岩土工程原位测试分析

第六讲岩土工程原位测试中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG提纲一、概述二、土体原位测试三、岩体原位测试中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG（一）原位测试的必要性为了取得工程设计所需要的反映地基岩土体物理、力学、水理性质指标，以及含水层参数等定量指标。弥补实验室小尺寸试件，不能完全确切地反映天然状态下的岩土性质的不足。在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学性质及其他指标。一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG（二）原位测试目的1、在岩土体处于天然状态下，利用原地切割的较大尺寸的试件进行各种测试取得可靠的岩土体物理、力学、水理性质指标。2、对于某些因无法采取原状样品进行室内实验的岩土体的测试。如：裂隙化岩石、液态粘性土（低液限粘土、淤泥）、砂砾。3、完成或实现室内无法测定的实验内容。如：地下洞室围岩应力、岩体裂隙的连通性、透水性、含水层的渗透性等。4、为施工（基坑开挖、地基处理）提供可靠的数据。一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG（三）原位测试的分类1、岩土力学性质的野外测定（1）土体力学性质试验载荷试验、旁压试验、静、动触探试验、十字板剪切试验（2）岩体力学性质试验岩体变形静力法试验、声波测试（动力法）试验、岩体抗剪试验、点荷载强度试验、回弹锤测试、便携式弱面剪试验2、岩体应力测定测定岩体天然应力状态下及工程开挖过程中应力的变化。如：地下洞室开挖一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG3、水文地质试验钻孔压水试验（裂隙岩体）、抽水试验（中、强富水性含水层）、注水试验（干、松散透水层）、岩溶裂隙连通试验等。4、改善土、石性能的试验为地基改良和加固处理提供依据。如：灌浆试验、桩基试验等。一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试（一）静力载荷试验模拟建筑物基础工作条件的测试方法。保持土体天然状态，采用承压板逐级施加荷载，获得应力、变形曲线，测试承压板宽度1.5~2.0倍深度范围内土层的应力—应变—时间关系的综合性状。成果可直接用于地基承载力设计。按试验深度分为：浅层和深层；按承压板形状分为：平板和螺旋板；按照用途分为：一般载荷试验和桩载荷试验；按荷载性质分为：静力和动力载荷试验。中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试1、仪器设备承压板加荷装备沉降观测设备中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试2、试验要点载荷试验在方形试坑中进行，坑底宽度不小于承压板宽度的3倍。保持测试时地基土的天然湿度和原状结构。设备安装顺序：坑底整平、安装承压板、安装千斤顶、载荷台架、反力构架、安装沉降观测设备。分级加荷：第一级至卸荷土自重（包括试验设备），以后每级增加土层极限压力的1/8~1/10。观测每级荷载下的沉降。尽量能使最终荷载达到地基土极限承载力。如达不到极限荷载，则最大压力达设计压力两倍或超过第一个拐点至少三级荷载。需要观测卸荷回弹时，每级卸荷量为加荷量2倍。中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG3、试验资料整理载荷试验原始数据整理、制表，绘制压力P和沉降量S关系曲线。P-S曲线校正，原点归零，找出界限点。曲线特征点确定：比例界限值、极限界限值。当直线段不明显时如何确定比例界线值？（1）某一级压力沉降量大于前一级压力沉降量2倍。（2）lgP-lgS或P-△S/△P曲线拐点。计算变形模量E0。二、土体原位测试地表时：地表以下：中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试（二）静力触探试验将圆锥形探头匀速压入土中，测定锥头阻力等参数。静力触探设备组成：触探主机和反力装备；测量与记录显示装备；探头；探杆。中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试2、静力触探试验要点率定探头：求出地层阻力和仪表读书之间的关系，在室内进行。新探头或使用一个月后的探头应及时进行率定。整平试验现场，固定试验主机，使探头与地面垂直。电缆线穿入探杆，接通电路，调整好仪器。1~2cm/S匀速贯入，记录读书。当测量孔隙水压力消散时，在测量土层停留，记录孔压随时间的变化。中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试3、静力触探试验成果整理对原始数据进行检查与校正，如深度和零飘校正。按照《静力触探技术规则》TBJ37-93进行。计算比贯入阻力ps、锥尖阻力qc、侧壁摩擦力fs、摩阻比Fr及空隙水压力U。分别绘制qc、fs、ps、Fr、U随深度变化曲线。%100%100csRqfF锥尖阻力侧壁摩阻力ffsqqcXKfXKq侧壁摩阻力：锥尖阻力：中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试3、静力触探试验成果整理中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用（1）划分土层及土类判别①将静力触探探头阻力与深度曲线分段。②按临界深度等概念判定各土层界面深度。③将每一层土的探头阻力等参数进行算术平均，用于界定土层类型。当分层厚度大于1m，土质均匀时，应扣除上部滞后深度和下部超前深度范围的触探值。当分层厚度不足1m的均匀土层，如为软层，取最小值为层平均值；如为硬层取最大值上下各20cm范围内大值的平均值。分层曲线中遇特殊大值，应剔除。中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG单桥探头根据Ps，Ps大的一般为砂层，Ps小的一般为粘土层。双桥探头在划分土类时，以qc为主，结合fs（或FR），并在同一层内的触探参数值基本相近为原则。不同的土有不同的FR，砂类土FR通常小于或等于1，粘性土FR常大于2。常用的有以下几种方法:二、土体原位测试中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用（1）求土层工程性质指标①判断土的潮湿程度和液性指数。②饱和土重力密度γsat。③土的抗剪强度参数。粘性土：)(9.62.0943.9ln21.6100MPappwss)(9.62.0)ln18.09.0(4MPappIssL241.12ln45.4ssatp)1023.00069.0arctan(cqbfacs中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用（1）求土层工程性质指标④求地基土基本承载力f0。⑤求土层压缩模量Es与变形模量E0。⑥用孔压触探求饱和土层固结系数及渗透系数。固结系数：渗透系数：032.01.00spftTrCh20hhvvCKKChvwhCRRK'3.20中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用（2）在桩基勘察中的应用①确定单桩承载力。②确定桩端持力层层位、厚度和埋深。niisisipcfdpLfUAqqqq1中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试（三）动力触探试验利用锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入一定深度的锤击数判定土的性质。优点：设备坚固耐用；操作测试方法容易；适用范围广；快速、经济、能连续测试土层；有些动力触探可同时取样观察描述。动力触探分类：圆锥动力触探试验和标准贯入试验。中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（1）圆锥动力触探试验的仪器设备导向杆提引器穿心锤锤座探杆探头中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（2）圆锥动力触探测试要点①轻型动力触探钻至试验土层标高以上0.30m，然后对所需试验土层连续进行触探。试验时，穿心锤落距为(0.5±0.02)m,自由下落，记录每打入0.30m所需锤击数（最初0.30m可不记）。遇坚硬土层，当贯入0.30m锤击数大于100或贯入0.15m大于50击，即可停止试验。本试验一般用于贯入深度小于4m土层，必要时，也可在贯入4m后，用钻具清孔后继续贯入2m。中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（2）圆锥动力触探测试要点②重型动力触探试验前将触探架安装平稳，使触探保持铅直，铅直度最大偏差不超过2%，连接杆保持平直，连接牢固。贯入时，穿心锤自由落距（0.76±0.02）m。地面上触探杆高度不宜过高，以免倾斜与摆动过大。锤击速率宜为15-30击/min，贯入过程连续。记录每贯入0.10m所需锤击数，最初贯入的1m可不记。中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（2）圆锥动力触探测试要点②重型动力触探对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过12-15m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响；每贯入0.1m所需锤击数连续三次超过50击时，即停止试验。中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（2）圆锥动力触探测试要点②重型动力触探对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过12-15m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响；每贯入0.1m所需锤击数连续三次超过50击时，即停止试验。中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG①实测击数的统计分析a.每层实测击数的算术平均值。x-脚标代表锤重。式中，--Nx的平均值；Nx—实测锤击数；n——参加统计的测点数。对于轻型动力触探为每贯入30cm的锤击数中型、重型为每贯入10cm的锤击数nixxNnN1'1'xN分别为10，28，63.5，120等二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（3）测试数据处理中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG中型动力触探杆长修正系数探杆长度l（m）12345681012151.000.960.900.850.830.810.780.760.750.74