巖土工程測試與檢測技術(shù)前沿技術(shù)的讀書報告
篇一：巖土測試技術(shù)讀書報告
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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(jì)60年代在土木工程實(shí)踐中建立起來的一種新的技術(shù)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(chǔ)、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(yùn)用工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、巖石力學(xué)解決各類工程中關(guān)于巖石、土的工程技術(shù)問題的科學(xué)。按照工程建設(shè)階段劃分，工作內(nèi)容可以分為：巖土工程勘察、巖土工程設(shè)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(jīng)濟(jì)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(xué)、巖體力學(xué)及工程地質(zhì)學(xué)為理論基礎(chǔ)，運(yùn)用各種勘探測試技術(shù)對巖土體進(jìn)行綜合整治改造和利用而進(jìn)行的系統(tǒng)性工作。這一學(xué)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(zhì)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(shè)計、試驗(yàn)、施工和監(jiān)測，涉及工程建設(shè)的全過程。在房屋、市政、能源、水利、道路、航運(yùn)、礦山、國防等各種建設(shè)中，都有十分重要的意義。 主要研究方向
�、俪鞘械叵驴臻g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(jié)構(gòu)的設(shè)計、計算方法和地下工程的施工技術(shù)（如淺埋暗挖、盾構(gòu)法、凍結(jié)法、降水排水法、沉管法、TBM法等）及其優(yōu)化措施等等。
�、谶吰屡c基坑工程：重點(diǎn)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(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算理論和方法，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和可靠度分析技術(shù)，邊坡穩(wěn)定分析理論以及新型支護(hù)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用等。 ③地基與基礎(chǔ)工程：重點(diǎn)開展地基模型及其計算方法、參數(shù)研究，地基處理新技術(shù)、新方法和檢測技術(shù)的研究，建筑基礎(chǔ)（如柱下條形基礎(chǔ)、十字交叉基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)等）與上部結(jié)構(gòu)的共同作用機(jī)理和規(guī)律研究等。
模型研究 在經(jīng)典土力學(xué)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(yīng)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(shí)際土體的應(yīng)力-應(yīng)變-強(qiáng)度(有時還包括時間)關(guān)系的本構(gòu)模型可以將變形計算和穩(wěn)定分析結(jié)合起來。自Roscoe與他的學(xué)生(1958～1963)創(chuàng)建劍橋模型至今，各國學(xué)者已發(fā)展了數(shù)百個本構(gòu)模型，但得到工程界普遍認(rèn)可的極少，嚴(yán)格地說尚沒有。巖體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系則更為復(fù)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(gòu)模型是困難的，或者說是不可能的。因?yàn)閷?shí)際工程土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是很復(fù)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(yīng)力路徑、強(qiáng)度發(fā)揮度、以及巖土的狀態(tài)、組成、結(jié)構(gòu)、溫度等均對其有影響。
開展巖土的本構(gòu)模型研究可以從兩個方向努力：一是努力建立用于解決實(shí)際工程問題的實(shí)用模型；一是為了建立能進(jìn)一步反映某些巖土體應(yīng)力應(yīng)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(nèi)時模型和損傷模型，以及結(jié)構(gòu)性模型等。它們應(yīng)能較好反映巖土的某種或幾種變形特性，是建立工程實(shí)用模型的基礎(chǔ)。工程實(shí)用模型應(yīng)是為某地區(qū)巖土、某類巖土工程問題建立的本構(gòu)模型，它應(yīng)能反映這種情況下巖土體的主要性狀。用它進(jìn)行工程計算分析，可以獲得工程建設(shè)所需精度的滿意的分析結(jié)果。例如建立適用于基坑工程分析的上海粘土實(shí)用本構(gòu)模型、適用于沉降分析的上海粘土實(shí)用本構(gòu)模型，等等。筆者認(rèn)為研究建立多種工程實(shí)用模型可能是本構(gòu)模型研究的方向。
在以往本構(gòu)模型研究中不少學(xué)者只重視本構(gòu)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(gòu)模型的驗(yàn)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(gòu)模型驗(yàn)證以及推廣應(yīng)用研究。只有這樣，才能更好為工程建設(shè)服務(wù)。
測試技術(shù)
巖土工程測試技術(shù)不僅在巖土工程建設(shè)實(shí)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(nèi)外測試和工程實(shí)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(yàn)基礎(chǔ)上的，如Terzaghi的有效應(yīng)力原理是建立在壓縮試驗(yàn)中孔隙水壓力的測試基礎(chǔ)上的，Darcy定律是建立在滲透試驗(yàn)基礎(chǔ)上的，劍橋模型是建立在正常固結(jié)粘土和微超固結(jié)粘土壓縮試驗(yàn)和等向三軸壓縮試驗(yàn)基礎(chǔ)上的.。測試技術(shù)也是保證巖土工程設(shè)計的合理性和保證施工質(zhì)量的重要手段。
巖土工程測試技術(shù)一般分為室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)、原位試驗(yàn)技術(shù)和現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)等幾個方面。在原位測試方面，地基中的位移場、應(yīng)力場測試，地下結(jié)構(gòu)表面的土壓力測試，地基土的強(qiáng)度特性及變形特性測試等方面將會成為研究的重點(diǎn)，隨著總體測試技術(shù)的進(jìn)步，這些傳統(tǒng)的難點(diǎn)將會取得突破性進(jìn)展。虛擬測試技術(shù)將會在巖土工程測試技術(shù)中得到較廣泛的應(yīng)用。及時有效地利用其他學(xué)科科學(xué)技術(shù)的成果，將對推動巖土工程領(lǐng)域的測試技術(shù)發(fā)展起到越來越重要的作用，如電子計算機(jī)技術(shù)、電子測量技術(shù)、光學(xué)測試技術(shù)、航測技術(shù)、電、磁場測試技術(shù)、聲波測試技術(shù)、遙感測試技術(shù)等方面的新的進(jìn)展都有可能在巖土工程測試方面找到應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)。測試結(jié)果的可靠性、可重復(fù)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(jìn)及測試儀器精度的改善，最終將導(dǎo)致巖土工程方面測試結(jié)果在可信度方面的大大改進(jìn)。
第二章 讀書筆記
第一節(jié) 巖土測試實(shí)驗(yàn)的目的與作用
目的
巖土測試實(shí)驗(yàn)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(zhì)量效果
作用
�。�1）確定場地的適宜性
（2）為巖土工程設(shè)計提供物理力學(xué)數(shù)據(jù)
（3）保證巖土工程或基礎(chǔ)工程的順利進(jìn)行
�。�4）對建筑物長期監(jiān)測，保證建筑物的正常運(yùn)營
第二節(jié) 巖土測試實(shí)驗(yàn)分類
巖土工程測試技術(shù)一般可以分為室內(nèi)試驗(yàn)、原位測試和原型監(jiān)測三大類，還有各種模型試驗(yàn)，極其多樣，各有各的特點(diǎn)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(dá)到預(yù)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(qiáng)度室內(nèi)試驗(yàn)有直剪和三軸剪；直剪又有快剪、固結(jié)快剪和慢剪；三軸剪又有不固結(jié)不排水剪、固結(jié)不排水剪、固結(jié)排水剪和固結(jié)不排水剪測孔隙水壓力；原位測試有十字板剪切試驗(yàn)和野外大型剪切試驗(yàn)。測試方法的多樣性，也是巖土工程區(qū)別于其他工程技術(shù)一個重要特點(diǎn)。
載荷試驗(yàn)
載荷試驗(yàn)是在現(xiàn)場用一個剛性承壓板逐級加荷，測定天然地基、復(fù)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(yàn)。實(shí)際上是模擬建筑物地基基礎(chǔ)在受荷條件下工程性能的一種現(xiàn)場模型試驗(yàn)。
載荷試驗(yàn)按不同的應(yīng)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(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
�。�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(qiáng)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(shí)驗(yàn)裝置（以淺層平板載荷試驗(yàn)為例）
試驗(yàn)設(shè)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?qū)挾?應(yīng)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(yàn)的反力可以由重物、地錨單獨(dú)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(zhǔn)梁和位移測量元件.基準(zhǔn)梁的支撐柱應(yīng)離承壓板和地
篇二：論述巖土工程測試與檢測技術(shù)的主要內(nèi)容及其應(yīng)用
作者：葉平華
來源：《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》2013年第13期
摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)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(jìn)步。其中巖土工程測試與檢測技術(shù)對工程起到關(guān)鍵的作用。巖土工程測試技術(shù)不僅在巖土工程建設(shè)實(shí)踐中廣泛應(yīng)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(shù)使巖土工程設(shè)計更合理，確保施工質(zhì)量。文章就巖土工程測試與檢測技術(shù)的主要內(nèi)容做以下論述。關(guān)鍵詞：巖土測試技術(shù)；地基加固；檢測
在巖土工程中測試工作是必須進(jìn)行的重要步驟，它既是學(xué)科理論研究與發(fā)展的基礎(chǔ)，且是巖土工程實(shí)踐的必要。監(jiān)測與檢測可確保工程的施工質(zhì)量和安全，從而提高工程效益。在工程實(shí)際建設(shè)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(shí)踐上更好地認(rèn)識上部結(jié)構(gòu)與下部巖土地基共同作用及施工和建筑物運(yùn)營過程。通過運(yùn)用反演分析的方法，依據(jù)監(jiān)測結(jié)果，計算出使理論分析與實(shí)際測試、基本一致的工程參數(shù)。巖土工程測試包括室內(nèi)土工試驗(yàn)、巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)、原位測試、原型實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)測等，在巖土工程中占有特別而關(guān)鍵的作用。下面介紹幾種重要的巖土工程測試。
1 室內(nèi)土工試驗(yàn)
包括土的物理、力學(xué)、化學(xué)和礦物等分析試驗(yàn)。目前土工試驗(yàn)分為觀察判別試驗(yàn)、化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)、物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)等。土的化學(xué)和礦物分析在工程中一般不做。化學(xué)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(xué)分析，還用差熱分析和X射線衍射分析等物理化學(xué)分析法。粒徑分析試驗(yàn)是室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)的一種。粒徑分析試驗(yàn)是烘干碾散一定量的土后，過篩、稱重，確定各粒徑范圍內(nèi)土粒重的百分?jǐn)?shù)。
2 巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)
巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是測試常規(guī)力學(xué)指標(biāo)和分析研究巖體變形與破壞機(jī)理。
一般簡稱為抗壓強(qiáng)度。依據(jù)巖石不同的含水狀態(tài)，分干抗壓強(qiáng)度和飽和抗壓強(qiáng)度。巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，常在壓力機(jī)上直接壓壞標(biāo)準(zhǔn)試樣測得，也可同時進(jìn)行巖石單軸壓縮變形試驗(yàn)，或者用其它方法。巖石的單軸抗壓強(qiáng)度主要應(yīng)用于巖體的強(qiáng)度分級和巖性描述。
篇三：《巖土工程學(xué)科的前沿問題》讀書報告
巖土工程學(xué)科是一門具有悠久歷史而又具有新的內(nèi)涵的邊緣學(xué)科，它是由巖土力學(xué)和巖石力學(xué)交叉而成，涉及到國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的多個領(lǐng)域，是土木工程、交通工程、礦業(yè)工程等學(xué)科的主要支撐學(xué)科，具有迅速而廣闊的發(fā)展前景。
一、巖土工程問題的特點(diǎn)
1地應(yīng)力的控制作用
在開挖過程中,單純地應(yīng)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(xué)中,又何嘗不是如此。開挖邊坡中,假定不同的初始側(cè)壓力系數(shù),計算得出的位移將有很大差別。由于高側(cè)壓力的影響,超固結(jié)土邊坡可能多次發(fā)生滑動。
2體積力構(gòu)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(jié)構(gòu)上的主要荷載甚至唯一荷載。因此,巖土體結(jié)構(gòu)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(dāng)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(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)中的研究方法生硬地搬到巖土力學(xué)研究中,自然難于符合實(shí)際。有的研究論文采用平面應(yīng)力問題的研究方法,不考慮圍壓的影響,所得結(jié)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(jié)構(gòu)工程相比,巖土工程問題的控制方程要復(fù)雜得多,需要研究的領(lǐng)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(jìn)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(yīng)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(xué)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(dǎo)致原狀巖土材料的力學(xué)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?yàn)槿訑_動造成測定的壓縮系數(shù)偏高,在此背景下導(dǎo)致設(shè)計中的不恰當(dāng)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(qiáng)度計算太冒進(jìn),而采用殘余強(qiáng)度計算又太保守。
3未考慮地應(yīng)力的影響
在地下洞室開挖中,地應(yīng)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(qiáng)度折減法均是如此。而超固結(jié)土坡中由于水平應(yīng)力很大導(dǎo)致滑坡的易發(fā)性,這早已是眾所周知的事實(shí)。
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(jīng)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(zhì)的途徑。從斷裂力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)或是從損傷力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)建立等效介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)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(xué)可以在一定程度上克服這一缺點(diǎn)。
三、巖土力學(xué)發(fā)展前景展望
1發(fā)展原位測試技術(shù),停止原狀土取土技術(shù)的研究
土樣從土層取出后地應(yīng)力就被卸除,即使再精細(xì)的取土技術(shù)也不能保證室內(nèi)測定的參數(shù)與原位一致。節(jié)理巖體更無法取樣試驗(yàn)。因此,發(fā)展原位測試技術(shù),是獲得可靠計算參數(shù)的唯一途徑。
2 加強(qiáng)破壞和變形的細(xì)觀機(jī)制研究,減少湊合表觀現(xiàn)象的假設(shè)性研究。
“大膽假設(shè),小心求證”仍是科學(xué)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(shí)的機(jī)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(xué)精神。當(dāng)前巖土力學(xué)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(yùn)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(fù)雜的屈服面假設(shè)無非為了湊合試驗(yàn)結(jié)果。但如要湊出主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)也能產(chǎn)生體積收縮的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,恐怕還要增加屈服面的復(fù)雜性。回顧一下科學(xué)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(jìn)破壞理論
巖土力學(xué)能否自立,關(guān)鍵在于漸進(jìn)破壞理論能否建立起來。到目前為止,有關(guān)巖土材料的漸進(jìn)破壞和剪切帶形成過程的研究對象仍限于室內(nèi)二軸或三軸壓縮試樣,遠(yuǎn)未涉及實(shí)際工程問題,而且許多學(xué)者純粹把這一過程當(dāng)作數(shù)學(xué)問題進(jìn)行研究。筆者認(rèn)為,解決這一問題的關(guān)鍵在于建立能合理反映巖土材料結(jié)構(gòu)破損過程的本構(gòu)模型,并且研究的重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是針對邊坡和洞室開挖等圍壓降低過程中的結(jié)構(gòu)體破損現(xiàn)象。
4開展風(fēng)化過程的數(shù)值模擬研究
如果說前面提到的漸進(jìn)破壞是指修建工程引起的話,風(fēng)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(nèi),則就不僅僅是地質(zhì)學(xué)家研究的事。當(dāng)然,研究這一問題的難度很大,因?yàn)槌肆W(xué)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(xué)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(jìn)展,就可以認(rèn)為巖土力學(xué)已經(jīng)達(dá)到成熟的階段。
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