岩土测试是工程地质勘察的重要方法之一，目的是获得各类岩土体的物理、力学等方面的相关指标，用以分析评价岩土体工程性质，为进行各项分析、计算提供参数。

岩土测试方法种类很多。按样品类型分为两大类：一类是针对岩石和岩体开展的测试，另一类是针对土体所开展的测试。它们的测试项目往往不同，即使项目相同，试验方法也往往不同。按实验地点也分为两类：一类是室内实验，就是从现场取样品，在实验室内进行测试，一般进行的都是小试件实验。针对土体的称为土工实验，包括土的物理、力学、化学和矿物分析等实验。岩石室内实验只能针对完整岩块（岩石）和结构面进行测试，称为岩石室内实验，包括岩石的物理、力学、化学和矿物分析、结构面力学等实验。另一类是现场试验，也称原位试验。原位试验与室内实验相比较有不少优点。原位测试所涉及的试样尺寸较室内样品要大得多，因而更能反映岩土体的宏观结构（如裂隙等）对其性质的影响。对于土体来讲，原位测试是在不扰动或基本不扰动土层的情况下进行的，毋需取样，避免了因钻探取样、运输所带来的一系列困难和问题。对于岩体来讲，因为其结构性的特征，室内实验几乎无法开展，只能在现场开展原位试验，这样测试结果才真实可靠。

下面简要介绍几种常用的土体和岩体原位测试方法。

9.2.3.1　平板静力载荷试验

平板静力载荷试验（PLT），简称载荷试验，主要用于各类土体，它是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法（图9-11）。载荷试验是在保持地基土天然性状的基础上，在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基土的变形特性。载荷试验的优点是利用其成果确定的地基承载力最可靠、最有代表性，可直接用于工程设计。其成果用于预估建筑物的沉降量效果也很好。因此，在对大型工程、重要建筑物的地基勘测中，载荷试验一般是不可少的，是目前世界各国用以确定地基承载力的最主要方法，也是校核其他土的原位试验成果的基础。

图9-11　载荷台式加压装置

1.载荷台；2.钢锭；3.混凝土平台；4.测点；5.承压板

通过施加静力载荷，可以得到压力-沉降量关系曲线，进而确定地基土承载力基本值f0、变形模量E0。

9.2.3.2　静力触探试验

静力触探试验（CPT），简称静探，是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。它分为机械式和电测式两种。电测静力触探是应用最广的一种原位测试技术，它明显的优点是：①兼有勘探与测试双重作用；②测试数据精度高，再现性好，且测试快速、连续、效率高、功能多；③采用电子技术，便于实现测试过程自动化。

探头是静力触探仪测量贯入阻力的关键部件，有严格的规格与质量要求。一般分圆锥形的端部和其后的圆柱形摩擦筒两部分。目前国内外使用的探头可分为3种型式（图9-12）：

（1）单桥探头。是我国特有的一种探头型式，只能测量一个参数（比贯入阻力ps），分辨率（精度）较低。

（2）双桥探头。可以同时测量锥头阻力（qc）和侧壁摩阻力（fs），分辨率较高。

图9-12　静力触探探头

（3）孔压探头。它是在双桥探头中再安装一种可测孔隙水压力的传感器，分辨率最高，在地下水位较浅地区应优先采用。

静力触探不适用于碎石土，主要用于砂土、粉土、黏性土等土层，而孔压静力触探主要适用于黏性土，其成果应用很广，可以用来划分土层、确定土类、获取各土层工程性质指标（包括含水率、密度、抗剪强度参数）、确定单桩承载力等，利用孔压触探还可以求饱和土层固结系数及渗透系数。

9.2.3.3　动力触探试验与标准贯入试验

动力触探试验（DPT）（简称动探）及标准贯入试验（SPT）（简称标贯），都是利用一定重量重锤，按照一定的落距，将标准规格的探头打入岩土中，根据打入一定深度所需要的锤击数来判定岩土的性质，并进行力学粗略分层的原位测试方法。动探探头是实心的锥头，而标贯是空心的贯入器（图9-13、图9-14）。根据所用穿心锤的重量将动探分为轻型、重型及超重型3种。动探和标贯的优点是：设备简单且坚固耐用；操作及测试方法容易；适应性广，动探可以用于各类土体和软岩、强风化岩石，标贯主要用于黏性土、粉土和砂土中；测试速度快、经济，能连续测试，标贯试验还可同时取样观察描述。

图9-13　重型、超重型动力触探探头

（单位：mm）

图9-14　标准贯入器

（单位：mm）
1.贯入器靴；2.贯入器身；3.排水孔；4.贯入器头；5.探（钻）杆接头

无论是动探还是标贯，都是依靠获得的锤击数来进行力学分层、确定土类和定名，确定地基土承载力、桩基承载力和桩基础持力层。利用标贯还可以判断砂土液化、确定黏性土稠度及抗剪强度参数等。

9.2.3.4　旁压试验

旁压测试（PMT），是通过旁压器在竖直的孔内加压（图9-15），使旁压膜膨胀，并由旁压膜（或护套）将压力传给周围土体（或软岩），使土体（或软岩）产生变形直至破坏，通过量测施加的压力和土体变形量，绘制应力-应变关系曲线，用来确定地基允许承载力、地基土旁压模量等参数。

9.2.3.5　十字板剪切试验

十字板剪切试验（FVST），是用插入饱水软黏土中的十字板头（图9-16），以一定的速率旋转，在土层中形成圆柱形破坏面，通过测量土的抵抗力矩计算不排水抗剪强度。其优点是对饱水软黏土不用取样，可以保持土体的实际状态及受力状况，测试结果可靠；野外测试设备轻便，便于操作；测试速度较快，效率高。但该方法对较硬的黏性土和含有砾石、杂物的土不适用，否则会损伤十字板头。

图9-15　旁压试验示意图

图9-16　十字板头

9.2.3.6　岩体变形试验

岩体变形试验的主要目的是测试岩体变形参数，分析岩体受压力时的变形特征，常用的测试方法有承压板法和钻孔变形法。

9.2.3.6.1　承压板法

承压板法适用于各类岩体，由于试验中需要很大的反力，往往在平硐中进行。有刚性承压板法和柔性承压板法之分。刚性承压板法如图9-17所示，是通过承压板（其弹性模量大于岩体一个数量级以上）对半无限空间岩体表面施加压力并量测各级压力下岩体的变形。柔性承压板法如图9-18所示，是在测试岩体中布置测试孔（中心孔），在岩石表面加压，测试受压后中心孔内不同位置处岩体的变形。通过压力与变形之间的关系，可以按弹性理论计算出岩体的变形参数。

图9-17　刚性承压板法试验安装示意图

9.2.3.6.2　钻孔变形法

钻孔变形法是利用钻孔膨胀计或压力计，对孔壁施加径向水压力（图9-19），测记各级压力下的钻孔径向变形（U）。按弹性力学中厚壁筒理论，钻孔径向变形U为：

图9-18　柔性承压板法中心孔安装示意图

1.混凝土顶板；2.钢板；3.斜垫板；4.多点位移计；5.锚头；6.传力柱；7.测力枕；8.加压枕；9.环形传力箱；10.测架；11.环形传力枕；12.环形钢板；13.小螺旋顶

式中：d——钻孔直径（cm）；

p——压力（MPa）；

μ——岩体泊松比；

E——变形模量（MPa）。

利用式（9-1）可求得岩体变形模量E。钻孔变形法适用于软岩和中坚硬岩体，其优点是：①对岩体扰动小；②可以在地下水位以下和较深的部位进行；③试验方向基本不受限制，且试验压力可以达到很大；④在一次试验中可以同时量测几个不同方向的变形，便于研究岩体的各向异性。缺点是试验涉及的岩体体积较小。(www.daowen.com)

9.2.3.7　岩体直剪试验

岩体直剪试验适用于各类岩体，根据剪切面的不同，可分为沿岩体本身、沿岩体内结构面及沿岩体与混凝土接触面剪切3种。每种试验又可细分为抗剪断试验、摩擦试验及抗切试验。抗剪断试验是试件在一定的法向应力作用下沿某一剪切面剪切破坏的试验，所求得的强度为试件沿该剪切面的抗剪断强度；摩擦试验是试件剪断后沿剪切面继续剪切的试验，所求得的强度为试件沿该剪切面的残余剪切强度；抗切试验是法向应力为零时试件沿某一剪切面破坏的试验。直剪试验也要在平硐中进行。

通过试验，得到不同法向应力下的岩体、结构面或岩体与混凝土接触面的峰值强度及残余强度，可以按库仑理论确定相应的黏聚力和内摩擦角值。

9.2.3.8　岩体地应力测试

岩体地应力测试方法很多，应力解除法和水压致裂法最为常用。

9.2.3.8.1　应力解除法

测试原理是：岩体在应力作用下产生变形，当需测定岩体中某点应力时，将该点一定范围内的岩体与基岩分离，使该点岩体上所受应力被解除掉。这时由该应力产生的变形（或应变）即相应恢复。通过一定的量测元件和仪器量测出应力解除后的变形值，即可根据应力与应变关系求得对应的应力值。

应力解除法据测量方法不同可分为表面应力解除法、孔底应力解除法和孔壁应力解除法等多种。对于孔壁应力解除法，当应变计3个探头之间互成45°角时，按下式可计算地应力：

图9-19　钻孔变形试验

式中：σ1、σ3——垂直于孔轴平面内的最大、最小主应力（MPa）；

Ua、Ub、Uc——分别为0°、45°、90°方向的孔壁径向位移（10-4cm）；

R0——测量孔半径（cm）；

Em—岩体的弹性模量（MPa）。

9.2.3.8.2　水压致裂法

水压致裂法是利用橡胶栓塞封堵一段钻孔，然后通过水泵将高压水压入其中，使孔壁岩体产生拉破裂（图9-20）。

假定铅直钻孔孔轴平行于某一岩体应力分量，典型情况是（图9-21）：压力从p0开始增加，到峰值pc1时，孔壁某特定部位将产生拉破裂，压力也随之降低，并稳定于ps，这一压力称为封井压力（或称关闭压力）。这时若人为地降低水压力，则孔壁拉裂隙在岩体应力作用下将闭合。当再次升压时，裂隙将再次张开，压力达到峰值pc2后再次降低并稳定在ps值附近。利用测得的几个特征压力pc1、pc2、ps及拉裂隙方位等数据，根据弹性力学中圆形孔洞周边应力公式即可求得岩体中的两个水平应力值，而铅直应力可大致等于ρgh（ρ为岩石密度，g为重力加速度，h为深度）。另外，大量的试验资料表明，孔壁的初始破裂通常是铅直的，且沿最大水平主应力方向发展，借此可判断岩体中水平应力的方向。通过下式可以计算地应力：

图9-20　水压致裂法装置图

图9-21　孔内压力随时间的变化曲线图

式中：pc1——岩体中出现铅直向裂隙的峰值压力（MPa）；

pc2——裂隙再次开启时的开启压力（MPa）；

σHmax、σHmin——分别为岩体中的最大、最小水平主应力（MPa）。

9.2.3.9　现场波速试验

现场波速试验的基本原理是利用弹性波在介质中传播速度与介质的动弹性模量、动剪切模量、动泊松比及密度等的理论关系，从测定波的传播速度入手，求取岩土体的动弹性参数。方法有单孔法和跨孔法。

单孔法测试装置如图9-22所示，在钻孔中放置检波器，在地表用大铁锤敲击压有重物的厚木（钢）板，用地震仪记录波形，从孔底向上，按预定测试深度依次作完，其测试深度最深不超过80m，浅层效果较好。跨孔法测试装置如图9-23所示，一个孔作震源孔，两个孔作接收孔，利用两接收孔水平距离及接收到地震波时间的间隔计算波速，测试精度较高。

通过波速可以计算岩土体的动弹性参数剪切模量、弹性模量、泊松比和动刚度等，还可以划分场地土类别，判别砂土或粉土的地震液化，评价岩体风化程度及完整性。

图9-22　单孔法测试装置