岩土力学试验是矿产地质勘查、水文地质和工程地质调查、环境地质调查、地质灾害调查与防治等地质工作的基础性工作,也是岩土工程勘察设计和岩土力学科学研究的重要内容。
1923年,美国土力学家K.太沙基根据土的压缩过程中孔隙水压力消散规律,提出了一维固结理论和有效应力原理,该原理为土的固结试验和强度试验的理论基石。1963年,英国土木工程学家K.H.罗斯科在压缩试验和等向三轴压缩试验基础上提出了现代土力学理论中的剑桥模型。中国岩土工程与水工建筑专家黄文熙,于1945年创立了中国第一个土工试验室。中国的岩石力学试验与研究,是在20世纪50年代末大规模兴建水利水电工程基础上发展起来的。借助岩土力学理论、电子测量技术和计算机信息技术的发展,岩土力学试验技术取得了显著的进步,如三轴测试技术、原位测试技术、数据采集和分析技术等得到了广泛应用。
按研究对象不同,岩土力学试验可分为岩石力学试验和土工试验两类;按场地和环境条件不同,又可以分为室内试验和岩体原位测试。①室内岩石力学试验。主要有含水率试验、颗粒密度试验、块体密度试验、吸水性试验、声波速度试验、膨胀性试验、单轴抗压强度和单轴压缩变形试验、三轴压缩强度和变形试验、抗拉强度试验、抗剪强度试验等。②岩体原位测试。主要有岩体变形试验、岩体强度试验、岩体应力测试等。③室内土工试验。主要有含水率试验、土粒比重试验、密度试验、颗粒分析试验、击实试验、界限含水率试验、膨胀性试验、渗透试验、直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验、固结试验、黄土湿陷性试验、振动三轴试验等。④土体原位测试。主要有静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验、载荷试验、现场直剪试验等。
岩土力学试验的成果可应用于以下几个方面:①工程地质条件与环境地质条件预测及评价。②为各类岩土工程勘察设计与施工提供参数和依据。③滑坡、边坡、地基、隧道围岩等岩土体的变形与稳定性分析。④揭示岩土的变形规律、强度特征及破坏机理,建立数理模型。⑤岩石和土作为工程材料应用时的质量评价依据。在应用中,岩土力学试验也存在一些问题:①室内试验样品的代表性、取样和运输过程中不可避免的扰动、初始应力释放等,使试验结果不能完全确切地反映天然状态下的岩土性质。②室内试验的边界条件和样品结构特性与现场岩土体实际状况有较大差异。③室内试验样品所处的应力场与现场迥异。④原位试验中,测点的代表性、边界条件和应力路径难以控制,埋设测试元件对岩土体造成扰动等。
随着岩土力学理论不断发展并应用于岩土工程设计,新的试验方法、试验仪器研制及标准化工作将得到推进,原位测试技术、离心模型试验等越来越广泛地应用于重大岩土工程设计。岩土试验工程师在进行试验设计和数据分析时,将更加注重与现场结合。利用现代信息技术,模拟岩土单元在实际地质环境条件下应力和应变特性的虚拟测试技术研究有望得到发展。另外,随着生态环境建设理念的不断深入,污染场地测试、天然放射性环境测试、土工合成材料测试等工作将使岩土力学试验内涵不断扩展。