理想本構模型是困難的，或者說是不可能的。因為實際工程土的應力-應變關系是很復雜的，具有非線性、彈性、塑性、粘性、剪脹性、各向異性等等，同時，應力路徑、強度發(fā)揮度、以及巖土的狀態(tài)、組成、結構、溫度等均對其有影響。

　　開展巖土的本構模型研究可以從兩個方向努力：一是努力建立用于解決實際工程問題的實用模型；一是為了建立能進一步反映某些巖土體應力應變特性的理論模型。理論模型包括各類彈性模型、彈塑性模型、粘彈性模型、粘彈塑性模型、內時模型和損傷模型，以及結構性模型等。它們應能較好反映巖土的某種或幾種變形特性，是建立工程實用模型的基礎。工程實用模型應是為某地區(qū)巖土、某類巖土工程問題建立的本構模型，它應能反映這種情況下巖土體的主要性狀。用它進行工程計算分析，可以獲得工程建設所需精度的滿意的分析結果。例如建立適用于基坑工程分析的上海粘土實用本構模型、適用于沉降分析的上海粘土實用本構模型，等等。筆者認為研究建立多種工程實用模型可能是本構模型研究的方向。

　　在以往本構模型研究中不少學者只重視本構方程的建立，而不重視模型參數(shù)測定和選用研究，也不重視本構模型的驗證工作。在以后的研究中特別要重視模型參數(shù)測定和選用，重視本構模型驗證以及推廣應用研究。只有這樣，才能更好為工程建設服務。

　　測試技術

　　巖土工程測試技術不僅在巖土工程建設實踐中十分重要，而且在巖土工程理論的形成和發(fā)展過程中也起著決定性的作用。理論分析、室內外測試和工程實踐是巖土工程分析三個重要的方面。巖土工程中的許多理論是建立在試驗基礎上的，如Terzaghi的有效應力原理是建立在壓縮試驗中孔隙水壓力的測試基礎上的，Darcy定律是建立在滲透試驗基礎上的，劍橋模型是建立在正常固結粘土和微超固結粘土壓縮試驗和等向三軸壓縮試驗基礎上的。測試技術也是保證巖土工程設計的合理性和保證施工質量的重要手段。

　　巖土工程測試技術一般分為室內試驗技術、原位試驗技術和現(xiàn)場監(jiān)測技術等幾個方面。在原位測試方面，地基中的位移場、應力場測試，地下結構表面的土壓力測試，地基土的強度特性及變形特性測試等方面將會成為研究的重點，隨著總體測試技術的進步，這些傳統(tǒng)的難點將會取得突破性進展。虛擬測試技術將會在巖土工程測試技術中得到較廣泛的應用。及時有效地利用其他學科科學技術的成果，將對推動巖土工程領域的測試技術發(fā)展起到越來越重要的作用，如電子計算機技術、電子測量技術、光學測試技術、航測技術、電、磁場測試技術、聲波測試技術、遙感測試技術等方面的新的進展都有可能在巖土工程測試方面找到應用的結合點。測試結果的可靠性、可重復性方面將會得到很大的提高。由于整體科技水平的提高，測試模式的改進及測試儀器精度的改善，最終將導致巖土工程方面測試結果在可信度方面的大大改進。

　　第二章 讀書筆記

　　第一節(jié) 巖土測試實驗的目的與作用

　　目的

　　巖土測試實驗作為巖土工程研究的重要手段，其目的主要可分為以下三種：

　　（1）測試巖土各種狀態(tài)下的性狀

　　（2）監(jiān)測建筑物與邊坡等的變形

　　（3）檢測巖土工程治理的質量效果

　　作用

　　（1）確定場地的適宜性

　　（2）為巖土工程設計提供物理力學數(shù)據(jù)

　　（3）保證巖土工程或基礎工程的順利進行

　　（4）對建筑物長期監(jiān)測，保證建筑物的正常運營

　　第二節(jié) 巖土測試實驗分類

　　巖土工程測試技術一般可以分為室內試驗、原位測試和原型監(jiān)測三大類，還有各種模型試驗，極其多樣，各有各的特點和用途，同一種參數(shù)，又因測試方法不同而得出不同的成果數(shù)據(jù)。選用合理的測試方法成為巖土工程計算能否達到預期效果的重要環(huán)節(jié)。例如土的模量有壓縮模量、變形模量、旁壓模量、反演模量；土的抗剪強度室內試驗有直剪和三軸剪；直剪又有快剪、固結快剪和慢剪；三軸剪又有不固結不排水剪、固結不排水剪、固結排水剪和固結不排水剪測孔隙水壓力；原位測試有十字板剪切試驗和野外大型剪切試驗。測試方法的多樣性，也是巖土工程區(qū)別于其他工程技術一個重要特點。

　　載荷試驗

　　載荷試驗是在現(xiàn)場用一個剛性承壓板逐級加荷，測定天然地基、復合地基、單樁的變形隨荷載的變化，借以確定地基承載力的試驗。實際上是模擬建筑物地基基礎在受荷條件下工程性能的一種現(xiàn)場模型試驗。

　　載荷試驗按不同的應用范圍可分類為：淺層平板載荷（3m，水上）；深層平板載荷（3m，水下）；螺旋板載荷；動載荷四個基本類型。

　　實驗目的

　　（1）確定地基土的比例界限壓力、破壞壓力，評定地基土的承載力；

　　（2）確定地基土的變形模量；

　　（3）估算地基土的不排水抗剪強度；

　　（4）確定地基土基床反力系數(shù)；

　　（5）地基處理效果檢測和測定樁的極限承載力。

　　實驗裝置（以淺層平板載荷試驗為例）

　　試驗設備由加荷系統(tǒng)、反力系統(tǒng)和量測系統(tǒng)三部分組成。

　　加荷系統(tǒng)包括承壓板和加荷裝置。對于一般粘性土地基，常用面積為0. 5m2的圓形或方形承壓板;對于碎石類土,承壓板直徑(或寬度)應為最大碎石直徑的10-20倍;對于巖石類土，承壓板的面積以0.1m2為宜。加荷裝置總體上可分為重物加荷裝置和千斤頂加荷裝置。

　　載荷試驗的反力可以由重物、地錨單獨或地錨與重物共同提供，由地錨(或重物)和梁架組合成穩(wěn)定的反力系統(tǒng)。

　　位移量測系統(tǒng)包括基準梁和位移測量元件.基準梁的支撐柱應離承壓板和地

　　篇二：論述巖土工程測試與檢測技術的主要內容及其應用

　　作者：葉平華

　　來源：《科技創(chuàng)新與應用》2013年第13期

　　摘 要：隨著科學技術的發(fā)展，人們對建筑物的要求越來越高，為提高人們的生活水平，出現(xiàn)了各式各樣的土木工程，與過去的土木工程相比，現(xiàn)代土木工程各方面都取得較大的進步。其中巖土工程測試與檢測技術對工程起到關鍵的作用。巖土工程測試技術不僅在巖土工程建設實踐中廣泛應用，且在形成和發(fā)展巖土工程理論起決定性的作用。測試技術使巖土工程設計更合理，確保施工質量。文章就巖土工程測試與檢測技術的主要內容做以下論述。關鍵詞：巖土測試技術；地基加固；檢測

　　在巖土工程中測試工作是必須進行的重要步驟，它既是學科理論研究與發(fā)展的基礎，且是巖土工程實踐的必要。監(jiān)測與檢測可確保工程的施工質量和安全，從而提高工程效益。在工程實際建設中巖土工程的現(xiàn)場監(jiān)測與檢測是重要的環(huán)節(jié)，使工程師們在理論和實踐上更好地認識上部結構與下部巖土地基共同作用及施工和建筑物運營過程。通過運用反演分析的方法，依據(jù)監(jiān)測結果，計算出使理論分析與實際測試、基本一致的工程參數(shù)。巖土工程測試包括室內土工試驗、巖體力學實驗、原位測試、原型實驗和現(xiàn)場監(jiān)測等，在巖土工程中占有特別而關鍵的作用。下面介紹幾種重要的巖土工程測試。

　　1 室內土工試驗

　　包括土的物理、力學、化學和礦物等分析試驗。目前土工試驗分為觀察判別試驗、化學性質試驗、物理性質實驗和力學性質實驗等。土的化學和礦物分析在工程中一般不做。化學分析包括測定土中石膏、易溶鹽和難溶鹽碳酸鈣的含量，腐植酸含量，離子交換量和酸堿度等。在巖土工程中測定粘土礦物的類型采用礦物分析，確定礦物類型除化學分析，還用差熱分析和X射線衍射分析等物理化學分析法。粒徑分析試驗是室內土工實驗的一種。粒徑分析試驗是烘干碾散一定量的土后，過篩、稱重，確定各粒徑范圍內土粒重的百分數(shù)。

　　2 巖體力學實驗

　　巖體力學實驗主要是測試常規(guī)力學指標和分析研究巖體變形與破壞機理。

　　一般簡稱為抗壓強度。依據(jù)巖石不同的含水狀態(tài)，分干抗壓強度和飽和抗壓強度。巖石的單軸抗壓強度，常在壓力機上直接壓壞標準試樣測得，也可同時進行巖石單軸壓縮變形試驗，或者用其它方法。巖石的單軸抗壓強度主要應用于巖體的強度分級和巖性描述。

　　篇三：《巖土工程學科的前沿問題》讀書報告

　　巖土工程學科是一門具有悠久歷史而又具有新的內涵的邊緣學科，它是由巖土力學和巖石力學交叉而成，涉及到國民經濟建設的多個領域，是土木工程、交通工程、礦業(yè)工程等學科的主要支撐學科，具有迅速而廣闊的發(fā)展前景。

　　一、巖土工程問題的特點

　　1地應力的控制作用

　　在開挖過程中,單純地應力作用就可能引起巖體破壞,發(fā)生巖爆,這已是眾所周知的。在土力學中,又何嘗不是如此。開挖邊坡中,假定不同的初始側壓力系數(shù),計算得出的位移將有很大差別。由于高側壓力的影響,超固結土邊坡可能多次發(fā)生滑動。

　　2體積力構成荷載的主要部分

　　除了地基問題中體積力相對不重要以外,無論邊坡工程、隧道工程還是堤壩工程,體積力都是作用于巖土體結構上的主要荷載甚至唯一荷載。因此,巖土體結構的主要破壞方式是自重作用下的剪切破壞。這時,剪切面的相當一部分位于巖土體的深部,圍壓的影響很大。因此,把金屬力學和結構力學中的研究方法生硬地搬到巖土力學研究中,自然難于符合實際。有的研究論文采用平面應力問題的研究方法,不考慮圍壓的影響,所得結論只能反映巖土體表層的破壞過程。

　　3 多相耦合作用

　　由于孔隙和裂隙的存在,巖土工程問題往往涉及固相、液相和氣相的耦合作用,而凍土問題中還要考慮冰相和溫度場。因此,與金屬和混凝土結構工程相比,巖土工程問題的控制方程要復雜得多,需要研究的領域也要多得多。

　　4 邊界條件和初始條件的不確定性

　　巖土工程問題邊界條件的不確定性包括兩個方面,一是邊界位置的不確定性,二是邊界上的要素值的不確定性。巖土工程修建在地殼上,人們不能把整個地球或地殼作為研究的范圍,只能從其中劃出一塊進行考察,但如何劃法帶有一定的任意性,這就是邊界位置的不確定性。巖土工程暴露在自然環(huán)境中,最不確定的倒不是邊界荷載,而是耦合分析中降水量、蒸發(fā)量等自然要素的變化。初值條件的不確定性除了前面提到的地應力的不確定以外,還有孔隙中的初始吸力的分布和節(jié)理裂隙分布的不確定性等。

　　二、 現(xiàn)有巖土力學理論的不足

　　1難于測定天然巖土材料的計算參數(shù)

　　土體由于取樣擾動,巖體由于體積太大,導致原狀巖土材料的力學參數(shù)無法測定。例如,一段時期,廣東在良好的殘積土上修建多層建筑也普遍采用樁基,就是因為取樣擾動造成測定的壓縮系數(shù)偏高,在此背景下導致設計中的不恰當決策。

　　2未考慮逐漸破壞過程

　　現(xiàn)有的邊坡穩(wěn)定分析和土壓力計算等方法均基于極限分析理論,未考慮逐漸破壞過程。造成的后果必然是采用峰值強度計算太冒進,而采用殘余強度計算又太保守。

　　3未考慮地應力的影響

　　在地下洞室開挖中,地應力的影響已得到普遍的重視。但是在其它巖土工程問題中往往不考慮這一影響。例如邊坡穩(wěn)定分析中,無論是條分法或有限元強度折減法均是如此。而超固結土坡中由于水平應力很大導致滑坡的易發(fā)性,這早已是眾所周知的事實。

　　4 對多節(jié)理裂隙巖體還缺乏有效分析手段

　　對于含少量節(jié)理的巖體,已經發(fā)展了一批計算方法,如節(jié)理元、接觸力元、剛體彈簧元。但對大量裂隙的巖體,只有走等效連續(xù)介質的途徑。從斷裂力學觀點出發(fā)或是從損傷力學觀點出發(fā)建立等效介質的本構關系,均是可以考慮的方案。但是未能考慮圍壓的影響,是目前研究中普遍存在的不足之處。巖土破損力學可以在一定程度上克服這一缺點。

　　三、巖土力學發(fā)展前景展望

　　1發(fā)展原位測試技術,停止原狀土取土技術的研究

　　土樣從土層取出后地應力就被卸除,即使再精細的取土技術也不能保證室內測定的參數(shù)與原位一致。節(jié)理巖體更無法取樣試驗。因此,發(fā)展原位測試技術,是獲得可靠計算參數(shù)的唯一途徑。

　　2 加強破壞和變形的細觀機制研究,減少湊合表觀現(xiàn)象的假設性研究。

　　“大膽假設,小心求證”仍是科學研究的一種手段,但是,如果只求表觀現(xiàn)象上的吻合,不深究真實的機理,只求知其然,不求知其所以然,這一態(tài)度不符合真正的科學精神。當前巖土力學中大行其道的屈服面的研究,在某種意義上正是這一種研究思路

　　的反映。從等向硬化到運動硬化,從單屈服面到多屈服面,再到邊界面和次加荷屈服面及超加荷屈服面,越來越復雜的屈服面假設無非為了湊合試驗結果。但如要湊出主應力軸旋轉也能產生體積收縮的實驗現(xiàn)象,恐怕還要增加屈服面的復雜性。回顧一下科學史上托勒密的地心說,不難發(fā)現(xiàn)兩者在一定程度上有相似之處。

　　3建立漸進破壞理論

　　巖土力學能否自立,關鍵在于漸進破壞理論能否建立起來。到目前為止,有關巖土材料的漸進破壞和剪切帶形成過程的研究對象仍限于室內二軸或三軸壓縮試樣,遠未涉及實際工程問題,而且許多學者純粹把這一過程當作數(shù)學問題進行研究。筆者認為,解決這一問題的關鍵在于建立能合理反映巖土材料結構破損過程的本構模型,并且研究的重點應當是針對邊坡和洞室開挖等圍壓降低過程中的結構體破損現(xiàn)象。

　　4開展風化過程的數(shù)值模擬研究

　　如果說前面提到的漸進破壞是指修建工程引起的話,風化引起的巖土材料弱化破壞則是自然過程。如果這一過程發(fā)生在工程影響的范圍內,則就不僅僅是地質學家研究的事。當然,研究這一問題的難度很大,因為除了力學因素外,還涉及溫度循環(huán)和濕度循環(huán)等物理因素及雨水淋溶和地下水侵蝕等化學因素。

　　如果以上幾方面有所突破,并且在其它方面繼續(xù)取得進展,就可以認為巖土力學已經達到成熟的階段。

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