地质试验在岩土基础工程中的应用

谭萃华

摘 要：在人类文明化历史中建筑本身对于文明的发展和社会形态的形成有着直接的反映或影响。人类的住宅随着人类文明不断发展。早在50万年前的旧石器时代，发现了原始人居住的岩洞;新石器时代，黄河中游的宗族部落以黄土为墙、木架和草泥建造半窟民居，然后发展成地上建筑，形成聚落;公元221年，皇帝吞并六国，建立宫殿、陵墓;隋唐时期形成独立的建筑体系;元明清时期，中国建筑达到了一个新高潮。今日，广州地标建筑——广州塔，总高度600米，是中国第一高塔，世界第四高塔。地上建筑的发展离不开地基基础的发展，而岩土勘察工程恰恰与地质试验息息相关。基础地质试验，为每个工程的建设起到了引导的作用，贯穿着整个工程勘察工作的过程。

关键词：地质试验;工程勘察

一、地质试验与岩土基础工程的关系

工程地质勘察是为查明影响工程建筑物的地质因素而进行的地质调查研究工作。所需勘察的地质因素包括地质结构或地质构造：地貌、水文地质条件、土和岩石的物理力学性质，自然（物理）地质现象和天然建筑材料等。这些通常称为工程地质条件。查明工程地质条件后，需根据设计建筑物的结构和运行特点，预测工程建筑物与地质环境相互作用（即工程地质作用）的方式、特点和规模，并作出正确的评价，为确定保证建筑物稳定与正常使用的防护措施提供依据。

二、土的物理性质在岩土基础工程中的应用

土是由固体颗粒和颗粒之间的空隙组成，而空隙中通常又存在水和空气两种物质，因此土是固体颗粒、水、空气三相组成。在地质试验中，研究土的物理性质，就是测试土的三相组成的比例，土颗粒的粒径级配等。粒径分布曲线：以土粒粒径为横坐标（对数比例尺），小于某粒径土质量占试样总质量的百分数为纵坐标绘制而成的曲线。

d 10，d ，3，d，60为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10%， 30%和60%所对应的粒径。级配良好土的条件：对于纯净的砾和砂 Cu  5 Cc =1～3。

通过地质试验，对土颗粒的分析。我们可以按照土颗粒大小对土进行分类，比如，黏粒土，黏土最重要的性质是与水的相互作用，即形成水和双电层，这就表现出土的塑形。通常颗粒级配累计曲线上的一点代表小于该粒径的颗粒质量占总质量的百分数。不均匀系数表示土级配的均匀程序，而曲率系数表示了土级配的连续性。假设工程中有一种土是由d>=5mm与d<0.5mm的粗细两大类粒径组成，如果d30=0.5mm，表明大于5mm的砾石颗粒所占的比例近70%，在这种土中大颗粒可以形成骨架，细颗粒只起填充其孔隙的作用，力学性质有粗粒决定;反之，如果d60=5mm，表明细颗粒占近40%，粗颗粒形不成骨架，它们悬浮在细颗粒所形成的砂土中，其力学性质主要由细颗粒决定，亦即表现为砂土特性。如果土的曲率系数比较合理，这就说明该土的粒径是连续的，大颗粒土之间的空隙被更小颗粒的土填充，这种土更容易被压实，土的强度高，变形小，透水性较小，不易发生管涌。在岩土基础中，这种土适合做工程填土，例如作为软弱地基的换填土，路基、土坝、堤防等填方工程的土料等。但是这种土的透水性不好，作为排水与反滤材料就不合适。例如在管井工程中，首先要在井位钻孔，然后放置透水井管，随后要在井管与井壁间填入“豆石”，亦即均匀的砾石，以便于透水和保土。同样在土石坝的反滤排水结构中，需要级配均匀的粗粒料。

所以，地质试验中分析土的粒径级配对岩土基础工程中意义非凡。地质试验数据可以作为岩土基础设计中的依據，比如计算地基承载力，计算地基基础的沉降等。

地质试验除了对土的物理性质进行研究，同时也对地下水进行测试。

地下水与土木工程密切相关、相互影响。一方面，地下水对岩土基础工程存在着各种不良作用（如流砂、管涌等）和影响;另一方面，各种土木工程活动又会诱发和加剧地下水的活动。①地下水与岩土体相互作用，使岩土的强度和稳定性降低、性能变差。从而产生各种不良地质现象，如滑坡、岩溶、流砂、管涌、土沸、地基沉陷、隧道涌水、道路翻浆、水坝渗漏等。②地下水中有害化学成分CO2，SO42-、Cl-等的大量存在，对水位下的混凝土结构和钢结构产生侵蚀、破坏作用，缩短建（构）筑物的使用寿命。

在设计地基基础前，先对场地进行地质试验，分析土的物理性质，对场地地质水进行分析，是否有易溶盐，是否有腐蚀物质，从而在设计地基基础时，结合上部结构及地质条件，设计地基基础形式，选择地基基础的保护层厚度等。根据地质试验数据对土的工程地质分类。根据土的类别大致判断土的基本工程特性，并结合其他因素评价地基土的承载力、渗透性与抗冲刷稳定性，在震动作用下的可液化性以及作为建筑材料的适宜性等;根据土的分类，合理确定不同类别土的研究内容与方法;当土的性质不能满足工程要求时，可根据土类确定相应的加固处理方法。

总之。为顺利实现工程地质勘查的目的、要求等，采用一系列勘查方法和测试手段配合实施。如工程地质测绘、勘探（包括物探、钻探、坑探）、工程地质室内和现场原位试验、长期观测及勘察资料的分析整理。而工程地质试验是工程地质勘察的重要环节，是实现对岩土工程性质进行定量评价的重要途径。通过试验，测定岩土的基本工程性质，为工程设计和施工提供可靠的参数。各类土的工程性质不同，测定的物理性质指标也不同。如粘性土测试塑限、液限、相对密度等，砂土粉土测定粒径级配等。

除了以上岩土力学性质的室内试验，还有岩土体力学性质的原位试验。

工程地质的原位测试是指在原土层原来所处的位置上，基本保持其天然结构、天然含水量及天然应力状态下进行测试的技术。常用的原位测试方法主要有：载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、现场直接剪切试验等。

总之，随着我国建设工程的发展，地质试验勘察技术得到了很大的完善。地质试验对岩土工程来说是一项基础性工作。岩土工程勘察的方法是间接性的，我们依然要不断提高地质试验的技术与质量，充分利用资料与现有的技术，综合有关的规范，总结经验，保证地质试验工作的顺利进行。

参考文献：

[1]《工程地质学》（第二版） 华南理工大学出版社，主编：宿文姬 李子生

[2]《岩土工程勘察规范》 GB-50021-2001

[3]《土工试验方法标准》GB/T 50123-2019