岩土工程勘察、测试与评价进展 刘松玉蔡国军张炜”周宏磊邓永锋 1.东南大学岩土工翟研究 摘要：文章全面总结了近5年岩土工程勘察测试与评价领域的技术进展，主要包括土工室内试验 斯，江苏南京211189 技术，原位测试技术、模型试验以及岩土工程勘察测试智能化技术.
重点介绍了特殊环境（低温） 2.安撒建益大学，安合 试验技术、特殊材料（含气土、污染土等）、新型微观分析、技术原位测试新功能与新应用、水陆 8& 230601 3.中机国际工程设计研究院 城超深原位测试技术、土工离心机技术、大型模型试验技术、智能勘察技术、智能监测技术、智 有限责任公司，湖南长沙 能评价技术以及岩土工程智能管理平台建设等方面的进展.
分析表明，重大工程建设、低碳绿色 410021 理念、智能技术、极端环境催生了一批岩土工程勘察测试新技术与新方法，智能化测试与评价是 4.北京市勘察设计研究院有 未来一段时期我国岩土工程勘察评价技术发展的方向.
限公司，北京100038 关键词：室内试验；原位测试；离心机模拟；模型试验；环境岩土；土工监测；智能化 中图分类号：TU41文献标识码：A文章编号：1000-131X（2024）10-0108-17 DOI : 10. 15951/j. tmgexb. 23121014 State-of-the-art developments in geotechnical testing and site investigation Lis Songu’ Cai Gaajun'Zhng Wei?Zhou Honglei* Deng Yongfeng 1. Institue of Gntnhira Abstract: This paper summarizes the rerecent advancements in geotechnical tests Engiring St Cisesity . including laboratory testing in-situ testing model testing and inteligenl geotechnical Nayixg 211189 Cbios 2. Aslsi Jianahw Cisienily testing. The state-of-of-the-art developments in special environment testing special materials Hfiri 230601 Chint testing new micro-analysis technology new applications of in-situ testing deep in-situ 3. Chins Machiny nemtif testing in water and land centrifuge testing large-scale model testing advanced monitoring Enginering Desipm & Reeark technology intelligent surve and intelligent evaluation were highlighted. It is foumd that Instirasr Gs. Laf. Chongshe major projects low-carbon green concept intelligent technology and extreme enviroment 410021 Chi 4. BGI Enginering Conl promote the development of geotechnical testing techniques and new methods. In the future Lal. Bejing 100038 Chine intelligent testing and evaluation are the development direction of geotechnical testing in China. Keywords; laboratory test; in-situ test; centrifuge test; model test; environmental geotechnics: monitoring; intelligence E-mail; liusy@ seu. edu. cn 作者篇合：刘检玉，博士，教授收稿日期：2023-12-07 国中
1.1.2冻土试验技术 引言 冻土力学性质具有较强的不稳定性，在全球气 候变暖的背景下，开展复杂环境条件下冻土基本力 岩土工程勘察测试是科学认识岩土材料性质、 学性质研究至关重要.
众多学者利用冻胀试验系统、 准确获取各类岩土参数、合理进行工程设计的基础， 冻胀融沉试验设备和土柱试验装置进行了冻结试验， 也是确保各类工程建设安全的关键.
并基于冻土多场耦合分析方法建立冻土水-热-变形耦 近年来，信息技术、低碳绿色、重大工程建设 合冻胀模型.
马巍等采用低温常规三轴仪进行不 有力推动了岩土工程勘察测试技术创新发展.
为分 同应力路径下冻土三轴试验，研究发现冻土应力-应 析确定岩土体在应力场、渗流场、温度场、化学场 变曲线多为双曲线形式，围压、应力路径和温度是 等作用下的性状，无论在微观、单元体试验还是在 影响冻土强度、变形特性的主要因素.
在冻土的静 宏观测试评价方面均取得了创新，并向智能化方向 力学特性方面，Liang等采用低温三轴进行冻结砂 突破发展.
本文对近五年岩土工程室内试验、原位 土三轴试验，研究发现温度只影响冻土的有效黏聚 测试、模型试验以及勘察测试智能化方面的进展进 力，面不影响有效摩擦角，孔隙基质产生的内部约 行全面总结，并进行了未来发展展望.
束和黏聚作用提高了峰值强度.
在冻土动力学特性方面，凌贤长等利用低温 1土工室内试验技术进展 动三轴仪研究了冻结粉质黏土和冻结橡胶加筋膨胀 土的动力变形特性，研究发现Hardin-Dmevich双曲 常规土工室内试验技术已经成熟，并有系列规 线模型可准确反映冻土动应力-动应变关系，温度、 范可循.
近年来，针对复杂环境下岩土体室内试验、 含水率和冻融循环次数对冻土动剪切模量和阻尼比 特殊土工材料测试技术以及岩土精细化微观测试技 影响显著，围压和压实度的影响相对较羽：初始含 术方面取得了很多进展.
水率越高，冻结粉质黏土的回弹应变越小、累积塑 1.1温控试验技术 性变形越大.
Zhou等发现围压、动应力幅值、应 1.1.1温控迁移与吸附试验 力路径、初始应力比均对冻土临界动应力和长期循 悬浮颗粒在多孔介质中的迁移和吸附研究在地 环特性有显著影响，并基于安定性理论提出了冻土 下水回灌、污染物扩散、核废料处置等领域有重要 路基疲劳寿命可靠性评价方法.
的应用价值.
白冰等口研制了温控渗透迁移试验装 1.2特殊土/材料试验技术 置（图1）、组合式长土柱渗透迁移试验装置、以及温 1.2.1含气土室内试验技术 控静态吸附-解吸试验装置等设备，开展了温度作用 含气土泛指土中气体以气封闭态赋存，且气相 下多相悬浮物质耦合迁移、温控静态吸附-解吸附等 为自由、溶解或气水化等物态形式的土类.
含气土 试验，探究了悬浮物质颗粒形态、粒径、渗透速度、 是一种典型的特殊土，其受到固-液-气三相耦合作 溶液酸碱度以及界面特征等对悬浮颗粒吸附和运移 用，作用机理较为复杂.
中科院武汉岩土所王男 的影响，构建了一个全新的考虑吸附历史的静态吸 等提出了含气土制备方法，研发了含气土多功能 附-解吸模型.
三轴仪（图2）等试验装置，测试了不同含气量下含气 土的强度、渗透系数、渗气系数、液化强度等参数， 测压管 探究了气体释放后含气土的参数演化规律，提出了 空腔内电热板 含浅层气土的4种典型赋存类型（囊状气泡含气土、 地热用阿瓷板 间隙气泡含气土、位移气泡含气土、裂隙气模含气 土）以及含气砂土的状态相关亚塑性本构模型.
动家 量计 按数据采果系统 1.2.2珊瑚砂蜡变测试技术 转换开关 钙质砂是一种海洋生物沉积形成的具有特殊结 转置座 构和力学性质的岩土材料，是我国南海岛礁吹填工 轻湿水霜 原子吸收光增仅分光允发计 程的物源材料，研究其蝠变特性对岛礁的稳定性和 图1温度控制渗透迁移试验装置 变形控制具有重要的意义.
曹梦等”针对我国南海 Fig. 1 Temperature-controlled permeation 岛礁吹填工程的钙质砂开展了一系列不同围压下的 migration testing apparatus 三轴变试验，提出了一种螺变应变与时间、偏应 中国两击测评价进界et 2004年10月第57券第10期=4学报1109
力和有效围压相关的蜡变模型.
济大学研制了一种多场多相耦合气体渗流过程三轴 试验系统（图3），研究了气体进人和突破的机理.
Cui等[5利用该系统对高庙子膨润土进行了系统的气 体注入试验，成功捕捉到超低渗透性致密膨润土的 应力路径 三轴仪 进气值和气体突破压力.
容器仪 高压 控温水洛 土体声响应 测试装置 图2含气土多功能三轴仪 Fig 2 Multifunctional triaxial system for gassy soil 1.2.3MICP多尺度评价技术 图3多场多相耦合气体渗流过程试验系统 近年来，微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）为代表 Fig 3 Multi-field and multi-phase coupled gas 的微生物岩土技术得到了发展，其微观尺度矿化机 masis isap ssanoud agedaas 理、中观尺度强度表征和宏观尺度监测应用仍然具 1.2.5碳化土试验技术 有挑战性.
在微观尺度矿化机理方面，Xiao等研 利用土壤改良进行减碳、固碳是目前岩土工程 发了具备时空分辨率的微流控微生物矿化可视化系 发展的热点.
以活性MgO作为基材，结合一定压力 统，实现了MICP矿化的微观尺度全过程监测； 下的CO进行碳化固化是实现岩土固碳的重要方法， Zehner等结合吸收光谱法与光学显微镜/共聚焦激 这类经碳化改良后的土体被称为碳化土.
叶烨基 光扫描显微镜，实时和原位监测了小体积（200uL）和 于三轴渗透仪，实现了三轴碳化装置的自主改装与 颗粒尺度下的MICP沉淀过程中pH的变化）.
测试，探究了活性MgO-CO碳化土的力学性质、固 在中观尺度强度表征方面，Na等应用改进的 化机理和耐久性等.
研究结果表明，MgO碳化加固 共振柱装置，探究了不同胶结程度下MICP处理砂土 土的过程可分为水化反应、离子交换、碳化反应和 的动力特性.
得到了MICP处理砂土的剪切模量随剪 碳化产物包襄填充4个阶段.
碳化土相比水泥土具有 应变的衰减曲线：部分学者采用低场核磁共振法 低碳排放、显著碳吸收和较低的pH值等良好的环境 （LF-NMR），研究了MICP孔隙中碳酸钙沉淀物的分； 效益["].
Peng等利用电化学阻抗谱仪（EIS）表征MICP注浆 1.2.6锚杆-土界面剪切试验技术 裂隙的电阻率，并应用于渗透率预测.
近年来界面剪切试验相关研究技术和分析手段 在宏观尺度方面，章君政等成功将高密度电 取得了一定进展.
Zhu研制了一种界面剪切应力松 阻率层析成像技术（ERT）应用于MICP的矿化过程监 弛拉拔试验装置，该装置通过特制的涡轮丝杆升降 测；Sun等[提出了适用于MICP固化砂柱的电阻率 机（可消除界面剪切位移引起的测试误差）作为加载 模型：新泽西州立大学Saneiyan等利用光谱诱导 系统来控制位移/应变在整个测试过程中保持恒定 极化（SIP）和感应极化（IP）等地球物理探测方法在试 值，利用该设备，针对锚-土界面开展界面剪切试验， 验现场有效监测了碳酸钙的沉淀.
总结了锚-土界面剪切强度随土体黏聚力和内摩擦角 1.2.4多场多相耦合气体渗流过程试验系统 变化的经验公式，建立了可同时考虑剪应力水平和 气体在岩土体中的渗透研究对于二氧化碳储存 土体干密度影响的锚-土界面剪切蠕变模型.
和核废料处置十分重要.
膨润土等超低渗透率岩土 1.2.7颗粒土接触特性试验技术 材料在气体突破贯穿前，几乎无气体流量，然而气 在现代土力学中，可以基于颗粒之间的力学响 体突破后，气体流量剧增.
为了获取超低渗透饱和 应推导颗粒材料宏观力学行为.
此后，诸多学者开 土工材料中气体运移全过程中的气体流量特征，同 展了颗粒土力学性能试验设备的开发及相关研究.
国
Cole等开发了测试颗粒材料法向接触力学特性的 主体腔室组成.
通过加荷装置和气压控制仪，能分 试验仪器，该设备采用非接触式激光位移传感器及别模拟实际工况中的上覆应力和气体压力梯度，同 高精度力传感器测量颗粒加载过程力学行为.
时通过数据采集系统实时获取相关参数，根据达西 Senetakis等”采用了支架轴承和线性马达加载系统，定律和Fick第一定律分别得出试样的气体渗透系数 并采用底部滑板的模式实现了较为可控的颗粒法向 和气体扩散系数.
该测试系统已被应用于上覆荷载 加载及切向剪切.
He等研发了适用于中到大尺寸 作用下改性膨润土防水毯以及膨润土防水毯搭接结 颗粒材料（5-70mm）的颗粒材料试验仪器，并显著提 构”的气体阻隔特性测试.
升了仪器刚度和强度.
针对既有仪器仅能实现慢速 在土工膜复合屏障施工过程中，存在人为或偶 的准静态加载间题，He等”进一步研发了动态加载 然因素导致土工膜的破损进而导致土工膜复合屏障 微观力学试验仪器，以便研究颗粒加载速率效应.
的防渗性能下降，其次，土工膜之间的搭接形式、 该仪器实现了0.18mm/h至1000mm/h以上的横跨4 止水条材质及缺陷、阻隔回填材料类型等亦会影响 个数量级的扩展速度范围剪切测试，用于测试颗粒 土工膜复合竖向屏障的防渗性能.
东南大学环境岩 间接触刚度和摩擦系数.
土团队自主研发制造了一种测试土工膜复合竖向屏 1.3污染土室内试验技术 障渗漏的模型装置.
该装置可实现基于土工膜破损、 1.3.1污染物运移参数测试装置 搭接形式、止水条材质与缺陷、污染液种类、应力 污染物在黏性土中的运移过程中表现出“化学渗 影响以及屏障材料类型这些影响因素，对土工膜复 透膜效应”，需要采用化学渗透膜效率系数进行评 合竖向屏障渗漏问题进行模拟.
价.
同时，在低渗透工程防污屏障中及低水力梯度 1.4微观分析技术 条件下，扩散是溶质的主要运移方式.
基于化学渗 透膜效率和有效扩散系数的测试需求，东南大学环 1.4.1低场核磁共振（NMR）技术 境岩土工程研究团队自主开发了化学渗透膜效率系 低场核磁共振是一种利用磁场强度进行核磁共 数、有效扩散系数以及阻滞因子的一体化测试装置， 振信号探测的无损检测技术，具有连续性、无损、 用于改性土-膨润土回填料以及碱激发矿渣-膨润土- 准确度高等优点.
目前NMR技术已被成功应用于土 土回填料的阻隔特性测试：在低渗透水平覆盖工 体、岩石等岩土材料，涉及碳氢化合物或重金属污 程屏障中及低气体压力梯度条件下，气体有效扩散 染物污染程度评估、非饱和土体及岩石力学行为表 系数为定量表征气体扩散特性的参数之一，东南大 征以及流体流动行为及渗流特性分析等.
Xu等利 学环境岩土工程研究团队自主研发了基于3D打印的 用低场核磁共振技术对人工预压裂砂岩进行可视化 气体扩散系数测试装置，应用于压实黏土的气体阻 分析，研究了其孔隙结构演化规律及流体分布特征， 隔特性测试24].
探讨了低场核磁共振技术在研究岩土材料孔隙、裂 1.3.2防渗阻隔性能测试技术 隙结构特征及流体渗流特性方面的适用性.
研发了改进滤失试验和柔性壁水力渗透试验用 1.4.2X射线计算机断层扫描技术 于防渗阻隔性能测试.
改进滤失试验是基于关国石 X-ray断层扫描技术（简称X-ray CT）是基于X射 油协会（API）推荐的滤失试验改进得到的一种可方 线的穿透和被物体吸收的特性，通过对物体进行多 便、快捷、有效测试材料渗透系数的方法，已被国 角度的X射线源扫描，生成一系列投影图像，并利 内外多名学者应用于测试膨润土滤饼、阻隔屏障材 用计算机重建物体内部结构的一种非破坏性成像技 料、膨润土防水毯（GCL）等材料在污染溶液作用下 术，可实现观测物体内部结构、颗粒分布、颗粒形 的渗透系数.
态变化等微观特性的可视化.
近年来，X-rayCT已被 柔性壁渗透试验，常用于土样（重塑土、压实 成功应用于岩土体力学行为及变形特性的表征和液 土、原状土等）以及膨润土防水毯在不同化学溶液下 体流动及污染物运移机理揭示、滑坡沉降等地质灾 渗透系数的测定，国内外学者应用柔性壁渗透试验， 害风险评估等.
Wei等基于X-ray CT技术研究并 对不同污染物溶液作用下的竖向阻隔墙回填料、膨 定量表征了黄土的三维孔隙/裂隙微观结构，揭示了 润土防水毯等进行了防渗性能评估.
黄土坍塌过程中的微观结构演化机制.
唐朝生等（] 为测试覆盖阻隔层性能，东南大学环境岩土团 将X-rayCT技术应用于黏土的润湿-干燥过程中的土 队自主研发了气体渗透-扩散一体化测试系统，该系体微观结构演化研究，定量表征了3D裂纹网络结 统由加荷装置、气压控制仪、数据采集系统和试验构，揭示了干燥裂缝时空演化规律.
中国两零测核价et 2004年10月第57每第10期=4学报1111
1.4.3纳米压痕技术 传感器等.
东南大学自主研发了地震波CPTU、电阻 纳米压痕是采用一个较小的尖端压头压人材料 率CPTU、热导率CPTU等多功能CPTU设备，已在 内部，进而得到一个荷载-位移曲线（P-h曲线）并对场地液化评价、基坑等[工程中广泛应用.
其进行分析.
纳米压痕试验可得到被测材料压痕位 近年来，基于光纤传感的CPTU探头研发取得了 置处的压痕硬度H和压痕模量M.
Lin等I将纳米 进展.
孙义杰等提出了一种基于FBG的双桥静力 压痕技术应用于水泥固化土，揭示了水泥土的强度 触探探头.
针对海底浅表层沉积物强度低，水压高 形成机理，建立了水泥土细观到宏观跨尺度越阶模 的特点，谷忠德等研发了基于光纤传感技术的海 型.
Geng等通过纳米压痕和劈裂试验测试了水泥 底浅表层沉积物原位测试技术，包括锥形触探仪和 基材料层界面的力学性能，阐明了水泥基材料层界 球形贯人仪，提高了海底浅表层沉积物的测试精度， 面双重分层结构的起源.
罗最曼[3通过纳米压痕技 锥形触探仪能够测试2-20kPa的软土，球形贯人仪 术，阐明了在不同压痕深度下，页岩各相组成矿物 能够测试0.5-5kPa的软土.
弹性模量的变化机理，提出了多相复合材料跨尺度 蒋明镜等”研制了TJ-1模拟月壤静力触探模型 力学性质的分析手段.
箱，开展了不同贯入角度下的静力触探实验和离散 1.4.4高精度声发射（AE）技术 元模拟，提出了锥尖阻力与贯入倾角以及归一化锥 近年来，高精度AE技术得到了快速发展，其可 尖阻力和重力场系数之间的关系.
实现实时连续、高信噪比、三维可视化测量，已成 2.1.2水域超深CPTU测试技术 为研究砂土等散粒体材料的微观力学机制的新手段.
海上油气开发和海洋风电场建设推动了水域 Lin等采用高性能AE测试系统，用于砂土三轴剪 CPTU原位测试技术的发展.
基于作业模式的不同， 切试验中，揭示了围压、密实度、饱和度等参数对 水域静力触探主要有海床式、固定式、浮动式和井 砂土AE传播特性和AE特征信息演化规律的影响， 下式等.
近年来在海床式和井下式方面取得了突破.
实现了砂土剪切带演化的三维可视化.
海床式CPTU通过缆绳将框架支撑系统稳定坐在 海床上，采用电力或液压驱动探杆，使探头以匀速 2原位测试技术进展 贯人被测试的海底土体中，一般适用于水深3-300m 的水域，重型海床CPT系统重量一般为5-28t，采用 原位测试在工程原位测试岩土工程性质，具有刚性探杆，贯人深度可达20-60m，最深可达80m.
连续、快捷、可靠等特点，避免了钻孔取样扰动，海床式CPT测试已在港珠澳大桥等多个大型工程中 是真实获得岩土工程参数的有效方法.
近年来，随成功应用.
着传感器技术、信息技术的发展和不同类型重大工 井下式CPT测试系统将钻探和静力触探结合起 程的需求，原位测试技术在水/陆域超深、多源化方 来，采用循环推进的方式，其最大优势是贯人深度更 面取得了突破.
大，且能够用钻探的方式穿透坚硬土层.
中铁大桥院 2.1高精度多功能CPTU测试技术发展 研制了一种船载式悬挑式孔压静力触探试验平台及桁 2.1.1多功能CPTU原位测试技术 架式静力触探系统（图4），可根据潮差大小调整平台 刘松玉等[融合数字传感、新材料、信息化 高度，显著提高工作效率和安全保障.
该方案在帕德 等技术研制成功新一代多功能孔压静力触探 玛大桥、海太长江隧道以及常泰长江大桥等工程中已 (CPTU）测试系统及数字式CPTU探头和智能化数 成功应用，测试深度可达海（河）床下130m.
据采集分析系统.
测试深度可达70m以上，同时 通过大量测试对比分析，我国目前已建立了适合我 能够承受2MPa水压力，并建立了基于CPTU原位 国水域CPTU测试的土分类表和参数评价方法，颁布了 测试参数的我国工程土分类方法和基于CPTU原 《水运工程静力触探技术规程》（JST/T242-2020、 位测试的土体工程特性、桩基承载力、土体液化、 《海洋静力触探测试技术规程》HG/T20716-202011 污染物范围分析方法.
等，大大提高了我国水域CPTU原位测试技术水平.
随着传感器技术的发展，国内外许多机构在传 此外，针对水域浅层超软土测试需要，国内外 统的CPTU设备当中集成了各类新型传感器，促使 目前发展了自落式触探测试技术（FFPs），通过记录 CPTU测试向多功能化发展.
目前，CPTU中集成的自落式触探贯入土中的加速度、速度以及位移，可 传感器主要包括地震波传感器，电阻率传感器，温以评价土体不排水抗剪强度.
自落式触探测试探头 度传感器，放射性传感器，膜界面传感器，可视化 可分为锥形和球形有效测试深度仅为1-2m.
国中
