巖土工程勘察原位測試

1、二、優(yōu)點（與室內試驗比較） 1.不需經過鉆探取樣，直接測定巖土力學性質，更能真實反映巖土的天然結構 及天然應力狀態(tài)下的特性。 2.原位測試所涉及的土尺寸較室內試驗樣品要大得多，因而更能反映土的宏觀 結構如裂隙等)對土的性質的影響，比土樣具代表性。 3.可重復進行驗證，縮短試驗周期。 土體原位測試方法很多，可以歸納為下列兩類： (1)土層剖面測試法(logging or stratigraphic profiling methods)：主要包括靜力觸探、動力觸 探、扁鏟松脹儀試驗及波速法等。 土層剖面測試法具有可連續(xù)進行、快速經濟的優(yōu)點。 (2)專門測試法(specific test metho

2、ds) ：主要包 括載荷試驗、旁壓試驗、標準貫入實驗、抽水和注 水試驗、十字板剪切試驗等。 土的專門測試法可得到土層中關鍵部位土的各種工 程性質指標，精度高，測試成果可直接供設計部門 使用。其精度超過室內試驗的成果。 三、土體原位測試的種類 四、土體原位測試的應用 根據(jù)不同的測試方法（包括CPT、DPT、PLT、PMT、FVST、SDPT），其應用 可歸納為： （1）、土層土類劃分； （2）、求天然地基承載力； （3）、測定土的物理力學性質指標； （4）、在樁基勘察中的應用； （5）、評價砂土和粉土的地震液化； （6）、求解土的固結系數(shù)、滲透系數(shù)及不排水抗剪強度等； （7）、檢驗壓實填土的質量

3、及強夯效果； （8）、進行淺基礎的沉降計算； （9）、其它。 第二章 靜力觸探 一、定義 靜力觸探(Static Cone Penetration Test,簡稱CPT)是借助機械把一定規(guī)格 的圓錐形探頭勻速壓入土中，通過測定 探頭的端阻q，側壁摩阻力f來確定 土體的物理力學參數(shù)，劃分土層的一種 土體勘測技術。 靜力觸探首先在荷蘭研制成功，因此靜力觸探也叫“荷蘭錐”試驗。 按測量機理分：機械式靜力觸探和電測式靜力觸探 按探頭功能分：單橋靜力觸探、雙橋靜力觸探、孔壓靜力觸探 電測式靜力觸探的優(yōu)點： （1）測試連續(xù)、快速，效率高，功能多，兼具勘探與測試雙重作用； （2）測試數(shù)據(jù)精度高，再現(xiàn)性好；

4、（3）采用電測技術，便于實現(xiàn)測試工程的自動化，測試成果可由計算機自 動處理，減少了工作強度。 二、測試設備與種類 設備組成： 1. 觸探主機和反力裝置 觸探主機可分為液壓 式和機械式 反力裝置可分為自重 式和錨式 2. 測量與記錄顯示裝置 3. 探頭和探桿 觸探主機為液壓傳動式的，反力裝置為自重式。 觸探主機為液壓傳動式的，反力裝置為地錨式。 觸探主機為機械傳動式的，反力裝置為地錨式。 探頭是靜力觸探儀的關鍵部件 分為三種類型：單用（橋）探 頭、雙用（橋）探頭、多用 （孔壓）探頭 Ps：比貫入阻力，qc：錐尖阻力， fs：側壁摩阻力，uw ：孔隙水壓 力 國際標準探頭的規(guī)格：錐頭頂角60、底面

5、積 10cm2、側壁摩擦筒面積150cm2、透水石在錐底 單用（橋）探頭 雙用（橋）探頭 多用（孔壓）探頭 三、測試原理 電阻應變片 電 橋 I電流 R電阻 U電壓（根據(jù)歐姆定律） 電壓變化（測量值） 電流變化 應力應變關系 2 1 L L KR U L L KU R E L L E 四、測試步驟 （一）探頭率定 率定的目的是求出測量儀表的讀數(shù)與荷 載之間的關系率定系數(shù) 率定的設備可分為兩個主要部分 1.可移動的活動架 2.量力環(huán) 探頭率定的步驟: la.安裝設備 lb.把連著電纜線和記錄儀表的探頭安裝上 lc.旋轉手輪施加壓力，邊記錄儀表上的讀數(shù) ld.畫壓力讀數(shù)曲線，一般情況下應該是直線

6、le.求率定系數(shù)K K等于直線的斜率 ) mV kN/A ( x k x )(kPa A P 0 （二）野外測試的關鍵步驟: la.布孔位，平整場地 lb.安裝觸探機 ，并調平機座（為使貫入壓力保 持垂直方向），把機座與反力裝置銜接 lc.將探頭、測量電纜、探桿連接起來，并檢查 測量儀表，并調零 ld.將連著探桿的探頭壓入地下 ，同時記錄深度 值和測量儀表的數(shù)據(jù) 注意事項 1.觸探機就位后，應調平機座，并使用水平尺校準，使貫入壓力保持豎直方向，并使 機座與反力裝置銜接、鎖定。 2.觸探機的貫入速率應控制在1-2cm/s，一般為2cm/s；使用手搖式觸探機時，手把轉 速應力求均勻。 3.使用記讀

7、式儀器時，每貫入0.1m或0.2m時應記錄一次讀數(shù)。 4.遇下列情況時應停止貫入： a、觸探主機負荷達到其額定荷載的120%時； b、貫入時探桿出現(xiàn)明顯彎曲； c、反力裝置失效； d、探頭負荷達到額定荷載時； e、記錄儀器顯示異常。 五、測試數(shù)據(jù)的處理 1.原始數(shù)據(jù)的整理 回零修正 觸探參數(shù)的計算 摩阻比FR %100%100 c s R q f F 錐尖阻力 側壁摩阻力 ffs qqc XKf XKq 側壁摩阻力： 錐尖阻力： xkx 深度 （m） 錐頭阻力qc（kPa）側壁摩阻力fs（kPa） FR 讀數(shù)回零校正值qc讀數(shù)回零fs 0.14004020.00.84 0.24214120.5

8、1.2 0.34324120.50.9 1.03663015.0 1.14104120.5 1.242 1.338 例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R 2繪制觸探參數(shù)隨深度的變化曲線 包括qc-H，fs-H，F(xiàn)R-H 3.可以用計算機來數(shù)據(jù)處理和繪圖 ( page 245-249) 240頁表 8-10，填表并繪圖 六、測試精度影響因素 1.探頭規(guī)格 單橋PS 雙橋 qc，fs lPS qc lqc，fs都隨錐底面積的增大而減??； l側壁摩擦筒長度增大時， qc增大， fs減小。 l探桿外徑、摩擦筒與錐底面直徑應保持一致 l錐尖角度 60 l探頭形狀及尺寸的標準化與科

9、學化對測試成果 的應用、交流和對比都有很重要的意義。 2. 貫入速率 如果貫入速率大于1cm/s 以上時，讀數(shù)受貫入速率 的影響就很小了 事實上，靜力觸探的貫入 速率一般用2cm/s 3.溫度影響. l溫度變化會引起探頭內部的電阻應變片長度發(fā) 生變化，從而使其阻值發(fā)生變化，導致測量結 果的大誤差。 l 產生溫度變化的重要原因之一是地面溫度與地 下溫度的不同，特別在夏天與冬天。 l措施：（1）采用溫度補償或自動溫度補償應變 片來補償溫度變化對探頭測試數(shù)據(jù)的影響； （2）防止暴曬與受凍； （3）探頭貫入地下約 0.5-1.0m，停止貫入5-10min，使探頭的溫度與 地下的溫度一致，然后調零。 七

10、、測試成果的應用 lCPT 在土木工程中的應用特別廣泛 1.土層劃分: l繪制CPT的貫入曲線（包括qc-H，fs-H，F(xiàn)R-H ）， 然后根據(jù)相近的qc、fs和FR，將觸探孔分層 力學分層，并計算各參數(shù)的平均值。 l結合鉆探取樣，考慮臨界深度進一步分層工 程地質分層，并定土名。 臨界深度 模型試驗及實測表明，地表厚層均 質土的貫入阻力自地表向下是逐漸 增大的。當超過一定深度后，阻力 才趨近一個常數(shù)值，這個土層表面 一定深度就稱為臨界深度。 臨界深度在砂土中表現(xiàn)明顯，在粘 土中基本不存在。 1：100 2.土類劃分 a)單橋探頭 根據(jù)Ps， Ps 大的一般為砂層， Ps 小的一般為粘土層。 b

11、)雙橋探頭 在劃分土類時，以qc為主，結合fs（或FR），并在同一層內的觸探參數(shù) 值基本相近為原則。 不同的土有不同的FR，砂類土 FR通常小于或等于1，粘性土FR常大于2。 常用的有以下幾種方法 i.鐵道部TBJ37-93規(guī)則法 ii.中國地 質大學 法 iii.國外法 3.確定土的物理力學性質指標 CPT可以確定如 c, , Cu, Dr, Es, sat, 等土的物理力學性質指標。 表2-13為用靜力觸探評定砂土的密實度 圖2-59為砂土的內摩擦角與錐尖阻力的關系圖 表2-14 砂土的內摩擦角 確定粘性土的Cu等，自學66-73頁 Ps(Mpa)12346111530 ()2931323

12、334363739 4.確定淺基的承載力 用靜力觸探確定地基承載力一般依據(jù)的是經驗公式，是建立在靜力觸探與載荷試驗的對比關系上。 確定的是地基承載力的基本值，需經過深、寬修正 用于一般的建筑物 地基土的成因、時代及含水量等對靜力觸探求地基承載力的經驗公式有影響，經驗公式有地區(qū)性。 表2-24地基基本承載力f0與PS (qc)經驗關系式(Mpa) . 序 號 提出者經驗關系式范圍值PS(qc)土層 1武漢聯(lián)合試驗組f0=0.1043Pa+0.02690.36.0粘性土 2交通部三航院f0=0.1Pa+0.0250.52.5長江三角洲土 3兗州煤礦設計院f0=0.1012Pa+0.0590.353

13、.0淮北粘性土 4江蘇省建筑設計院f0=0.084Pa+0.050.355.7南京粘性土 5青島城建局f0=0.074Pa+0.08241.00.5青島粘性土 6 連云港規(guī)劃建筑設 計院 f0=0.0807Pa+0.049濱海軟土 7鐵三院f0=5.8(Pa)1/2-0.046PS單位(kPa)IP7粘性土 8鐵四院f0=0.112Pa+0.0050.0850.9軟土 9武漢冶金勘察公司f0=0.02Pa+0.055.0 長江中下游粉 細砂土 032. 01 . 0 0 s Pf 序號提出者經驗關系式范圍值PS(qc)土層 10鐵一、四院f0=0.044Pa+0.051.011.0中粗砂 11

14、同濟大學等f0=0.055Pa+0.045上海粉土 12陜西綜合堪察院f0=0.0878Pa+0.024濕陷性黃土 13原一機部勘測公司f0=0.098qc+0.019黃土地基 14 大慶油田、長春地 院 （1996） f0=0.089qc+0.075 f0=0.108qc+0.0644 f0=0.0813qc+0.069 大慶粘性土、 粉土、 大慶粘性土 大慶粉土 15荷蘭，比利時 f0=(0.0330.025)qc f0=0.1qc 砂土 粘性土 經統(tǒng)計分析，有人提出： 式中、為土類修正系數(shù)，可參見表2-25 靜力觸探機理和樁的作用機理類似，靜力觸探相當于沉樁的模擬試驗。 與靜力觸探相比，

15、樁的表面粗糙，直徑大，沉樁對樁周土的擾動大，沉降速度慢。 應與樁載荷測試配合使用，互相驗證。 靜力觸探法計算單樁極限承載力的基本公式如下： 5.確定單樁的承載力 n i isspcfdp LfUAqqqq ii 1 a: 國外法 b.國內的方法 鐵路系統(tǒng)法 單樁的容許承載力 看相關的表 2-282-35 )( 1 1 n i isipcpp LfUAq K q i 第三章 孔壓靜力觸探 一、定義 孔隙水壓力靜力觸探(Piezo Cone penetration Test)，簡稱孔壓觸探 (CPTU)，它是在普通的CPT探頭上安裝了可以測量孔隙水壓力的傳感器，使貫 入時能在測量q，s的同時，測量

16、貫入引起的超孔隙水壓力，當停止貫入 時，可測量超孔隙水壓力的消散過程及完全消散時的靜止孔隙水壓力u 孔壓觸探是可測孔隙水壓力的電測式靜力觸探。 孔壓觸探與一般的靜力觸探相比，具有下面一些突出優(yōu)點： 1.由于不同土體的滲透性差別很大，CPTU量測孔隙水壓力的靈敏度很高，能夠 分辨12cm厚的薄土層土性的變化，因而可以詳細分層。特別是在區(qū)分砂層 和粘土層方面精度很高。 2.可以量測到孔隙水壓力，從而有可能進行有效應力分析。 3.可以估算土體的滲透系數(shù)和固結系數(shù)。 4.可以測定土層不同深度的靜止水壓力，獲得地下水條件的資料。 5.可以區(qū)分排水、部分排水和不排水的貫入條件。 6.可計算土的超固結比，評

17、價土層應力歷史，計算靜止側壓力系數(shù)k等。 二、孔壓探頭 三、孔壓探頭的飽和與標定 l探頭飽和的方法有 加熱排氣法和真空 排氣法 l可以用水、硅油、 甘油等對探頭進行 飽和 l孔壓探頭飽和與檢 驗的裝置 孔壓探頭測力傳感器的檢驗與率定同常規(guī)探頭 對孔壓探頭，還應進行如下檢驗與標定 1.飽和度檢驗（采用孔壓響應試驗） 2.測力傳感器與孔壓傳感器之間的干擾 3.探頭孔壓傳感器的絕緣性檢驗 孔壓傳感器的率定孔壓率定系數(shù)ku 四、孔壓的測試與數(shù)據(jù)處理 1.貫入過程中測孔壓 )%( c s R uu ffs ccc q f F xku xkf xkq 回零修正 觸探參數(shù)的計算 要畫隨深度變化觸探參數(shù)曲線

18、孔隙水壓力和靜水壓力 10：1 孔壓消散曲線 2.孔壓消散測試 a.停止貫入 b.記錄超孔壓隨時間的消散過程 超孔壓的消散速度不僅與土類有關，還與消散時間有關 c.繪制超孔壓 隨時間的消 散過程曲線 d.繪制歸一化超孔壓消散曲線 靜止孔隙水壓力及均衡孔隙水壓力 靜止孔隙水壓力按測試土層中的靜水壓力計值 均衡孔隙水壓力取孔壓消散達穩(wěn)定時的孔壓值 各時刻的歸一化超孔壓比 按下式計算 以 為縱軸，以時間t(s)的對數(shù)lgt為橫軸，繪制歸一化的超孔壓消散曲線 U U wwt uuuuU 0 / 注意事項： 1.在地下水埋藏較深的地區(qū)使用探頭觸探時，應先使用外徑不小于孔壓探頭的單或雙橋探頭開孔至地下水

19、位以下，而后向孔內注水與地面平，再換用孔壓探頭觸探。 2.使用孔壓探頭時，在整個貫入過程中不得提升探頭。 3.當在預定深度進行孔壓消散試驗時，應從探頭停止貫入之時起，用秒表記時。 4.當移位于第二個孔時，應對孔壓探頭的應變腔和濾水器重新進行脫氣處理。 五、測試成果的應 用 1.利用孔壓靜力觸探貫入曲線劃分土層 孔壓探頭在區(qū)分砂層和粘土層方面 精度極高，能區(qū)分1-2cm厚的砂土 層 2.確定土名 采用孔隙水壓力參數(shù)比來劃分土類，常用的孔壓參數(shù)比用Bq來表示，表達 式如下： 土層上覆壓力； ； ；假定的靜水壓力 ；孔隙水壓力在某一深度測得的最大 0 00 max 0 0max )1 ()1 ( )

20、( )( v q n cct w vt q A A UqUqq hUkPaU kPaU q UU B a.鐵道部規(guī)則法（透水濾器位于錐面） b.國外方法（如圖2-56，2-57，2-58） 3.用孔壓消散求飽和土層固結系數(shù)Ch(Cv) 與滲透系數(shù) A.繪制超孔壓消散試驗曲線，確定 t50 B.用下式計算固結系數(shù)Ch C. 如何確定T、r0 時間因數(shù)T：根據(jù)圖2-68。（Af：與土類有關的孔壓 系數(shù)） 透水濾器的半徑r0：孔穴半徑，由透水濾器的位置確 定。（錐底r0=r；錐面r0=r/2；r為探頭錐底半徑） 50 2 0 t Tr C h 六、測試精度 影響因素 除與一般靜力觸探相同 的影響因素

21、外，還有： 1.孔壓探頭的飽和問題 2.透水濾器位置的影響 第四章 動力觸探 一、定義 動力觸探測試(DPT: dynamic penetration test)： 是利用一定的錘擊動能，將一定規(guī)格的探頭打入土中， 根據(jù)打入土的難易程度（可用貫入度、錘擊數(shù)或探頭 單位面積動貫入阻力來表示）判定土層性質的一種原 位測試的方法。 優(yōu)點： （1）設備簡單，且堅固耐用； （2）操作及測試方法容易，一學就會； （3）適用性廣； （4）快速，經濟，能連續(xù)測試土層； （5）有些動力觸探，可同時取樣，觀察描述； （6）經驗豐富，使用廣泛。 分類： 依據(jù)為穿心錘的重量和探頭類型 ，可取樣），貫入，落距標準貫入測

22、試（ ）超重型（ ）重型（ ）中型（ ）輕型（穿心錘重 圓錐動力觸探 cmcmkg kg kg kg kg 30765 .63 120 5 .63 28 10 標貫與一般動探的主要區(qū)別在于探頭不同 圓錐動力觸探 簡稱動力觸探或動探 標準貫入測試(Standard penetration Test) 簡稱標貫 (SPT)：63.5kg的穿心錘自0.76m高處自由下落，撞擊錘座，通 過探桿將標準貫入器貫入孔底土層中，記錄貫入0.30m的錘擊數(shù)，用來測 試土層物理力學參數(shù)的一種測試方法。 每次測試共貫入0.45m，其中僅0.3m記錘擊數(shù) 二、測試設備與測試原理 （一）測試設備 a. 探桿（包括導向桿

23、） b.提引器（分內掛式和外掛式兩種） c.穿心錘 d. 錘座（包括鋼砧與錘墊） e. 探頭 滄州濱海公路試驗儀器廠研制的電動觸探儀 （二）測試原理 DPT 的基本原理可以用能量平衡法來分析。在一次錘 擊作用下的功能轉換按能量守恒原理，其關系可寫成： Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee 式中： Em-穿心錘下落能量； Ek-錘與觸探器碰幢時損失的能量； Ec-觸探器彈性變形所消耗的能量； Ef-貫入時用于克服桿側壁磨阻力所耗能 量； Ep-由于土的塑性變形而消耗的能量； Ee-由于土的彈性變形而消耗的能量； 考慮在動力觸探測試中，只能量測到土的永久變形，故將和彈性有關的變形略 去，通過推導可得

24、土的動貫入阻力Rd為： 其中：e貫入度（mm），每擊貫入的深度； M重錘質量；m觸探器質量； A圓錐探頭底面積（m2） )( )( 2 kPa AmMe ghM Rd 三、測試程序與要求 （一）輕型動力觸探 （1）先用輕便鉆具鉆至試驗土層標高以上0.3m處，然 后對土層進行連續(xù)觸探； （2）試驗時，穿心錘落距為0.500.02m，記錄每打 入0.30m所需的錘擊數(shù)； （3）如想取樣，則需把觸探桿拔出，換鉆頭進行取樣。 （4）一般用于觸探深度小于4m的土層。 （二）中型動力觸探（省略） （三）重型動力觸探 （1）試驗前將觸探架安裝平穩(wěn)，使觸探保持垂直地進行。 垂直度的最大偏差不得超過2%； （2

25、）貫入時應使穿心錘自由落下。地面上的觸探桿的高度 不宜過高，以免傾斜與擺動太大； （3）錘擊速率宜為每分鐘15-30擊； （4）及時記錄每貫入0.10m所需的錘擊數(shù)； （5）對于一般砂、圓礫和卵石，觸探深度不宜超過12- 15m；超過該深度時，需考慮觸探桿的側壁摩阻的影響； （6）每貫入0.1m所需錘擊數(shù)連續(xù)三次超過50擊時，即停止 試驗。 四、測試數(shù)據(jù)處理 1. 實測擊數(shù)的統(tǒng)計分析 a. 每層實測擊數(shù)的算術平均值。 x-腳標代表錘重。 式中， -Nx 的平均值； Nx實測錘擊數(shù)； n參加統(tǒng)計的測點數(shù)。 對于輕型動力觸探為每貫入30cm的錘擊數(shù) 中型、重型為每貫入10cm的錘擊數(shù) n i xx

26、 N n N 1 1 x N 分別為10， 28，63.5， 120等 b.如果土很硬，完全貫入很難，則： 對于標貫有 式中， NSPT錘擊數(shù)； n實際貫入深度的實測擊數(shù) s實際貫入深度 s n N 3 . 0 table 3-2 中型動力觸探桿長修正系數(shù) factor. corecting 1 / NN 探桿長度l（m） 1 234568101215 1.000.960.90 0.85 0.830.810.780.760.750.74 2.擊數(shù)的桿長修正（對于中、重型動力觸探） 重型見表3-3，超重型見表3-4 3. 繪制Nx-H曲線 五、測試精度影響因素 1.動力觸探的有效錘擊能量 有效錘

27、擊能量的大小是影響動力觸探成果N值的最主 要因素。 探頭的單位動貫入阻力和錘擊數(shù)成正比關系，因此可 以用探頭的動貫入阻力作為動力觸探的成果，評價土 的工程性質。 動力觸探探頭大小、穿心錘重量等差別較大，可以用 動貫入阻力將各種動探做歸一化處理，即可相互通用。 )( )( 2 kPa AmMe ghM Rd 2.測試設備與方法的標準化 落錘技術比較關鍵 人力牽引落錘與自動落錘的錘擊數(shù)之間的關系（參考（3-22）、（3-23） 等）：人力牽引的錘擊數(shù)要小于自動落錘的錘擊數(shù)。 自動落錘的錘擊數(shù)再現(xiàn)性好，結果可靠。 人力牽引落錘的錘擊數(shù)需修正，建議采用自動落錘技術。 3.動力觸探設備貫入能力 動力觸探

28、的設備貫入能力由錘重、落距、探頭截面 形狀等決定。 在軟土中測試，應采用輕型動力觸探，以獲得較高 的精度。 在礫石等土中，應用重型或超重型的動力觸探，以 獲得有效的貫入。 不同類型的動力觸探適宜于不同土層，輕型不大于 10m，重型的為14-25m，超重型的可達40m。 4.探桿長度的影響 我國建筑地基基礎設計規(guī)范（GBJ7-89）中規(guī)定應對桿長進行修正。 table 3-6 鉆（探）桿長度校正系數(shù)表 factor. corecting 1 / NN 探桿長度l（m） 3 6912151821 10.920.860.810.770.730.70 5.鉆進方式的影響 在標貫試驗中，在測試前不能采用

29、沖擊鉆進，必須采用回轉鉆進方式。 在砂層中鉆進應采用泥漿護壁。 6.土的深度（土的有效上覆壓力）的影響 7.探桿偏斜影響 六、測試成果的應用 1. 劃分土類或土層剖面 錘擊數(shù)越少，土的顆粒越細；錘擊 數(shù)越多，土的顆粒越粗。 動力觸探直方圖及土層劃分 2. 確定地基土承載力 645. 1)( 10 NN 或 式修正錘擊數(shù)：探確定承載力時應按下根據(jù)標貫或輕型動力觸 N 土類 10153050 中、粗砂180250340500 粉、細砂140180250340 表3-7 砂土地基容許承載力（kPa）（標貫法） 表3-8 粘性土、粉土地基承載力（中型動力觸探） N28234681012 fk(kPa)

30、120150180240290350400 3. 確定單樁容許承載力 kPaNq kPaNtN B Nh q f d 1002 )(400/(4 4 . 0 2 ）英尺 )(25 2 )100(4 21 kNANANq NN NkPaNq ssccf d 其中 （1）Meyerhof法 式中：B為樁寬度或直徑m，h為樁進入砂層的深度m （2）日本法 式中：N1為樁端處的N值，N2為樁尖上10B范圍內的平均N值 （3）國內法 書上126129頁 利用標貫錘擊數(shù)確定粘性土稠度及c、值見表3-21至3-24，確定Es見表3- 25 表3-22 N手與稠度狀態(tài)的關系 N手35 IL（液性指數(shù)）11-0

31、.750.75-0.50.5-0.250.25-00 稠度狀態(tài)流動軟塑軟可塑硬可塑硬塑堅硬 4. 確定粘性土稠度及c、 、Es值 5. 砂土密實度與液化判斷 （1）砂土密實度 砂土密實度是確定砂土承載力和判斷砂 土液化的主要指標 表3-28 N63.5與砂土密實度的關系 土類N63.5密實度孔隙比e 礫砂 0.65 5-8稍密0.65-0.50 8-10中密0.50-0.45 10密實0.45 粗砂 中砂 。時，取土中粘粒百分含量，當 ）；地下水位埋藏深度（ ）；標準貫入試驗點深度（ 數(shù)基準值，由下表查；液化判別標準貫入錘擊 數(shù)臨界值；液化判別標準貫入錘擊 3P%3: : : : : 3 1

32、. 09 . 0 cc 0 0 PP md m d N N P ddNN c w s cr c wscr 地震烈度7度8度9度 N0 值 近震區(qū)（基本烈度比震中小2度以上）61016 遠震區(qū)（基本烈度比震中小2度以內）812 標準貫入錘擊數(shù)基準值N0 （2）砂土液化 第五章 載荷試驗 一、定義 l平板靜力載荷試驗(PLT: plate load test)，簡稱載 荷試驗，在保持地基土天 然狀態(tài)下，在一定面積的 承壓板上向地基土逐級施 加荷載，并觀測每級荷載 下地基土的變形特性，是 模擬建筑物基礎工作條件 的一種測試方法 。 載荷試驗按承壓板的形狀有平板與螺旋板之分 按用途可分一般載荷和樁載荷

33、 我們主要講的是淺層平板靜力載荷測試 優(yōu)點：對地基土不產生擾動，結果最可靠、最具有代表性，可直接用于工程 設計。是確定承載力的最主要方法。 缺點：價格昂貴、費時 二、測試設備與方法 （一）儀器設備 1.承壓板 要有足夠的剛度，面 積一般為1000- 5000cm2 2.加荷裝置 包括壓力源、載荷臺 架或反力構架。 加荷方式有重物加荷 和油壓千斤頂反力加 荷 3.沉降觀測裝置 （二）試驗方法 1.載荷測試一般在方形坑中進行 2.安裝設備 3.分級加荷 加荷原則：第一級為坑底原有重力，后每級按：中低壓縮性土50kPa， 高壓縮性土25kPa，特軟土為10kPa 4.觀測每級荷載下的沉降 觀測時間間

34、隔：加荷開始后，第一個30min內，每10min觀測沉降1次； 第二個30min內，每15min觀測1次；以后每30min進行一次。 穩(wěn)定的標準：連續(xù)4次觀測的沉降量，每小時累計不大于0.1mm，對于 軟粘土最好觀測24h以上，對于正常固結粘土要8h，對于老粘土、砂土、 礫石等要4h。 5.盡可能使最終荷載達到地基土的極限承載力，以評價承載力的安全度。 結束試驗的標準：當下述情況出現(xiàn)時即可停止實驗 a) 承壓板周圍的土體出現(xiàn)裂縫或隆起，沉降的很快； b)在荷載不變的情況下，沉降速率加速發(fā)展或接近一個常數(shù)。壓力沉 降曲線出現(xiàn)明顯拐點； c) 總沉降量超過承壓板寬度（或直徑）的1/12。 6.當需

35、要卸載觀測回彈時，每級卸荷量可為加荷量的2倍，歷時1h，每隔 15min觀測一次。荷載完全卸除后，繼續(xù)觀測3h。 三、測試數(shù)據(jù)整理 1.壓力沉降量關系曲線 P-s曲線的特征： I段直線段 II段曲線段 III段直線段 （1）以壓力為依據(jù) Ps 曲線上的兩個特征點 l比例極限P0(臨塑荷載Pcr)： P-s曲線上第一直線段的終 點對應的荷載，可以作為 砂土、超固結粘土、礫石 土的承載力。 l極限承載力PU ： P-s曲線 上的第二個拐點對應的荷 載 2.地基的承載力可用下述方法確定 確定地基的容許承載力R R= Pcr R= PU /F，安全系數(shù)F=23 （2）以相對沉降量為依據(jù) 對于中、高壓縮

36、性土，地基受壓破壞形式為局部剪切破壞或沖剪破壞，P-s曲 線無明顯拐點。 這時用P-s曲線上沉降量s與承壓板的寬度B之比為0.02所對應的壓力為地基容 許承載力。 對砂土和新近沉積的粘性土則采用s/B=0.01-0.015所對應的壓力 3計算變形模量E0 土的變形模量是指土在單軸受力，無側限情況下的應力與應變之比。 可由P-s曲線的直線變形段，按彈性理論公式求得，下式適用于同一層位 的均勻地基。 當承壓板位于地表時： 當承壓板位于地表以下時： s P BE 2 0 1 s P BIE 2 10 1 四、測試精度影響因素 1. 承壓板的尺寸 lB45cm(5000cm2)時，沉降量隨B的增加而降

37、低 lB45cm(5000cm2)時，沉降量隨B的增加而增加 由于基礎寬度一般均超過30cm，所以B不宜太小 S (mm) 0 45 B(cm) l一般來說，大的比小的好，最好與實際基礎面積 相同；但太大則需大的壓力，有時難以達到。 所以承壓板的面積應適中 1000cm2A5000cm2。 2. 沉降穩(wěn)定（時間）標準 l每級壓力下的沉降穩(wěn)定標準不同，則所觀測的沉 降量就不同，那么所得出壓力沉降量曲線就 不一樣，從而得出的變形模量或承載力就不同。 l采用統(tǒng)一的標準，消除這種影響。 l每施加一級荷載，待沉降速率達到穩(wěn)定后再加下 一級荷載。 l(1) s0.1mm/h, s0.2mm/h 很慢 l(

38、2)快速方法：每級持續(xù)2h，然后根據(jù)標準方法 的外推，基本原理自學教材P140-142。 3. 承壓板埋深 l載荷測試的影響深度一般為1.5-2倍承壓板寬度 （或直徑）； l在影響深度范圍內土性應保持一致，否則測試成 果就不能反映出土層的真實性質； l如果場地土層多，且都是重要的持力層，應分層 做載荷試驗； l如果土層較薄，達不到2倍承壓板的寬度，就應 采用小的承壓板或螺旋板載荷試驗 4.地基土的均勻性 五、測試成果的應用 （一）PLT 可以確定地基的承載力(fk),變形模量(Ea), 沉降量(s)。 1. fk lR= Pcr lR= PU /F 2. Ea .S-P ;-B ;- 0.88

39、6, 0.875 , ;-: 1 2 0 曲線直線段的斜率 承壓板的寬度 土體的泊松比 方形 圓形 承壓板的形狀系數(shù)式中 S P S P BE 3. 計算地基沉降量(sj) （二）確定濕陷性黃土的濕陷起始壓力 （自學P143-144） 設計基礎寬度 壓板的沉降量 作用下承在與基底壓力相同壓力式中 砂土 粘土 -b -S: 30b 30B 22 B b SS B b SS j j 六、其它類型的載荷試驗 （一）樁載荷試驗 （樁靜載荷試驗） 可以確定樁基的承載力 （二）水平載荷試驗 1.單樁水平載荷試驗 2.地基土水平載荷試驗 第六章 旁壓試驗 一、定義 旁壓測試（PMT: pressuremet

40、er test）是利用鉆孔做的原位橫向載荷 試驗，是工程勘察中的一種常用原位 測試技術。 測試原理：通過旁壓器在豎直的孔內加壓，使旁壓膜膨脹，并由旁壓膜將壓 力傳給周圍土體，使土體產生變形直至破壞，并通過量測裝置測出施加的壓 力和土體變形之間的關系，然后繪制應力應變關系曲線。根據(jù)這種關系對 孔周所測土體的承載力、變形性質等進行評價。 優(yōu)點：可在不同深度上進行測試，所求基本承載力精度高。 缺點：受成孔質量影響大，在軟土中測試精度不高。 二、旁壓測試的儀器設備 分為兩類： 預鉆式旁壓儀 自鉆式旁壓儀 預鉆式旁壓儀由4部分組成 1.旁壓器 2.壓力和體積控制箱 3.管路系統(tǒng) 4.成孔工具等 旁壓器是

41、旁壓儀中的最重要部件， 由圓形金屬骨架和包在其外的橡皮 膜組成。 分為三個腔 中間為主腔（測試腔） 上、下為護腔 1、儀器校正（率定） 率定旁壓儀的目的是為了校正彈性膜和管路系統(tǒng)所引 起的壓力損失或體積損失。分為旁壓器彈性膜約束和 旁壓器綜合變形的率定。 1)彈性膜約束力的率定 方法：旁壓器豎立于地 面，讓彈性膜在自由 膨脹狀態(tài)下率定，對 彈性膜分級加壓，穩(wěn) 定后讀取測管水位下 降值。繪制P-V(S)曲 線。 三、測試步驟和注意事項 在壓力作用下，連接控制箱和旁壓器的管路會膨脹，造成測 管中液體的體積損失，所以要進行綜合變形的率定。 方法：將旁壓器放在無縫鋼管或有機玻璃管內，使旁壓器的 橫向變

42、形受到約束，分級加壓，測量管路變形與壓力的關系。 求儀器綜合變形校正系數(shù) 2)儀器綜合變形的率定 2. 開孔至預定深度以下開孔至預定深度以下35cm處處 3. 把旁壓器放入孔中把旁壓器放入孔中 4. 測試測試 分級加壓，記錄測管中的水位下降值 注意加壓等級和變形穩(wěn)定標準 5. 終止試驗終止試驗 標準為標準為：a.壓力達到儀器的最大額定值 b.測管水位下降值接近最大容許值 （S35cm） 注意事項 （1）鉆孔結束后，應將旁壓器盡快放入孔中的預定深度； （2）必須保證旁壓器三腔都位于同一土層中，不應該放置在 強度差異較大的土層中； （3）注水時，測管的水位絕對不可超過最高刻度線； （4）測試時，不

43、得使用雜質水，應使用蒸溜水或冷開水； （5）不能任意將旁壓器裸露放置； （6）將快速接頭取下后，應立即套上保護套罩，嚴防泥沙進 入管道中，使儀器損壞； （7）不得任意拆卸調壓閥，以防其精度降低； （8）若旁壓儀長時間不用，應排盡水箱、管路系統(tǒng)和旁壓器 的水 四、數(shù)據(jù)處理 1.繪制彈性膜約束曲線和儀器綜合變形曲線 2.數(shù)據(jù)校正 把測試數(shù)據(jù)Pm, Sm校正為P, S (kPa) -P (kPa);-P (kPa);-P (kPa);-P : 23)-(5 ) 1 i wm 的彈性膜約束力 管水位下降值對應彈性膜約束曲線上與測 靜水壓力壓力表讀數(shù) 校正后的壓力式中 iwm PPPP P(kPa)S(

44、cm) Pm(kPa)Pt=Pm+PwPiPSm(3min)Si=(Pm+Pw) S 000.0 Pw13850.20.0260.174 25383171.80.0761.724 506344194.10.1263.974 100 . . 113 . . 57 . . 56 . . 7.0 . . 0.226 . . 6.774 . . 例如： (cm/kPa)- ; )(-S (cm);-S : 26)-(5 )(S )2 m 儀器綜合變形校正系數(shù) 實測測管水位下降值 值校正后的測管水位下降式中 cm PPS wmm P(kPa)S(cm) Pm(kPa)Pt=Pm+PwPiPSm(3min

45、)Si=(Pm+Pw) S 000.0 Pw13850.20.0260.174 25383171.80.0761.724 506344194.10.1263.974 100 . . 113 . . 57 . . 56 . . 7.0 . . 0.226 . . 6.774 . . 例如： 3. 繪制旁壓測試曲線（如圖5-23） 曲線可以分為三部分： 1)第一曲線段 2)直線段 3)尾段曲線段 兩個特征點： PL，Pf P0（靜止土壓力） 五、測試的影響因素 1、成孔質量（這對于預鉆式旁壓試驗來說是非常重要） 軟土的擾動對測試結果的影響很大，必須根據(jù)土類選 擇不同的鉆孔方法 成孔應該是垂直，且其

46、直徑與旁壓器吻合的好。 2.加壓方式 分為加壓速率與加壓等級兩個方面 加壓等級一般按預估土的臨塑壓力或極限壓力而定， 為它們的1/81/12 加荷速率反映了不同的試驗條件，如排水或不排水 快速法：1、2、3min 慢速法：5、10min 不同的加壓速率對臨塑荷載影響不大，而對于極限 荷載影響比較大。 旁壓器的有效長(l)、徑(D)比是設計旁壓器的關 鍵參數(shù)。 當單腔式有效長徑比為10時，與三腔式旁壓器 所取得變形模量的結果沒有明顯的差別，但單 腔式的臨塑壓力和極限壓力則偏小。 土體變形近似為圓柱形 104 D l 3.旁壓器構造和規(guī)格 在均質土層中測試，Pf自地表向下逐漸增大，當超 過一定深度

47、后，才趨近一個常數(shù)值，這個土層表面 一定深度就稱為臨界深度。 砂土中表現(xiàn)明顯，臨界深度隨砂土密實度的增加而 增加，一般為13m。 在臨界深度內，由于地面是臨空面，土體可以產生 較明顯的垂向變形，而在臨界深度以下，因上覆土 層壓力加大，限制了垂向變形，基本上只有徑向變 形。 4.旁壓測試臨界深度的影響 1、確定地基土的承載力 2、確定單樁的軸向承載力 旁壓器周圍的土體受的作用為剪切為主，與樁的 作用機理相近 六、旁壓試驗的應用 紅粘土、軟土 硬土、一般土 3)-2(F )2 ) 1 0 0 F PP f PPf L k fk 20 3 )1978( L f L d P q P q Bagueli

48、n 樁側容許摩阻力 樁端容許承載力 3、確定地基土層旁壓模量 地基土層旁壓模量是反映土層中應力和體積變形 （可表達為應變的形式）之間的關系的一個重要指 標，代表地基土水平方向的變形性質。 P Gr r 2 1 根據(jù)Lam提出的柱穴擴張理論，有 又有試驗實測孔穴體積變化引起的 徑向位移為： rLVr2/ mcm VVV 令r=旁壓曲線直線段中點對應的rm，則 合并上面兩式： V P rLG V P V V P LrG mm 2 )( )( 3 3 cm V cmV m c 的體積增量 近似直線段中點對應 中腔初始體積 又根據(jù)彈性理論剪切模量和彈性模量的關系式： S P SS SE cm V cm

49、V V P VVE f cm m c mcm 2 12or )( )( 12 0 3 3 的體積增量 近似直線段中點對應 中腔初始體積式中： m EEEG12 4、確定地基土的變形模量 Menard提出，用土的結構系數(shù) 將旁壓模量Em和變形 模量E0聯(lián)系起來。（EmE0 ） 0 EEm 土的結構系數(shù) =0.251，它是土的類型和Em/PL比值的 函數(shù)（表5-4，P188) S P rmE 22 0 )1 ( 前蘇聯(lián)法 r P krE 00 K值見表5-4（P189) 0 1EEm 黃熙齡法 5、淺基礎的沉降計算 依據(jù)：Menard兩區(qū)沉降法 6、用旁壓曲線模擬載荷曲線(P193-P195) a

50、. 兩種曲線的相似性 形狀很相似，都可分為彈性區(qū)、塑性發(fā)展區(qū)和塑性區(qū) b. (5-61)-(5-67)等式 圓形基礎： 0 1 3 )21 (2 E PR S 00 0 2 3 )31 ( R R E PR S 2II21I1 SSSS 方方 方形基礎： 21 SSS 第七章 十字板剪切試驗 一、定義 十字板剪切試驗(FVST： field vane shear test) 是用插入軟粘土中的十 字板頭，以一定的速率 旋轉，測出土的抵抗力 矩，然后換算成土的抗 剪強度的一種測試方法。 FVST主要用于測定飽水軟粘土的不排水抗剪強度。它具有下列優(yōu)點： (1) 不用取樣，特別是對難以取樣的靈敏度高

51、的粘性土，可以在現(xiàn)場對基本上 處于天然應力狀態(tài)下的土層進行扭剪。所求軟土抗剪強度指標比其他方法都 可靠。 (2) 野外測試設備輕便，操作容易。 (3) 測試速度較快，效率高，成果整理簡單。 其缺點是僅適用于江河湖海的沿岸地帶的軟土，適應范圍有限，對硬塑粘性 土和含有礫石雜物的土不宜采用，否則會損傷十字板頭。 二、測試原理 圖中所示為板頭側 面的剪切阻力分布 圖中所示為在板 頭上、下面的剪 切阻力分布。 Cv CH H H HH CDC D DHMMMM DDD HD CDDM CDC D D C D DHM v v 3 321 11 3 1 3 3 32 2 1 62 )( , 12 1234

52、 M 2 桿的直徑為和十字板頭接觸處軸 為板頭的直徑和高度。 頂面的抗扭矩為： ：圓柱體底面的抗扭矩為 ：圓柱體側面的抗扭矩為 就可確定出來。由此 讀數(shù)傳感器的率定系數(shù) ，如下可以通過電測儀表測出 u D uHv v C RRM HD M CCC CDC D DHMMMM H - ,- M 2 6 2 3 2 3 321 nFVST 是對壓入粘土中的十字板頭施加扭矩， 使十字板頭以一定速率旋轉，在土層中形成圓 柱形的破壞面，測定土剪切破壞時的最大扭矩， 即可得到土的抗剪強度。 三、測試設備 1.壓入主機 2.十字板頭 3.扭力傳感器 4.量測扭力的儀表 5.施加扭力裝置 6.其它（探桿等） 四

53、、測試步驟 （一）扭力傳感器率定 將板頭與傳感器連接，擰 緊后，把板頭插入率定儀 的規(guī)定座內； 逐級施加扭矩，并記錄儀 表的讀數(shù)，直到傳感器的 最大容許扭矩； 繪制扭矩與讀數(shù)的關系曲 線，確定傳感器的率定系 數(shù)。 P M （二）現(xiàn)場十字板剪切測試 1.平整場地，安裝機架，并固定 2.把板頭壓至測試深度 3.卡住鉆桿，并調零 4.轉動手柄，旋轉鉆桿，使板頭產生扭矩(每10秒使 搖柄轉動一圈，每轉動一圈測記應變讀數(shù)一次。 ) 5.測量扭矩直至峰值出現(xiàn) 6.松動鉆桿 7.完全擾動測試土體，重復2-5測量擾動土的剪切強 度。 注意事項： 應先將電纜穿過施加扭力裝置的中心孔，然后再穿入探桿； 在扭剪前，

54、應讀取初始讀數(shù)或將儀器調零； 勻速轉動手搖柄，搖柄每轉一圈，十字板頭旋轉一度。 測試重塑土時，用扳手或管鉗快速將探桿順時針方向旋轉6圈，使十字板頭 周圍的土充分擾動后，立即擰緊鉆桿夾具 四、測試數(shù)據(jù)處理 計算土的抗剪強度 Cu 數(shù)。原狀土剪損時表最大讀 單位讀數(shù)）傳感器率定系數(shù)（ ）；不排水抗剪強度（ 十字板常數(shù) y 3 2 R ;/cmN kPa 00218. 0 3 1 2 10 u yu C cm H D HD K RKC 表格 計算重塑土的抗剪強度Cu/ 計算土的靈敏度St u u t C C S 重塑土剪壞時表的讀數(shù) e R 10 eu RKC 表格 表格 繪制抗剪強度與轉角的關系曲線 n繪制抗剪強度與深 度的關系曲線 五、測試精度影響因素 十字板頭的旋轉速率 1）剪切（旋轉）速率越大，抗剪強度越大，應 規(guī)定一個統(tǒng)一的旋轉速率（1/10s） 2）對一般粘性土，最大的抗剪強度出現(xiàn)在20- 30之間，所用時間為3-5min，屬不排水抗剪強 度 土的各向異性 1）在板頭范圍內，土的非均一性 2）天然土層的抗剪強度的非等向性 十字板頭的規(guī)格 指十字板頭的形狀、板厚及軸桿直徑 板厚及軸桿直徑越大，板頭插入土中對土的擾動越大，抗剪強度越小 75mm150mm，厚3mm，軸徑16mm 50mm100mm，厚2mm，軸徑13mm 排水