巖土工程原位測試-(5-9節(jié))

7.5十字板剪切試驗原位十字板剪切試驗7.5十字板剪切試驗

十字板剪切試驗是一種在鉆孔內快速測定飽和軟黏土抗剪強度的原位測試方法。自1954年由南京水科院等單位對這項技術開始開發(fā)應用以來，在我國沿海地區(qū)得到廣泛的應用。理論上，十字板剪切試驗測得的抗剪強度相當于室內三軸不排水剪總應力強度。由于十字板剪切試驗不需要采取土樣，可以在現(xiàn)場基本保持原位應力狀態(tài)的情況下進行測試，這對于難以取樣的高靈敏度的黏性土來說具有不可替代的優(yōu)越性。7.5.1試驗目的及用途試驗項目測定參數(shù)主要試驗目的十字板剪切試驗不排水抗剪強度峰值cu(kPa)和殘余值c’u(kPa)1測定原位應力條件下軟黏土的不排水抗剪強度。2估算軟黏土的靈敏度。7.5.2試驗基本原理

十字板剪切試驗是將具有一定高徑比的十字板插入待測試土層中，通過鉆桿對十字板頭施加扭矩使其勻速旋轉，根據施加的扭矩即可以得到土層的抵抗扭矩，進一步可換算成土的抗剪強度。

扭轉十字板時，十字板周圍的土體將出現(xiàn)一個圓柱狀的剪切破壞面，土體產生的抵抗扭矩M由圓柱側面的抵抗扭矩M1和圓柱的圓形底面和頂面產生的抵抗力矩M2兩部分組成。即M＝M1+M2。7.5.2試驗基本原理7.5.2試驗基本原理7.5.3十字板剪切試驗試驗設備十字板剪切試驗主要由十字板頭、傳力系統(tǒng)、加力裝置和力的測量裝置等四部分構成。根據力的測量系統(tǒng)的不同又分為機械式和電測試兩類。7.5.3十字板剪切試驗試驗設備7.5.3十字板剪切試驗試驗設備7.5.4試驗的技術要求(1)十字板剪切試驗點的布置在豎向上的間距可為1m。(2)十字板頭形狀宜為矩形，徑高比為1:2，板厚宜為2~3mm。(3)十字板頭插入鉆孔底（或套管底部）深度不應小于孔徑或套管直徑的3~5倍。(4)十字板插入至試驗深度后，至少應靜置2~3min，方可開始試驗。7.5.4試驗的技術要求(5)扭轉剪切速率宜采用1o~2o/10s，并在測得峰值強度后繼續(xù)測記1min。(6)在峰值強度或穩(wěn)定值測試完畢后，再順扭轉方向連續(xù)轉動6圈，測定重塑土的不排水抗剪強度。(7)對開口鋼環(huán)十字板剪切儀，應修正軸桿與土間摩阻力的影響。7.5.5試驗成果及應用

十字板剪切試驗的成果主要有：各試驗點土的不排水抗剪峰值強度、殘余強度、重塑土強度和靈敏度極其隨深度變化曲線；抗剪強度與扭轉角的關系曲線等。

由于十字板剪切試驗得到的不排水抗剪強度一般偏高，因此要經過修正才能用于工程設計，其修正方法如下：7.5.5試驗成果及應用7.5.5試驗成果及應用7.6旁壓試驗

旁壓試驗又稱為橫壓試驗，它是通過圓柱狀旁壓器對鉆孔壁施加均勻橫向壓力，使孔壁土體發(fā)生徑向變形直至破壞，同時通過測量系統(tǒng)量測橫向壓力和徑向變形之間的關系，進一步推求地基土力學參數(shù)的一種原位測試方法。這種測試方法具有如下優(yōu)越性：(1)旁壓試驗的物理模型為軸對稱的圓柱形孔的擴張問題，這個問題的彈塑性理論解已經得到很好的解決。(2)旁壓試驗可以用來估計原位水平應力。(3)測試方便，不受地下水位的限制，與室內試驗相比，具有試樣大、代表性強、擾動小的優(yōu)點。(4)旁壓試驗具有較廣泛的適應性，可適合于黏性土、粉土、砂土、碎石土、極軟巖、軟巖等各類巖土的測試。7.6.1試驗目的及用途旁壓試驗的目的主要有如下幾方面：(1)測定土的旁壓模量和應力應變關系。(2)估算黏性土、粉土、砂土、軟質巖石和風化巖石的承載力。7.6.2試驗基本原理典型的旁壓試驗P-V曲線7.6.2試驗基本原理旁壓模量：

此外，根據初始壓力、臨塑壓力、極限壓力和旁壓模量結合地區(qū)經驗可評定地基承載力和變形參數(shù)。7.6.3旁壓試驗的設備旁壓試驗設備主要由旁壓器、加壓穩(wěn)定裝置、變形測量裝置幾部分構成。監(jiān)測裝置壓力表高壓氣瓶輔助腔測量腔旁壓器同軸塑料管量管7.6.4試驗技術要求1.旁壓試驗點要求布置在有代表性的位置和深度進行，旁壓儀的量測腔要求位于同一土層內。試驗點的垂直間距應根據地層條件和工程要求確定，但不宜小于1m，試驗孔與已有鉆孔的水平距離不宜小于1m。2.預鉆式旁壓試驗應保證成孔質量，孔壁要垂直、光滑、呈規(guī)則圓形，鉆孔直徑與旁壓器直徑應良好配合，防止孔壁坍塌。7.6.4試驗技術要求3.加荷等級可采用預期臨塑壓力的1/7~1/5，初始階段加荷等級可取小值，必要時，可做卸荷再加載試驗，測定再加荷旁壓模量。4.每級壓力應維持1min或2min后再施加下一級荷載，維持1min時，加荷15、30、60s后測讀變形量，維持2min時，加荷后15、30、60、120測讀變形量。5.當量測腔的擴張體積相當于量測腔的固有體積時，或壓力達到儀器容許的最大壓力時應終止試驗。7.6.5試驗成果及其應用(1)計算土的旁壓模量和變形模量1)Menard公式：土的結構性修正系數(shù)7.6.5試驗成果及其應用7.6.5試驗成果及其應用(2)評定地基承載力利用旁壓試驗p-V曲線的特征值可以評定地基承載力的標準值。1)臨塑壓力法地基承載力標準值2)極限壓力法地基承載力標準值式中F經驗系數(shù)，一般取值為2-3之間。7.7扁鏟側脹試驗7.7扁鏟側脹試驗

扁鏟側脹試驗是由意大利Silvano

Marchetti教授于20世紀70年代創(chuàng)立。該方法是將帶有膜片的扁鏟壓入土中預定深度，然后充氣使扁鏟兩側的膜片向土中側向擴張，同時測得不同壓力下的側向變形，根據測得的應力應變關系，可以得到土的模量及其他有關指標。扁鏟側脹試驗最適宜在軟弱、松散土層中進行，隨著土的堅硬程度的增加或密實程度的增加，其適用性逐漸減弱。扁鏟側脹試驗的優(yōu)點在于測試簡單、快速、重復性好、價格低廉。7.7.1試驗目的及用途扁鏟側脹試驗的目的主要有如下幾方面：(1)用于劃分土類。(2)估算靜止測壓力系數(shù)、不排水抗剪強度、土的變形參數(shù)。(3)為側向受荷樁的設計提供所需參數(shù)。7.7.2試驗基本原理7.7.2試驗基本原理7.7.3試驗設備扁鏟側脹試驗的設備主要為扁鏟探頭，其他的探桿和加壓貫入裝置可借用靜力觸探的設備進行。扁鏟探頭如圖所示7.7.4試驗技術要求7.7.4試驗技術要求7.7.5試驗成果及其應用(1)劃分土類(2)確定靜止側壓力系數(shù)K0(3)估算不排水抗剪強度Cu(4)計算土的變形參數(shù)(5)提供側向受荷樁的設計參數(shù)7.7.5試驗成果及其應用(1)劃分土類7.7.5試驗成果及其應用7.7.5試驗成果及其應用7.7.5試驗成果及其應用7.7.5試驗成果及其應用7.7.5試驗成果及其應用7.8波速測試波速測試現(xiàn)場7.8波速測試波速測試就是測定各類彈性波在地基中的傳播速度。地基中的彈性波可分為兩種，一種是體波，它是在地基介質內部傳播；另一種是面波，它是在地基表面?zhèn)鞑サ?。不同種類的波在地基中的傳播速度也是不同的，通常波速測試是指測試縱波、橫波、瑞利波三種彈性波的傳播速度。而根據不同的測試要求，可分別采用單孔法、跨孔法和面波法三種測試方法。7.8.1目的及用途波速測試的目的是通過測定地基土中的彈性波傳播速度，從而間接測定巖土體在小應變條件下﹙10-6-10-4﹚的動彈性模量、動剪切模量、動泊松比。7.8.2基本原理及方法(1)基本原理7.8.2基本原理及方法7.8.2基本原理及方法7.8.3測試設備7.8.3測試設備7.8.3測試設備7.8.4技術要求單孔法波速測試的主要技術要求如下：(1)測試孔要垂直。(2)所采用的三分量檢測傳感器要固定在需要測試的鉆孔內預定深度處并緊貼孔壁。(3)應結合土層分布布置測點，測點的垂直間距宜取1-3m，層位變化處可適當加密，并宜自下而上逐點測試。跨孔法波速測試的主要技術要求如下：(1)有兩個以上測試孔時，測試孔和震源孔應布置在同一條直線上。(2)測試孔的孔距在土層中宜取2-5m，在巖層中宜取8-15m。測點垂直間距宜取1-2m。近地表測點宜布置在0.4倍孔距深度處，震源和接收傳感器應布置在同一地層的相同標高處。(3)當孔深超過15m時，應進行激振孔和測試孔的傾斜度和傾斜方位校正，測點間距宜取1m。面波法測試宜采用低頻傳感器。7.8.5波速測試成果及應用

波速測試的直接成果就是各被測土層的彈性波速，它們主要被用于以下幾個方面：7.8.5波速測試成果及應用7.9現(xiàn)場直接剪切試驗現(xiàn)場直剪7.9現(xiàn)場直接剪切試驗

現(xiàn)場直接剪切試驗是在現(xiàn)場對巖土樣施加一定得法向應力和剪切力，使其在剪切面上破壞，從而求得巖土體在各種剪切面特別是巖土體軟弱結構面上抗剪強度的一種原位測試方法，根據試驗對象的不同，現(xiàn)場直接剪切試驗又分為土體現(xiàn)場剪切試驗和巖土現(xiàn)場剪切試驗兩種，下面僅介紹土體的現(xiàn)場剪切試驗。7.9.1試驗目的及用途

試驗目的：測定巖土體特定剪切面上的抗剪強度指標。優(yōu)點:

由于現(xiàn)場直剪試驗土樣的受剪面積比室內試驗大得多，且又是在現(xiàn)場直接進行試驗的，因此較室內試驗更能符合天然狀態(tài)，得出的結果更加符合實際工程的技術要求。適用條件：現(xiàn)場直剪試驗主要適用于粘性土、粉土、砂土、碎石土以及它們所組成的混合土層。7.9.2基本原理及方法

(1)基本原理

土的現(xiàn)場直接剪切試驗的原理與室內直剪試驗的原理基本相同，一般是在現(xiàn)場對幾個試樣(每組不少于3個試樣）施加不同的法向荷載，待其固結穩(wěn)定后再施加水平剪力使其破壞，同時記錄下每個試樣破壞時的剪切應力，繪制出破壞剪應力與法向應力的關系曲線，繼而可以得到土體在特定破壞面上的抗剪強度參數(shù)即內摩擦角和粘聚力。7.9.2基本原理及方法(2)試驗方法1）試驗的第一步是試坑的開挖和試樣的制備，一般情況下工作面的尺寸為2.5m×1.6m.試樣的制備一般在試坑中進行，用下端帶有刃口的剪力盒，邊壓入土體邊削去剪力盒外側土體，一直到剪力盒全部切入到預定的試驗深度為止，沿刃口的深度將周圍土體削除，形成與剪切面一致的試坑基底平面，同時修剪剪力盒中試樣的頂面，使試樣頂面超出剪力盒頂面1cm左右，并使其保持平整。試樣制備完成后，可安裝法向應力施加裝置和水平推力施加裝置及相應的應力、位移測量裝置（見圖7-25），試驗裝置安裝完成之后，即可開始試驗。

2）對試樣分級施加法向荷載，荷載的等效集中應力作用位置應位于剪切面的中心，最大法向荷載應大于設計荷載，一般可分4-5級逐漸達到試驗所需的最終法向荷載。7.9.2基本原理及方法7.9.2基本原理及方法每級法向荷載施加后每5min測量一次試驗變形，當每1min變形不超過0.05mm時可施加下一級荷載。最后一級法向荷載施加后，當1h內豎直變形不超過0.05mm時，即達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，可施加剪切荷載。3）施加水平剪切力，每級剪切荷載按預估價最大荷載的8%—10%分級等量施加，也可按法向荷載的5%-10%分級等量施加。當剪切變形急劇增長或變形繼續(xù)增長而剪應力無法增加或剪切變形達到試樣邊長（直徑）的1/10時可終止試驗。4）當需要根據剪切位移大于10mm時的試驗成果確定土的殘余抗剪強度時，可能需要沿剪切面繼續(xù)進行摩擦試驗。5）繪制有關試驗成果曲線（詳見試驗成果及應用部分）7.9.3試驗設備土的現(xiàn)場直接剪切試驗的主要設備有下列幾部分構成：1、剪力盒，用以制備和裝盛土樣。2、法向荷載施加系統(tǒng)，由千斤頂、加壓反力裝置及滾動滑板構成，用以施加法向應力。3、水平剪力施加系統(tǒng)，由千斤頂及附屬裝置（反力支座等）構成。4、測量系統(tǒng)，由位移量測系統(tǒng)（位移計、百分表等）和力測量系統(tǒng)（力傳感器）構成，用以測量法向荷載、法向位移、水平剪力、水平位移等。7.9.4試驗的技術要求土的現(xiàn)場直接剪切試驗應滿足下列技術要求：1、剪切面積（試樣截面積）不宜小于0.3m2高度不宜小于20cm或為試樣土顆粒最大粒徑的4-8倍。2、開挖試坑時，應避免對試樣土體的擾