岩土工程勘察-word文档-郭超英主编--5第四章--原位测试

第四章原位测试第一节概述一、岩土体原位测试的优点岩土体原位测试是指在岩土工程勘察现场，在不扰动或基本不扰动岩土层的情况下对岩土层进行测试，以获得所测的岩土层的物理力学性质指标及划分土层的一种现场勘测技术。主要手段包括载荷试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、现场波速测试、岩石原位应力试验等，它和对岩土样品进行室内试验同属于岩土性能测试范畴。原位测试目的在于获得有代表性的、反映现场实际的基本工程设计参数，包括地质剖面的几何参数、岩土原位初始应力状态和应力历史、岩土工程参数等，在工程上有重要的意义和较广泛的应用。原位测试与钻探、取样、室内实验的传统方法比较起来具有下列明显优点：1．可在拟建工程场地进行测试，无需取样，避免了因取样带来的一系列问题，如原状样扰动问题。2．原位测试所涉及的岩土尺寸较室内试验样品要大得多，因而更能反映岩土的宏观结构（如裂隙等）对岩土性质的影响。以上优点决定了岩土体原位测试所提供的岩土的物理力学性质指标更具有代表性和可靠性。此外，大部分岩土体原位测试技术具有快速、经济、可连续性等优点，因而，岩土原位测试技术应用越来越广。原位测试工作主要是在建筑工程设计之前的岩土工程勘察阶段进行的，着眼于获取岩土参数，提供给设计使用。应用原位测试方法时，应根据岩土条件、设计对参数的要求、地区经验和测试方法的适用性等因素选用，原位测试的仪器设备应定期检验和标定。分析原位测试成果资料时，应注意仪器设备、试验条件、试验方法等对试验的影响，结合地层条件，剔除异常数据。根据原位测试成果，利用地区性经验估算岩土工程特性参数和对岩土工程问题做出评价时，应与室内试验和工程反算参数作对比，检验其可靠性。二、原位测试的种类、适用范围及所提供的参数当前的岩土工程勘察中，越来越多的依靠原位测试方法提供岩土参数，随着建筑工程规模的不断扩大，岩土原位测试已成为不可缺少的一种勘察手段。要掌握岩土原位测试方法，既要懂的原位测试方法的原理、步骤及要求，又要懂得原位测试的适用条件、测试设备的机理、成果的应用，才会避免测试的盲目性，提高测试的应用效果。表4﹣1为各种原位测试方法的适用范围及所能提供的岩土参数。适用范围测试方法适用土类所提供的岩土参数本章重点：介绍了常见的岩土体野外试验方法及适用范围，试验要点及资料的整理及成果的应用。学习要求：重点学习载荷试验、静力触探、动力触探、标准贯入试验，对其它试验方法作一般的了解。表4﹣1原位测试方法的适用范围注：A适用；B很适用第二节载荷试验载荷试验是在保持地基土的天然状态下，在一定面积的刚性承压板上向地基土逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基土的变形，它是测定地基土的压力与变形特性的一种原位测试方法。测试所反映的是承压板下l.5～2.0倍承压板直径或宽度范围内，地基土强度、变形的综合性状。载荷试验按试验深度分为浅层和深层；按承压板形状分为圆形、方形和螺旋板；按载荷性质分为静力和动力载荷试验；按用途可分为一般载荷试验和桩载荷试验。浅层平板载荷试验适用于浅层地基土；深层平板载荷试验适用于埋深等于或大于3m和地下水位以上的地基土；螺旋板载荷试验适用于深层地基土或地下水位以下的地基土。载荷试验可适用于各种地基土，特别适用于各种填土及含碎石的土。本节主要介绍浅层平板静力载荷试验。一、试验设备及试验要点（一）仪器设备载荷试验设备主要由承压板、加荷装置、沉降观测装置组成：承压板一般为厚钢板，形状为圆形和方形，面积为0.1～0.5m2。对承压板的要求为：有足够的刚度，在加荷过程中其本身的变形要小，而且其中心和边缘不能产生弯曲和翘起。加荷装置可分为载荷台式和千斤顶式两种：见图4﹣1、4﹣2，载荷台式为木质或铁质载荷台架，在载荷台上放置重物如钢块、铅块或混凝土试块等重物；千斤顶式为油压千斤顶加荷，用地锚提供反力。采用油压千斤顶必须注意两点：一是油压千斤顶的行程必须满足地基沉降要求，二是入土地锚的反力必须大于最大荷载，以免地锚上拔。由于载荷试验加荷较大，加荷装置必须牢固可靠、安全稳定。岩石碎石土砂土粉土粘性土填土软土鉴别土类剖面分层物理状态强度参数模量渗透系数固结特征孔隙水压力侧压力系数超固结比承载力液化判别平板载荷试验（PLT）ABBBBBBABAB螺旋板载荷试验（SPLT）BBBAABAB静力触探（CPT）ABBABAAABAB孔压静力触探（CPTU）ABBABBBABAAAAAB圆锥动力触探（DPT）BBAAAAA标准贯入试验（SPT）BAABAAAAAB十字板剪切试验（VST）BBB预钻式旁压试验（PMT）AAAABAAB自钻式旁压试验（SBPMT）ABBBAAAABBBBABA现场直剪试验（FDST）BBAB现场三轴试验（ETT）BBAB岩体应力测试（RST）B波速试验（WVT）AAAAAAAB沉降观测装置可用百分表、沉降传感器或水准仪等。只要满足所规定的精度要求及线形特征等条件，可任选一种来观测承压板的沉降变形。（二）试验要点1.载荷试验应布置在有代表性的地点，每个场地不宜少于3个，当场地内岩土体不均时,应适当增加。浅层平板载荷试验应布置在基础底面标高处。2.浅层平板载荷试验的试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的三倍；深层平板载荷试验的试井直径应等于承压板直径；当试井直径大于承压板直径时，紧靠承压板周围土的高度不应小于承压板直径。3.试坑或试井底的岩土体应避免扰动，保持其原状结构和天然湿度，并在承压板下铺设不超过20mm的中砂垫层找平,尽快安装试验设备；螺旋板头入土时，应按每转一圈下入一个螺距进行操作，减少对土的扰动；4.载荷试验宜采用圆形刚性承压板，根据土的软硬或岩体裂隙密度选用合适的尺寸；土的浅层平板载荷试验承压板面积不应小于0.25m2，对软土和粒径较大的填土不应小于0.5m2；土的深层平板载荷试验承压板面积宜选用0.5m2；岩石载荷试验承压板的面积不宜小于0.07m2。5.载荷试验加荷方式应采用分级维持荷载沉降相对稳定法(常规慢速法)；有地区经验时，可采用分级加荷沉降非稳定法(快速法)或等沉速率法；加荷等级宜取10～12级，并不应少于8级，荷载量测精度不应低于最大荷载的±1%。6.承压板的沉降可采用百分表、沉降传感器或电测位移计量测，其精度不应低于±图4-10.01mm；10min、15min、15min测读一次沉降，以后间隔30min测读一次沉降，当连续两小时每小时沉降量小于等于0.1mm时，可认为沉降已达相对稳定标准，再施加下一级荷载；当试验对象是岩体时，间隔1min、2min、2min、5min测读一次沉降，以后每隔10min测读一次，当连续三次读数差小于等于0.01mm时，可认为沉降已达相对稳定标准，再施加下一级荷载。7.当出现下列情况之一时，可终止试验：（1）承压板周边的土出现明显侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；（2）本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍，荷载与沉降曲线出现明显陡降；（3）在某级荷载下24小时沉降速率不能达到相对稳定标准；（4）总沉降量与承压板直径(或宽度)之比超过0.06。二、试验资料的整理及成果的应用（一）试验资料的整理1.根据原始记录绘制p～s和s～t曲线图。2.修正沉降观测值，先求出校正值so和p～s曲线斜率C。so和C的求法有图解法和最小二乘法。（1）图解法。在p～s曲线草图（图4﹣3）上找出比例界限点，从比例界限点引一直线，使比例界限前的各点均匀靠近该直线，直线与纵坐标交点的截距即为so。将直线上任意一点的s、p和so代入下式求得C值：s=so+Cp(4﹣1)（2）最小二乘法。计算式如下：0'spCNso(4﹣2)0'2pspCpso(4﹣3)解上两式求得22''ppNsppsNC(4﹣4)222''PPNpsppsso(4﹣5)式中：N——加荷次数；so——校正值，cm；p——单位面积压力，kPa；s'——各级荷载下的原始沉降值，cm；C——斜率。求得so和C值后，按下述方法修正沉降观测值s，对于比例界限以前各点，根据C、p值按s=Cp计算；对于比例界限以后各点，则按s=s﹣so计算。根据p和修正后的s值绘制p～s曲线。（二）成果应用1.确定地基土承载力（1）强度控制法即以比例界限po作为地基土承载力。这种方法适用于硬塑～坚硬的粘性土、粉土、砂土、碎石土。比例界限的确定方法有以下几种。①当p～s曲线上有较明显的直线段时，一般采用直线段的终点所对应的压力即为比例界限。②当p～s曲线上无明显的直线段时，可用下述方法确定：a在某一荷载下，其沉降量超过前一级荷载下沉降量的2倍。即Δsn2Δsn﹣1的点所对应的压力即为比例界限。b绘制lgp～lgs曲线，曲线上转折点所对应的压力即为比例界限。c绘制p～ps曲线，曲线上的转折点所对应的压力即为比例界限。其中Δp为荷载增量，Δs为相应的沉降增量(如图4﹣4所示)。（2）相对沉降量控制法根据沉降量和承压板宽度的比值s/b确定。当承压板面积为0.25～0.5m2，可取s/b=0.01～0.015对应的压力为地基承载力。（3）极限荷载法当p～s曲线上的比例界限点出现后，土很快达到极限荷载，即比例界限po与极限荷载pu接近时，将pu除以安全系数Fs(Fs=2～3)作为地基承载力；当比例界限po与极限荷载pu不接近时，可按下式计算：souukFpppf(4﹣6)式中：fk——地基土承载力，kPa；po——比例界限，kPa；pu——极限荷载，kPa；Fs——安全系数，一般取3～5。（4）极限荷载的确定方法当荷载试验加载至破坏荷载，则取破坏荷载的前一级荷载为极限荷载pu。（5）承载力特征值的确定应符合的规定①当p～s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值。②满足终止试验前三条终止加载条件之一时，其对应的前一级荷载为极限荷载，当该值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取荷载极限值的一半。③不能按上述两款要求确定时，可取s/b=0.01～0.05所对应的荷载值，但其值不应大于最大加载量的一半。④同一土层参加统计的试验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超过平均值的30％时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。2．计算变形模量变形模量可用下式计算sdPEO2110（4﹣7）式中：Eo——土的变形模量，MPa；ν——土的泊松比，碎石土取0.25，砂土和粉土取0.30，粉质粘土取0.35，粘土取0.42；p——承压板上的总荷载，kN；图4-4：p-ps曲线PcrPuP（kPa）pss——与荷载p相应的沉降量；d——承压板直径，cm。第三节静力触探试验静力触探试验是用静力将探头以一定的速率压入土中，利用探头内的力传感器，通过电子量测仪器将探头受到的贯入阻力记录下来。由于贯入阻力的大小与土层的性质有关，因此通过贯入阻力的变化情况，可以达到了解土层的工程性质的目的。静力触探试验可根据工程需要采用单桥探头、双桥探头或带孔隙水压力量测的单、双桥探头，可测定比贯入阻力(ps)、锥尖阻力(qc)侧壁阻力(fs)和贯入时的孔隙水压力（u）。静力触探试验适用于软土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。以下就静力触探试验的设备构造、试验方法及成果应用作一介绍。一、静力触探的试验设备静力触探设备试验由加压装置、反力装置、探头及量测记录仪器等四部分组成：（一）加压装置加压装置的作用是将探头压入土层中，按加压方式可分为下列几种。1.手摇式轻型静力触探。利用摇柄、链条、齿轮等用人力将探头压入土中。用于较大设备难以进入的狭小场地的浅层地基土的现场测试。2.齿轮机械式静力触探。主要组成部件有变速马达(功率2.8～3kW)、伞形齿轮、丝杆、稻香滑块、支架、底板、导向轮等。其结构简单，加工方便，既可单独落地组装，也可装在汽车上，但贯入力小，贯入深度有限。3.全液压传动静力触探。分单缸和双缸两种。主要组成部件有：油缸和固定油缸底座、油泵、分压阀、高压油管、压杆器和导向轮等。目前在国内使用液压静力触探仪比较普遍，一般最大