载荷试验(1)

2020/1/241主讲：蓝俊康2020/1/242内容安排第一章：载荷实验；第二章：动力触探；第三章：静力触探；第四章：十字板剪切实验；第五章：旁压实验；第六章：岩石点荷载实验；第七章：扁铲侧胀试验;2020/1/243第一章：载荷实验1.1概述；1.2仪器设备；1.3实验步骤和技术要求；1.4实验资料的整理；1.5资料的应用；1.6桩的载荷实验；1.7螺旋板载荷试验1.8复习题2020/1/244第1节概述定义：载荷实验是保持地基土的天然状态和模拟建筑物的荷载条件，通过一定面积的承压板向地基施加竖向荷载，观察研究地基土变形和强度规律的一种原位实验。分类：（1）按加荷的性质分：动力载荷实验和静力载荷实验；（2）按承压板的形状分：平板载荷实验；螺旋板载荷实验；2020/1/245载荷试验示意图2020/1/246第2节仪器设备加荷装置：（以下2种类型）重物——载荷台、导正设施、承压板和重物组成；由于安全性差，目前已很少使用。液压千斤顶——加荷稳压装置、反力装置、测记变形装置。沉降观测装置——百分表（或测记变形装置）。精度要求：须达到0.1—0.01mm。2020/1/247仪器设备组成加荷稳压装置；沉降观测装置(电测位移计、百分表)反力装置；承压板；2020/1/248百分表百分表2020/1/249加压装置之1——木质或铁质载荷台2020/1/2410加压装置之2——低重心载荷台2020/1/2411液压千斤顶类型目前我国共有3种类型：伞型链式自记自稳油压载荷机（冶金系统，昆明冶金设计院研制）；MT-3A型载荷试验机（煤炭系统，由重庆煤矿设计院和西安煤矿设计院联合研制）；DL-1-1型载荷试验机（水电系统，由中南电力勘察设计院研制）；2020/1/2412伞型链式自记自稳油压载荷实验机自动稳压器——由输油装置和控制压力装置组成；反力系统——由地锚、反力梁、中心传力装置组成；沉降自动记录系统——采用自动记录仪；可自动绘制各压力阶段的s-t曲线；（研制单位：昆明冶金设计院）2020/1/2413自动稳压器2020/1/2414千斤顶加压装置1—钢桁架式2020/1/2415千斤顶加压装置之2—拉杆式2020/1/2416承压板材料：加肋厚钢板或钢筋混凝土板尺寸承压板面积(cm2)方型边长(cm)圆形直径(cm)100031.635.30250050.0056.40500070.0079.8010000100.00112.842020/1/2417承压板的选用综合土质选取：土质松软（如软土、新近沉积土、人工土、湿陷性黄土）：宜采用≥5000cm2；均质密实粘性土、砂土：1000—2500cm2；一般土：2500—5000cm2；双层土（上硬下软）：分层测试（或选用较大载荷板）2020/1/2418第3节实验步骤和要求实验点的选择：建筑物的重要部位、地基土的主要持力层；实验前准备：检查仪器、准备电源、照明和各种实验工具；开挖试坑：D3b；预留保护层15-20cm；取土样2个；铺粗砂垫层1-2cm；安装设备：注意使承压板水平，居中心；架设防雨、防晒棚、排水沟。2020/1/2419实验步骤和要求（续）全面检查和开始实验；逐级加荷：每级荷载为（1/8—1/10）Pu；观测沉降：按5、5、10、10、15、15、30、30min…间隔观测，稳定后再加下一级荷载；终止实验，绘制s-t曲线；确定地基土承载力和变形模量。2020/1/2420技术标准每级荷载下沉降稳定标准：连续2小时的沉降量≤0.1mm/h时，即认为达到相对稳定。终止实验条件（地基破坏标准）：（1）承压板周围土层出现明显裂缝并隆起；（2）荷载不增加，持续24h沉降呈等速增加；或荷载增加不多，沉降量却急剧增加，p—s曲线出现陡降段；（3）由于变形量急剧增加，引起油泵、电机频繁启动；（4）承压板累积下沉量超过承压板直径或宽度的0.06倍。2020/1/2421第4节实验资料的整理检查原始资料；沉降数据的校正；（土面未整平、人工观测时会产生误差）2020/1/2422第4节资料的应用求地基承载力；计算地基变形模量E0；预估建筑物的沉降量；判断土的湿陷性；判断黄土是否属于自重湿陷土、确定其湿陷起始压力；2020/1/2423求fa确定地基允许承载力；（1）强度控制法：此法适用于低压缩性土。（2）相对沉降控制法：当P—S曲线没有明显的拐点，因为变形量大，即使以极限荷载除以安全系数，有时变形也超过了建筑物的允许值，所以按控制变形量给出地基允许承载力。我国：粘性土按S/B=0.02;砂性土按S/B=0.01—0.015;此法适用于中高压缩性土。2020/1/2424求fak续强度控制法：A、当P0与Pu很近时，用P0不安全，需用pu/3～pu/2作为地基允许承载力；此法适用于某些黄土、某些红土。B、当P0与Pu很远时，用P0太浪费，应用：其中K=3～4KPPpfuak002020/1/2425求地基变形模量E0比例界限点P0清楚时：μ为泊松比，碎石土为0.27,粉土为0.3；粉质粘土为0.35，粘土为0.42。P,S分别为直线段上任一点的压力值(kPa)及相应的沉降量；I0为承压板的形状系数，对于刚性方形板，I0=0.886，对于刚性圆形板，I0=0.785SPdIE)1(2002020/1/2426求地基变形模量E0式中，I——承压板深度的修正系数；当h=0,I=1；当h≤B时；当hB时；没有直线段、比例界限点P0不清楚时：粘性土：S=0.02B及所对应的P砂性土：S=0.015B及所对应的PBhI27.01hBI23.05.02020/1/2427预估建筑物的沉降量；当建筑物2B深度内土质均匀时，建筑物预估沉降量为：砂土地基：粘性土地基：22)3030()(BBBBSSBBSSBBSSBBSSBBSS2020/1/2428判断湿陷性土的办法《岩土工程勘察》规范规定：当不能采样做室内湿陷性试验时，应采用现场载荷实验确定其湿陷性。方法是：在200KPa压力下浸水载荷实验的附加湿陷量与承压板宽度之比ΔS/B≥0.023的土，为湿陷性土。2020/1/2429判断自重湿陷性土的办法开挖长方形试坑（长＞10m），坑深50cm，坑底铺粗砂5-10cm厚；注水（水头保持30cm），浸水湿陷稳定为止（稳定标准:最后5d内1mm/天）。判断标准：自重引起的ΔS≤7cm为非自重湿陷黄土；自重引起的ΔS7cm为自重湿陷黄土。2020/1/2430测定非自重湿陷性土的湿陷起始压力（3个办法）双线法：2个载荷实验分别在：（1）天然土上；（2）浸水饱和土上。做P—ΔS（湿陷量）曲线；则其拐点处的压力即为湿陷的起始压力。单线法：在3-4个点先压（各点压力不同）再浸水，求各级压力下湿陷量ΔS，做P—ΔS（湿陷量）曲线；则其拐点处的压力即为湿陷的起始压力。饱和单线法：先饱水再加压，做P—沉降量S曲线；则其拐点处的压力即为湿陷的起始压力。2020/1/2431第6节桩的静力载荷试验仪器设备：与平板静力载荷试验基本相同，只不过一般用混凝土块为反力装置；测试数量：按1%抽检。但每个场地3根以上。试验一般不进行到桩破坏。而用总沉降量控制法。2020/1/2432实验现场图片（远景）2020/1/2433实验现场图片（近景）2020/1/2434实验现场图片（近景）2020/1/2435桩的静力载荷试验的资料整理①P—S曲线明显拐点法将单桩静载荷试验绘制成P—S曲线（见图7—4），如果其末段明显向下转折，则可取曲线明显拐点所对应的荷载作为单桩极限荷载RU，将极限荷载除以安全系数2之后，即为单桩轴向承载力设计值。当P—S曲线的拐点不明显时，就难以采用此法。此外，作图时宜按已规定的比例进行，即横座标用1cm代表5.0t，纵坐标用1cm代表1mm（用于预制桩和灌注桩），以减少由于作图比例不当所带来的误差。2020/1/2436桩的载荷试验：P-S曲线图2020/1/2437桩的载荷试验：S-lgt曲线图2020/1/2438桩的静力载荷试验（续）②S—lgt法:取桩顶沉降S作纵坐标，时间的对数作横坐标，绘出每一级荷载下的S—lgt曲线（见附图），在这些曲线中取斜率剧增且发生明显向下转折的那一条曲线所对应的荷载作为桩的破坏荷载，其前一级荷载作为极限荷载。附图中，曲线g相应为破坏荷载，其前一级荷载——曲线f，即为桩的曲线荷载。此外，还有lgP—lgS曲线法，S—lgP法和指数方程法等，这里就不一一列举了。2020/1/2439单桩承载力标准的确定按桩的沉降量确定:这种方法从P—S曲线上荷载与沉降的对应关系出发，以桩顶达到某一总沉降量或总沉降量与桩径的比值，作为确定单承载力的标准。标准的提出虽带经验性质，但这种方法还较常用，特别在试验末达到破坏状态就结束的情况下，或者当曲线难以确定Ru时更受重视，取值的标准有：2020/1/2440单桩承载力标准的确定取S=3%d（直径d50cm的摩擦桩）所对应的荷载作为R;取S=3—5mm所对应的荷载作为R，或取S=10—12mm（软土），以及S=15—20mm（中等强度的土）所对应的荷载作为R（我国部分地区的经验）。应指出，单桩静载荷试验的沉降量，并不代表桩基的沉降量。2020/1/2441第7节螺旋板载荷试验一、发展史：螺旋板载荷试验是由平板载荷试验演变而来的一种非开挖型、能够在赋存地下水和在地表下较大深度工作的轻便原位测试手段。该测试方法始于20世纪70年代初期，30多年来，螺旋板载荷试验已经广泛应用于世界各国的工程勘察中，最大工作深度已达30m。2020/1/2442螺旋板载荷试验原理通过机械或人力把地锚状的螺旋形载荷板，旋到地下预定测试的深度处，通过对螺旋板逐级加荷载，并测记地基土受压后产生的垂向位移和所施加荷载的关系，并依此绘制地基土应力—应变—时间的关系曲线，进而求得不同深度处地基土的承载力特征值、模量值、固结系数、土的湿陷量、软土的不排水抗剪强度等指标。2020/1/2443图示2020/1/2444仪器设备荷载源：千斤顶、水压反力系统：地锚等；沉降观测装置：百分表等测压系统：螺旋板上的应变传感器，地面数字测力仪，水压力值等。螺旋承压板：既是测试时钻进的钻头，又是到达试验深度后向地基土施加荷载的承压板。2020/1/2445螺旋承压板根据场地特点不同，分别有适于软土、硬土几种螺旋承压板型：①φ113mm，螺旋承压板面积l00cm2，螺距25mm；②Φ159.58mm，螺旋承压板面积200cm2，螺距40mm；③Φ195.44mm，螺旋承压板面积300cm2；④Φ252.23mm，螺旋承压板面积500cm2，螺距65mm；⑤Φ298.55，螺旋承压板面积700cm2；2020/1/2446螺旋承压板选择与平板载荷试验不同的是，螺旋承压板在旋入试验深度过程中，由于螺旋板顺螺纹方向产生的切土效应，对测点地基土产生扰动，影响到测量的准确性。为此，需要对螺旋板的螺距、螺旋板材料厚度进行必要的限制，一般是取螺旋板直径与螺距之比值为4～5；螺旋板直径与板厚之比值为25为宜。2020/1/24471.7复合地基载荷试验一、试验目的和要求二、加荷等级；三、可终止试验的条件；四、复合地基承载力特征值的确定。2020/1/2448一、试验目的和要求目的：复合地基载荷试验用于测定承压板下应力主要影响范围内复合土层的承载力和变形参数。要求：（1）复合地基载荷试验承压板应具有足够刚度。（2）单桩复合地基载荷试验的承压板可用圆形或方形。（3）单桩复合地基载荷面积为一根桩承担的处理面积；多桩复合地基载荷试验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。2020/1/2449试验要求（4）桩的中心（或形心）应与承压板中心保持一致，并与荷载作用点相重合。（5）承压板底面标高应与桩顶设计标高相适应。承压板底面下宜铺设粗砂或中砂垫层，垫层厚度取50～150mm，桩身强度高时宜取大值。试验标高处的试坑长度和宽度，应不小于承压板尺寸的3