第七章 标准贯入试验

岩土工程勘察主讲教师：王小平7.4标准贯入试验（StandardpenetrationTest，SPT）标准贯入试验原来被归入动力触探试验一类，实际上，它在设备规格上与前述重型圆锥动力触探试验也具有很多相同之处，而仅仅是圆锥形探头换成了由两个半圆筒组成的对开式管状贯入器。此外与重型圆锥动力触探试验不同的一点在于，规定将贯入器贯入土中所需要的锤击数（又称为标贯击数）作为分析判断的依据。标准贯入试验具有圆锥动力触探试验所具有的所有优点，另外它还可以采取扰动的土样，进行颗粒分析，因而对于土层的分层及定名更为准确可靠。（1）试验目的采取扰动土样，鉴别和描述土类，按照颗分试验结果给土层定名。判别饱和砂土、粉土的液化可能性。定量估算地基土层的物理力学参数，如判定黏性土的稠度状态、砂土相对密度及土的变形和强度的有关参数，评定天然地基土的承载力和单桩承载力。（2）试验原理采用标准贯入器打入土中一定距离（30cm）所需落锤次数（标贯击数）来表示土阻力大小（3）试验设备标准贯入试验系统组成：①贯入器；②穿心落锤；③穿心导向触探杆。贯入器穿心落锤穿心导向触探杆锤垫标准贯入试验设备规格及适用土类表圆锥动力触探类型及设备规格（4）标准贯入试验技术要求1.采用回转钻进，钻进过程中要防止孔底涌土。当孔壁不稳定时，可采用泥浆或套管护壁，钻至试验标高15cm以上时应停止钻进，清除孔底残土后再进行贯入试验。2.应采用自动脱钩的自由落锤装置并保证落锤平稳下落，减小导向杆与锤间的摩阻力，避免锤击偏心和侧向晃动，保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直度，锤击速率应小于每分钟30击。3.探杆最大相对弯曲度应小于1/1000。4.正式试验前，应预先将贯入器打入土中15cm，然后开始记录每打入10cm锤击数，累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验锤击数N。当锤击数已达到50击，而贯入深度未达到30cm时，可记录50击的实际贯入度，并按下式换算成相当于30cm贯入度的标准贯入试验锤击数N。并终试验：其中△S—50击时的实际贯入深度5030NS5.标准贯入试验可在钻孔全深度范围内等间距进行，也可仅在砂土、粉土等需要试验的土层中等间距进行，间距一般为1.0~1.2m。6.由于标准贯入试验锤击数N值的离散性往往较大，故在利用其解决工程问题时应持慎重态度，仅仅依据单孔标贯试验资料提供设计参数是不可信的，如要提供定量的设计参数，应有当地经验，否则只能提供定性的结果，供初步评定用。（5）贯入击数的修正问题杆长修正上覆有效应力影响修正地下水影响修正（6）试验成果及应用判断砂土密实度标贯击数与砂土密实度的关系对照表人力松绳N1上海市标准《岩土工程勘察规范》（DBJ08-37-1994）考虑了土层埋深因素产生的上覆压力影响，对实测的标贯击数进行了上覆压力修正，并在此基础上根据修正后的标贯击数给出了对应的砂土密实程度。考虑土层上覆压力的修正公式如下：NNCN010NvC3.16NCH用经上覆压力修正后的标贯击数判别砂土相对密度表评定黏性土的稠度状态和无侧限抗压强度黏性土的稠度状态和无侧限抗压强度与标贯击数的关系表此表为Terzaghi和peck的结果。黏性土的稠度状态与标贯击数的关系表此表为原冶金部武汉勘察公司成果。评定砂土的抗剪强度指标砂土的内摩擦角与标贯击数的关系表此表为Meyerhof和Peck成果。注：均质砂取高值，非均质砂取低值，粉砂减5º，砂和砾石混合土增加5º。Peck还提出了经验公式：0.327N日本的建筑基础设计规范采用大畸的经验公式：2015N此表为美国Gibbs和Holtz成果。评定黏性土的不排水抗剪强度Cu(6~6.5)uCN(6~10)uCN日本道路桥梁设计规范则采用下列经验关系式：Terzaghi和Peck提出用标贯击数评定性土不排水抗剪强度的经验关系式如下：评定土的变形参数国内用标贯击数确定地基土变形参数的经验公式评定地基土的承载力我国《建筑地基基础设计规范》砂土承载力标准值与标准贯入击数的关系粘性土承载力标准值与标准贯入击数的关系人力松绳人力松绳日本住宅公团的经验关系式如下：Terzaghi提出用标贯击数确定地基土承载力标准值经验关系，安全系数取3：对条形基础：对独立方形基础：15KfN12KfN8KfN估算单桩承载力2.783.33.118117.33uppssccPNANANAh北京市勘察院提出的预估钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力的计算公式为：单桩竖向极限承载力(kN)桩端的截面积(m2)桩在砂土中的侧面积(m2)桩在黏性土中的侧面积(m2)桩端附近土层中的标贯数；桩周砂土层标贯击数桩周黏土层标贯击数孔底虚土的厚度(m)式中Pu——Ap——As——Ac——Np——Ns——Nc——h——4.3.4当饱和砂土、粉土的初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下20m范围内土的液化；但对本规范第4.2.1条规定可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下15m范围内土的液化。当饱和土标准贯人锤击数（未经杆长修正）小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。饱和砂土、粉土的液化标准贯人试验是判别饱和砂土、粉土液化的重要手段，我国《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）规定在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：Ncr=Noβ[ln(0.6ds+1.5)-0.ldw]cρ/3…………(4.3.4)式中：Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值；No——液化判别标准贯入锤击数基准值，可按表4.3.4采用；ds——饱和土标准贯入点深度(m)；dw——地下水位(m)；ρc——黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3；β——调整系数，设计地震第一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05。表4.3.4液化判别标准贯入锤击数基准值No设计基本地震加速度(g)0.100.150.200.300.40液化判别标准贯人锤击数基准值7101216194.3.5对存在液化砂土层、粉土层的地基，应探明各液化土层的深度和厚度，按下式计算每个钻孔的液化指数，并按表4.3.5综合划分地基的液化等级：IlE＝n1i[1-Ni/Ncri]diWi…………(4.3.5)式中：IlE——液化指数；n——在判别深度范围内每一个钻孔标准贯人试验点的总数；Ni、Ncri——分别为i点标准贯人锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时应取临界值；当只需要判别15m范围以内的液化时，15m以下的实测值可按临界值采用；di——i点所代表的土层厚度(m)，可采用与该标准贯入试验点相邻的上、下两标准贯人试验点深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度；Wi——i土层单位土层厚度的层位影响权函数值（单位为m-1）。当该层中点深度不大于5m时应采用10，等于20m时应采用零值，5～20m时应按线性内插法取值。取值。表4.3.5液化等级与液化指数的对应关系液化等级轻微中等严重液化指数IlE0＜IlE≤66＜IlE≤18IlE＞184.3.6当液7.5十字板剪切试验(vanesheartest)十字板剪切试验是一种在钻孔内快速测定饱和软黏土抗剪强度的原位测试方法。自1954年由南京水科院等单位对这项技术开始开发应用以来，在我国沿海地区得到广泛的应用。理论上，十字板剪切试验测得的抗剪强度相当于室内三轴不排水剪总应力强度。由于十字板剪切试验不需要采取土样，可以在现场基本保持原位应力状态的情况下进行测试，这对于难以取样的高灵敏度的黏性土来说具有不可替代的优越性。（1）试验目的测定原位应力条件下软黏土的不排水抗剪强度。估算软黏土的灵敏度。（2）试验原理十字板剪切试验是将具有一定高径比的十字板插入待测试土层中，通过钻杆对十字板头施加扭矩使其匀速旋转，根据施加的扭矩即可以得到土层的抵抗扭矩，进一步可换算成土的抗剪强度。板头侧面的剪切阻力为均匀分布图中所示为在板头上、下面的剪切阻力分布。CvCHpMRI464pDIHHHHCDCDDHMMMMDDDHDCDDMCDCDDCDDHMvv3321113133322162)(,121234M2杆的直径为和十字板头接触处轴为板头的直径和高度。顶面的抗扭矩为：：圆柱体底面的抗扭矩为：圆柱体侧面的抗扭矩为312322623HvvHuDMMMMDHCDCMCCCDDH匀速扭转Jackson(1969)提出修正公式：322uMCHDD与圆柱顶底面剪应力分布相关的系数（3）试验设备十字板剪切试验系统组成：①十字板头；②传力系统；③加力装置；④测量装置。（机械式和电测试）室内十字板剪切仪十字板头规格表1:2DH注：（4）十字板剪切试验技术要求1.十字板剪切试验点的布置在竖向上的间距可为1m。2.十字板头形状宜为矩形，径高比为1:2，板厚宜为2~3mm。3.十字板头插入钻孔底（或套管底部）深度不应小于孔径或套管直径的3~5倍。4.十字板插入至试验深度后，至少应静置2~3min，方可开始试验。5.扭转剪切速率宜采用1º~2º/10s，并在测得峰值强度后继续测记1min。6.在峰值强度或稳定值测试完毕后，再顺扭转方向连续转动6圈，测定重塑土的不排水抗剪强度。7.对开口钢环十字板剪切仪，应修正轴杆与土间摩阻力的影响。（5）试验成果及应用十字板剪切试验的成果主要有：各试验点土的不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵敏度极其随深度变化曲线；抗剪强度与扭转角的关系曲线等由于十字板剪切试验得到的不排水抗剪强度一般偏高，因此要经过修正才能用于工程设计，其修正方法如下：()ufuCC修正系数取值2.IL＞1的土1.其他软土土Daccal影响测试结果因素：板头尺寸剪应力分布排水条件土的各向异性剪切速率触变效应计算地基承载力根据中国建筑科学研究院和华东电力设计院的经验，地基容许承载力可按下式估算：2()aufqCh估算地基土的灵敏度软黏土地基的灵敏度按下式计算：0()uftuCSC另外，十字板剪切试验成果还可以用来检验地基加固效果、估算单桩极限承载力以及用于估算软土的液性指数等2St4中等灵敏度土St≤2低灵敏度土St≥4高灵敏度土判定软土的固结历史根据Cu-h曲线判定软土的固结历史:1.若Cu-h曲线大致呈一通过地面原点的直线，可判定为正常固结土；2.若Cu-h直线不通过原点而与纵坐标的向上延长轴线相交，则可判定为超固结土。7.6旁压试验旁压试验又称为横压试验，它是通过圆柱状旁压器对钻孔壁施加均匀横向压力，使孔壁土体发生径向变形直至破坏，同时通过测量系统量测横向压力和径向变形之间的关系，进一步推求地基土力学参数的一种原位测试方法。分为预钻式和自钻式。优点：旁压试验的物理模型为轴对称的圆柱形孔的扩张问题，这个问题的弹塑性理论解已经得到很好的解决。旁压试验可以用来估计原位水平应力。测试方便，不受地下水位的限制，与室内试验相比，具有试样大、代表性强、扰动小的优点。旁压试验具有较广泛的适应性，可适合于黏性土、粉土、砂土、碎石土、极软岩、软岩等各类岩土的测试。（1）试验目的测定土的旁压模量和应力应变关系；估算黏性土、粉土、砂土、软质岩石和风化岩石的承载力。。。（2）试验原理典型的旁压试验P-V曲线032(1)()102fmcVVpEVV土体泊松比，碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉质黏土取0.38，黏土取0.42；旁压仪测量腔的固有体积；与初始压力对应的测量腔体积；与临塑压力对应的测量腔体积；旁压曲线直线段的斜率。△V=Vf-V0μVcV0Vf△p/△V此外，根据初始压力、临塑压力、极限压力和旁压模量结合地区经验可评定地基承载力和变形参数。（3）试验设备旁压试验系统组成：①旁压器；②加压稳压装置；③变形测量装置；旁压