摘要：岩土测试在金属矿山工程中扮演着重要的角色，它可以评估地质环境和土壤的特性以及设计合适的开采方案和支撑结构。该领域的测试技术涵盖了从采样、试验到数据分析和解释的各个方面。其中一些主要的测试包括原位测试、土壤力学试验、岩石力学试验、地震测试和地下水测试等。这些测试可以确定地质环境中的主要问题和潜在风险以及优化开采和支撑结构的设计，从而确保金属矿山工程的安全和可持续性。本文选取某露天金属矿床实例系统研究，根据岩土工程勘察技术要求，对其进行岩土测试和库区工程地质条件评估，得到岩土物理力学性质、地层渗透系数、地基承载力以及场地类别结果。

　　关键词：金属矿山；岩土测试；原位测试；室内试验

　　1前言

　　岩土测试在岩土工程勘察中扮演着非常重要的角色。岩土测试可以为岩土工程勘察提供准确、详细、全面的数据和信息，为工程建设提供技术支持，同时也是岩土工程勘察的必要环节之一。

　　岩土测试在岩土工程勘察中的重要作用主要体现在以下几个方面。

　　1.1确定地质构造和地层情况

　　岩土测试可以通过钻探、取样、测量等方法，对地质构造和地层情况进行深入研究和分析。通过岩土测试可以了解到地质构造的类型、特点，确定地层的分布、结构、性质、厚度等，为工程建设提供了非常重要的基础数据。

　　1.2确定岩土物理力学性质

　　岩土测试可以通过试验、测量等方法，确定岩土的物理力学性质，如密度、孔隙度、强度、变形性质等，这些参数是岩土工程设计和施工中非常重要的参数。只有通过岩土测试，才能准确地获取这些参数，为工程建设提供技术支持。

　　1.3确定岩土水文地质特征

　　岩土测试可以通过水文试验、测量等方法，确定岩土的水文地质特征，如渗透系数、含水量、水头、水位等参数。这些参数对于水利工程、交通工程等工程建设来说尤为重要，通过岩土测试，可以为工程建设提供准确、全面的水文地质数据。

　　1.4确定岩土水污染程度

　　岩土测试可以通过化验、测量等方法，对岩土水中的污染物质进行检测和分析，确定岩土的污染程度。这对于环境工程和土地资源管理来说尤为重要，通过岩土测试，可以为工程建设提供环境评估和环保措施的依据。

　　岩土测试在岩土工程勘察中的重要作用是不可忽视的。岩土测试可以为工程建设提供准确、全面的数据和信息，为工程设计和施工提供技术支持，同时也是岩土工程勘察的重点。

　　2岩土测试未来发展

　　随着现代科技的不断发展，岩土测试技术也在不断进步。未来岩土测试将继续向更加精准、高效和自动化的方向发展。随着数据分析和人工智能技术的发展，岩土测试数据的处理和分析将变得更加准确和高效。工程师将能够更好地理解岩土性质与工程建设之间的关系，从而更好地进行工程设计和施工。传感器技术的发展将使得岩土测试更加自动化和实时化。例如，在工程建设过程中，可以通过实时监测数据对工程施工过程进行调整和控制。随着3D打印技术的发展，岩土测试可以通过3D打印技术制造岩土样品模型，从而更加真实地模拟岩土的物理和力学性质，提高岩土测试的精度和可靠性。总之，岩土测试技术将在不断创新和完善中不断向前发展，以满足工程建设对高质量、安全和可靠的岩土测试的需求。

　　3岩土测试的主要手段

　　岩土勘察中的原位测试和实验室测试都是获取土体或岩体的工程性质和力学参数的重要手段，但两者的结果可能存在差异，需要进行对比和分析，以确定更可靠的参数值。通常情况下，原位测试的优点是获取数据方便快捷、不破坏土体或岩体，而实验室测试的优点是可以对土体或岩体进行详细的物理和力学性质测试，且测试条件更加控制稳定，数据更加精确可靠。以下介绍几种岩土工程勘察中常见的测试手段。

　　3.1原位测试

　　(1)标准贯入试验。是用质量为63.5kg的重锤按照规定的落距(76cm)自由下落，将标准规格的贯入器打入地层，根据贯入器贯入一定深度得到的锤击数来判断土层的性质。这种测试方法适用于砂土、粉土和一般黏性土。

　　(2)圆锥动力触探试验。圆锥动力触探试验是岩土工程勘察中一种常见的原位测试方法，其原理是利用一定质量的落锤，以一定高度的自由落距将标准规格的圆锥形探头击入土层中。根据探头贯入击数、贯入度或动贯阻力等参数的变化，可以判别土层的变化，评价土的工程性质。圆锥动力触探试验具有操作简便、快速、经济等特点，被广泛应用于岩土工程勘察中。

　　(3)压水试验。现场压水试验的常用方法包括Lugeon试验、Packer试验和Borehole试验等。其中，Lugeon试验通常使用石膏封堵岩心孔道的方法，通过测量岩心孔隙中注入水的速率和水压力的变化，计算出岩石的渗透系数。Packer试验则是通过在钻孔中设置封堵装置，测量孔内压力和水流量来计算土壤或岩石的渗透系数。Borehole试验是将一根特殊的试验管装入钻孔中，通过在试验管内施加一定压力，测量孔内水位和水流量来计算地下水位和渗透系数。

　　3.2室内土工试验

　　室内土工试验中的物性指标试验是评估土壤物理特性的重要手段，主要用于研究土壤的密度、含水率、孔隙比、压缩性等指标。常用的物性指标试验包括。

　　(1)密度试验，通过测量土壤在一定体积下的质量，计算出土壤的干密度和湿密度，进而得到土壤的孔隙比。密度试验是评估土壤结构紧密程度的重要手段，可以用于判断土壤的质量和强度。

　　(2)含水率试验，测量土壤含水量与干重的比值，用于评估土壤的水分状态和饱和度。含水率试验可以通过测量土壤的干重和湿重来进行，是评估土壤物理性质的基础试验之一。

　　(3)孔隙比试验，通过测量土壤的孔隙度和密度，计算土壤的孔隙比。孔隙比试验是评估土壤通透性、渗透性等特性的重要手段，可以对土壤的水文特性进行评估。

　　(4)压缩性试验，通过测量土壤在不同压力下的体积变化，评估土壤的压缩特性，包括压缩系数、压缩模量等。压缩性试验可以通过固结仪等设备进行，是评估土壤力学特性的基础试验之一。

　　4岩土测试在金属矿山工程勘察应用的工程实例4.1项目概况

　　拟建场地位于某市城区北约2km的某矿区内，具体位于某矿业有限责任公司露天采场北西方向的岭南侧，距露天采场420m左右。拟建项目由拦挡坝、库区、排水构筑物组成。建构筑物基本信息，拟建拦挡坝顶部高程为112m，建基面高程为87.5m，坝体高度为24.5m，坝长110m，坝顶宽5m。拟建库区库底高程为90m，锚固平台高程为112~115m。拟建排水构筑物由坝肩沟、消力池、路侧排水沟等构成。两侧坝肩沟高程为115~90m，消力池高程90m，路侧排水沟85~90m。

　　4.2勘察内容及要求

　　4.2.1勘察内容

　　(1)查明场地区域地质构造，地震地质资料。

　　(2)查明坝址及库区(含边坡)水文地质、工程地质条件，进行工程地质评价，并提出工程处理措施建议。

　　(3)查明排水构筑物工程地质条件，进行工程地质评价，并为构筑物设计提出工程处理措施建议。

　　(4)查明库区及周边含水层和隔水层的埋藏条件，地下水类型、流向、水位及其变化幅度。查明库区地下水水质情况。查明或测算库区地下水流域出口(拦挡坝下游坝脚位置)的地下水分季流量。

　　(5)查明环境水对钢筋、混凝土的腐蚀性。

　　4.2.2岩土工程勘察技术要求

　　(1)拦挡坝。①查明坝址地层结构、厚度、渗透性、地质构造、岩土成因类型、埋藏分布情况、物理力学性质(包括岩土的强度和变形参数等)及地基承载力。②查明坝址软土层、粉细砂层、湿陷性黄土等工程性质不良的土层；查明对地基的沉陷、不均匀沉陷、抗滑稳定、渗漏、渗透变形、地震液化的问题，并作出评价，提出工程处理措施建议。③查明地下水的类型和埋藏条件、水位变化幅度与规律、补给条件，并评价地下水的腐蚀性；分析和评价坝基、坝肩的渗漏以及对环境的影响，提出防治渗漏的措施建议；当地层存在渗漏时，对渗漏地层进行压水、注水或抽水试验，确定渗漏范围，估算渗漏量。④应通过现场试验及室内试验，测定各段岩土体的物理力学参数、水文地质参数、地层渗透系数、地基承载力，提出开挖坡比建议值。

　　(2)酸性水调节池库区。①查明库区地层结构、厚度、渗透性、地质构造等工程地质条件，评价存在的工程地质问题，提出工程处理措施建议。②查明可能严重渗漏地段的水文地质条件，对渗漏问题作出评价。③查明滑坡、崩塌等潜在不稳定库岸的工程地质条件，评价其影响。④查明主要溶蚀带(层)的发育特征、分布规律、形态与规模、充填程度、连通情况及其与河流的关系。查明地下水的类型和埋藏条件、水位变化幅度与规律，地表水点和地表水、地下水网的空间分布及补给、径流、排泄关系。⑤应通过现场试验及室内试验，测定各段岩土体的物理力学参数、水文地质参数、地层渗透系数、地基承载力，提出库区开挖坡比建议值，对于不良边坡问题提出合理化处理建议。⑥建议采用钻探为主，结合物探，原位测试、取样室内试验等方式进行。

　　(3)排水构筑物。①查明各排水构筑物沿线地层岩性、特别是软弱土、粉细砂等工程性质不良岩土层的分布及工程地质特性。②查明工程(水文)地质性能、渗透性和岸坡稳定性。③查明滑坡、崩塌等潜在不稳定库岸的工程地质条件，评价其影响，针对排水构筑物基础处理和抗滑问题提出合理化处理建议。④提出各排水构筑物岩土体的物理力学参数和开挖渠坡比建议值，进行工程地质评价，并提出工程处理措施建议。

　　4.3岩土测试布置

　　(1)原位测试。①标准贯入试验，采用自动落锤装置，锤重63.5kg，落距76cm，贯入器至预定深度后，先预打15cm，再记录30cm中每打入10cm的锤击数。②重型圆锥动力触探试验：采用自动落锤装置，锤重63.5kg，落距76cm，贯入器至预定深度后，连续贯入，记录每打入10cm的锤击数。③波速测试试验：采用单孔法进行测试，本次勘察在GKD-9，GKD-11号钻孔进行波速测试试验。

　　(2)压水试验。采用专门的止水设备把一定长度的钻孔试验段隔离出来，然后用固定的水头向这一段钻孔压水，水通过孔壁周围的裂隙向岩体内渗透，最终渗透的水量会趋于一个稳定值。本次勘察分别选取GKD-3的强风化层和GKD-6的中风化层进行压水试验，压水试验严格按照《水电水利工程钻孔压水试验规程》(DL/T5331-2005)执行。

　　(3)室内试验。室内土工、岩石试验：全风化千枚岩中采用薄壁取土器采取І级不扰动样进行土工试验，其中常规土工试验11组，UU+CU+CD特殊土工试验6组。土样渗透性分析及中风化千枚岩取岩样进行单轴抗压强度试验各21组；同时选取2组地下水、2组地表水样和4组土腐样进行对建筑材料的腐蚀性分析。

　　4.4库区工程地质条件

　　4.4.1场地地形、地貌及周边环境

　　拟建场地属于丘陵地貌单元，地势起伏较大，水池库区两侧山体植被发育，山坡上主要为杉树和灌木林，覆盖率达80%，自然斜度稳定性一般，谷底宽50cm~200m、长约1000m左右，两侧自然山坡坡度为30°~40°。水库区靠近沟谷有地表缓流或渗流。勘察期间孔口标高范围为：85.79~128.75m。

　　4.4.2地层岩性

　　根据钻探情况，按照地层沉积年代、成因类型、地层岩性及其物理力学性质，将本报告涉及的地层共划分为4个大层，具体各土层岩性及分布特征概述如下。

　　(1)人工填土层(Q4ml)。杂填土层：褐黄色，稍湿，松散状态，成份主要由粘性土和千枚岩碎块组成，局部夹杂建筑垃圾等，堆填年限为近期。

　　(2)第四系上更新统残坡积层。粉质黏土(Q4dl)：褐黄-灰褐色，结构松散~稍密，稍湿，其成份主要由全风化千枚岩及粉质粘土组成。岩性以含碎石粘土为主。碎石含量约占30%。

　　(3)中元古代双桥山群(Ptsh)。①全风化千枚岩(Ptsh)：褐黄色，原岩结构已基本风化成土状，但仍可辨认其原结构。呈可塑状，矿物成分主要为绢云母、绿泥石、石英等，局部夹少量砾石，岩芯呈土状，遇水易软化、泥化，手捻有滑感，钻进速度快。②强风化千枚岩(Ptsh)，褐黄色，变晶结构，千枚状构造，含有绢云母、绿泥石、石英等，丝绢光泽。该层风化不均匀，局部夹全风化层。原岩结构大部分被破坏，节理裂隙很发育，节理裂隙被铁、锰质氧化物所充填。岩芯破碎，呈碎片状、碎块状，锤击声不清脆。属软岩,其岩体基本质量等级为Ⅴ级，勘察范围深度内未见洞穴、临空面、破碎岩体或软弱岩层等。③中风化千枚岩(Ptsh)：青灰色，变晶结构，千枚状构造,含有绢云母,绿泥石、石英等少量含有炭质有机质等。原岩结构部分被破坏。岩芯较破碎,呈碎块状、短柱状，锤击声不清脆。岩体较破碎,结构面结合程度较差，属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

　　5岩土测试结果分析

　　根据岩土工程勘察技术要求，运用岩土测试手段确定岩土体物理力学参数、地层渗透系数、地基承载力、场地类别。

　　5.1物理力学性质

　　物理力学指标主要包括含水量、比重、天然密度、颗粒密度、饱和度、孔隙比、液限、塑限、塑性指数、液性指数、压缩模量、黏聚力、内摩擦角等。对于分布较为稳定的细粒土层，根据室内试验结果提供上述参数。

　　全风化千枚岩取样11次，经数理统计以后各实验数据标准值：天然孔隙比e为0.874，液性指数IL为0.65，凝聚力c(kPa)为29.7，内摩擦角Φ(度)为18.0，压缩模量Es(MPa)为4.9，含水量(w%)为30.3，天然重度(g/cm3)为1.93。

　　中风化千枚岩岩石单轴饱和抗压试验21次，经过数理统计后标准值22.7MPa。

　　5.2地层渗透系数

　　为确定场内各地层的渗透性能，本次勘察有选择性在GKD-6、GKD-3两个孔中进行了现场压水试验，层流型：强风化千枚岩渗透系数(k)(cm/s)为4.56×10-4，中风化千枚岩渗透系数(k)(cm/s)为8.44×10-5。紊流型：强风化千枚岩渗透系数(k)(cm/s)为3.83×10-4，中风化千枚岩渗透系数(k)(cm/s)为8.40×10-5。

　　试验结果显示：强风化层渗透性等级为中等透水，中风化层渗透等级为弱透水。考虑到中风化的弱透水，可作为良好的隔水层。5.3地基承载力

　　5.3.1原位测试结果

　　(1)标准贯入试验。全风化千枚岩地层进行标准贯入试验8次，最小击数4击，最大击数11击，平均击数8击，经过数理统计修正后，得到最终击数7击，最终判断全风化千枚岩状态为可塑。

　　(2)重型动力触探试验。杂填土地层进行标准贯入试验7次，最小击数2击，最大击数5击，平均击数3击，经过数理统计修正后，得到最终击数3击，最终判断杂填土状态为松散。

　　5.3.2地基承载力计算

　　根据《工程地质手册》(第五版)表3-2-31及表3-3-12可得：全风化千枚岩地基承载力P0=80+20.2×7=221.4kPa，杂填土地基承载力P0=120kPa。

　　5.4场地类别

　　本次场地类别判断采用了波速测试的手段，选用钻孔编号为GKD-9、GKD-11号钻孔。依据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2015)(2016年版)中有关规定计算。GKD-9号钻孔土层等效剪切波速为133.97m/s，即Vse≤150(m/s)，揭露覆盖层厚度为5.6米，结合区域地质资料，场地覆盖层厚度介于3~15米间，判定场地类别为Ⅱ类。GKD-11号钻孔土层等效剪切波速为220.70m/s，即150＜Vse≤250(m/s)，揭露覆盖层厚度为12.20米，结合区域地质资料，场地覆盖层厚度介于3~50米间，判定场地类别为Ⅱ类。

　　6结论

　　总的来说，岩土测试在金属矿山工程中起着至关重要的作用。在工程实例中，通过岩土测试中的各种测试试验手段，达到了岩土工程勘察中的相关技术要求：

　　(1)通过室内土工实验室中的密度、含水量、压缩性等物性指标试验，准确的提供了各种力学指标参数；

　　(2)通过原位测试中的标准贯入试验及圆锥动力初探试验，准确的计算出各土层的地基承载力；

　　(3)通过现场压水试验，计算出各岩层渗透系数，进而确定各岩层的渗透等级；

　　(4)通过波速测试，测得各土层等效剪切波速，依据相关标准，最终判断出场地类别。