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岩土工程原位试验华南理工大学土木工程系•试验工作在工程勘察中占有很重要的位置。它不仅为学科理论的研究与发展所必需，而且也为岩土工程设计提供资料所必需。•就土工试验而论，可分为室内试验和原位试验（或原位测试）。两者合称为实验土力学。•土的室内试验具有很多优点，但由于室内试验需要取样，样品小，易受扰动，代表性差，所测力学指标严重“失真”，且费时费力。为了克服室内试验的致命弱点，土的原位测试技术就应运而生了。•土的原位测试，一般指的是在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层的一种土工勘察技术。•这里的土层包括粘性土、粉土、砂性土、碎石土及软弱岩层等。引言室内试验•室内岩土试验可分为土体的室内试验和岩石的室内试验。•土体的室内试验，包括土的物理性质指标的测定、土的力学性质指标的测定、土的动力特性试验、粘土矿物分析等等。•岩石的室内试验，包括岩石水理性质试验、岩石强度和变形试验、岩石结构面抗剪强度试验、岩石软弱夹层剪切蠕变试验、岩石点荷载强度试验等等。•优点:土的室内试验，历史较久，经验也比较丰富，其主要优点是，试验时的边界条件和排水条件都很易控制，清楚明了，试验中的应力路径可事先选定；对小应变来说，土样中的应变场是均一的，所测土的物理力学性质指标已得到公认。原位试验•实验室一般使用小尺寸试件，不能完全确切地反映天然状态下的岩土性质，特别是对难于采取原状结构样品的岩土体。因而有必要在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学性质及其他指标，以弥补实验室测试的不足。许多试验方法是随着对岩土体的深入研究而发展起来的。野外试验亦称现场试验、就地试验、原位测试。原位测试：是指在岩土体原有的位置上，在保持岩土的天然结构、天然含水量以及天然应力状态条件下测定岩土性质。原位测试可分为土体原位测试和岩体原位测试•1．土的原位测试优点•土的原位测试技术在工程勘察中占有很重要的位置。这是因为它与钻探、取样、室内试验的传统方法比较起来，具有下列明显的优点：（1）可在拟建工程场地进行测试，不用取样。避免由于钻探取样产生的不同程度扰动（取样时的应力解除、样品运输中的碰撞及制样中的扰动等）。因此，室内试验所测“原状土”的物理力学性质指标往往不能代表土层的原始状态指标，大大降低了所测指标的工程应用价值。（2）原位测试涉及的土体积比室内试验样品要大得多，因而更能反映土的宏观结构（如裂隙、夹层等）对土的性质的影响。（3）很多土的原位测试技术方法可连续进行，因而可以得到完整的土层剖面及其物理力学性质指标，因而它是一门自成体系的实验科学。（4）土的原位测试，一般具有快速、经济的优点。如用静力触探车进行测试．8h可触探120--300m，并可自动记录、打印和处理成果，速度之快是钻探、取样、室内试验所无法比拟的。•2、土的原位测试缺点•（1）难于控制测试中的边界条件，如测试周围土层的排水条件和应力条件。•（2）测试成果和边界条件的关系和测试机理的科学解释有待于进一步明确，但到目前为止，土的原位测试技术所测出的数据和土的工程性质之间的关系，仍是建立在大量统计的经验关系之上的。•3．土的原位测试与传统的钻探、取样、室内试验的关系•在工程勘察中，可以大量使用土的原位测试技术，只须对需要做对比的土层或关键部位配以少量钻探和室内试验即可。这样做的目的是，可以建立很多适合勘察现场的经验关系，提高土的原位测试精度，大量减少工程地质钻探和室内试验费用，缩短勘察周期。•土的原位测试方法很多，但可以归纳为下列两类：•（1）土层剖面测试法：•可获得连续的土层剖面，具有可连续进行测试、快速、经济的优点。它主要包括静力触探、动力触探、土的压入式板状膨胀仪测试及电阻率法等。•（2）专门测试法。•可得到土层中关键部位土的各种工程性质指标，精度高，测试成果可直接供设计部门使用，其精度一般可超过钻探和室内试验成果的精度。它主要包括载荷测试、旁压测试、标准贯入测试、抽水和注水实验及十字板剪切测试等。••土的专门测试法和土层剖面测试法，经常配合使用，点面结合，既提高了勘测精度，又加快了勘测进度。•1、工程设计中的土工计算成果的可靠性，主要取决于所选计算参数，所选参数精度的重要性远比所选的计算方法要重要得多。•2、可靠的土质参数，只能通过原位测试取得。因此，在工程勘察中，不进行原位测试是没有质量保证的；特别是在大型工程勘察中，它是不可缺少的手段。•3、原位测试技术的重要性正在逐渐被广泛承认，测试技术逐渐成熟，相应法规日趋完善，它将发挥越来越大的作用。观点练习•1、下列不属于原位测试手段的是（）。A.静力载荷试验B.标贯试验C.动力触探试验D.压缩试验答案：D•2、所谓原位测试就是在土层原来所处的位置基本保持土体的天然结构、天然含水量以及天然应力状态下，测定土的（）指标。A•（A）工程力学性质•（B）抗压强度（C）物理性质•（D）纵波波速取样•不扰动土试样的采取方法•击入法，压入法，回转法•土试样质量等级；级别扰动程度试验内容ⅠⅡⅢⅣ不扰动轻微扰动显著扰动完全扰动土类定名、含水量、密度、强度试验、固结试验土类定名、含水量、密度土类定名、含水量土类定名不扰动是指原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度和含水量变化很小，能满足室内试验各项要求•取样技术要求•试样采取的工具和方法可按表2选择•特殊要求•在钻孔中采取Ⅰ、Ⅱ级砂样时，可采用原状取砂器，并按相应的现行标准执行。•在钻孔中采取Ⅰ、Ⅱ级土试样时，应满足下列要求：•1、在软土、砂土地层中宜采用泥浆护壁；如使用套管，应保持管内水位等于或稍高于地下水位，取样位置应低于套管底三倍孔径的距离；•2、采用冲洗、冲击、振动等方式钻进时，应在预计取样位置1m以上改用回转钻进；•3.下放取土器前应仔细清孔，清除扰动土，孔底残留浮土厚度不应大于取土器废土段长度（活塞取土器除外）；•4.采取土试样宜用快速静力连续压入法；条件不允许时也可采用重锤少击方式，但应有良好的导向装置，避免锤击时摇晃；•5.对黏性较强的土层，上提取土器之前可回转3圈，使土试样从底端断开；•6.具体操作方法应按现行标准《原状土取样技术标准》（JGJ89）执行。土试样封装、保存及运输•Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土试样应妥善密封，防止湿度变化，严防曝晒或冰冻。在运输中应避免振动，保存时间不宜超过三周。对易于振动液化和水分离析的土试样宜就近进行试验。•岩石试样可利用钻探岩芯制作或在探井、探槽、竖井或平洞中刻取。采取的毛样尺寸应满足试块加工的要求。在特殊情况下，试样形状、尺寸和方向由岩体力学试验设计确定。练习题•1、采取软岩的完全扰动试样时，可采用哪一种取样工具（）？•（A）岩心钻头；•（B）标准贯入器；•（C）回转取土器；•（D）薄壁取土器；•答案：A•2、按照岩土工程勘察规范，轻微扰动的土样可以进行下面那类实验（）？•（A）土类定名、含水量、密度、强度试验、固结试验；•（B）土类定名、含水量、密度；•（C）土类定名、含水量；•（D）土类定名；•答案：B•3、薄壁取土器可以在（）中使用？•（A）碎石土；•（B）细砂；•（C）粉土；•（D）硬粘土；•答案：c•4、采取不扰动土样方法有（）？D•（A）回转法；•（B）击入法；•（C）压入法；•（D）A+B+C；•1、原位测试试验具有许多优点,可完全替代室内试验(N)•2、在钻孔中采取Ⅰ、Ⅱ级砂样时，可采用原状取砂器(Y)•3、对易于振动液化和水分离析的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土试样宜送到实验室进行试验(N)•4、不扰动土样是指原位应力状态没有改变(N)载荷测试是目前世界各国用以确定地基承载力的最主要方法，也是比较其他土的原位测试成果的基础。平板静力载荷测试，简称载荷测试。其方法是在保持地基土的天然状态下，在一定面积的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特性。平板静力载荷测试所反映的是承压板以下大约1.5－2倍承压板宽的深度内土层的应力－应变－时间关系的综合性状。载荷测试的主要优点是对地基土不产生扰动，利用其成果确定的地基容许承载力最可靠、最有代表性，可直接用于工程设计。其成果还可用予预估建筑物的沉降量，效果也很好。因此，在对大型工程、重要建筑物的地基勘测中，载荷测试一般是不可少的。静载实验百分表堆载荷载板主梁平台千斤顶图2-1堆载平台系统的设备布置一、试验设备目前国内采用的试验装置，大体可归纳为由承压板、加荷系统、反力系统、观测系统四部分组成。设备的具体布置方式有如下两种：图2-2锚桩反力梁系统的设备布置钢绞线锚桩基准梁千斤顶承压板支墩钢板工字钢锚具反力梁（一）承压板类型和尺寸承压板可用混凝土、钢筋混凝土、钢板、铸铁板等制成，多以钢板为主。要求压板具有足够的刚度，不破损、不挠曲，压板底部光滑平整，尺寸和传力重心准确，搬运和安置方便。承压板形状可加工成正方形或圆形，其中圆形压板受力条件较好而且边界条件简单，使用最多。承压板（二）承压板面积规范规定一般宜采用0.25~0.50m2，对均质密实的土，可采用0.1m2，对软土和人工填土，不应小于0.5m2。采用单桩复合地基试验方式时，压板面积为一根桩承担的处理面积。采用多桩复合地基试验方式时，压板面积为相应多根桩承担的处理面积。载荷台式加压装置a－木质或铁质载荷台；b－低重心载荷台；1－载荷台；2－钢锭；3－混凝土平台；4－测点；5－承压板加荷装置加荷装置包括压力源、载荷台架或反力构架。加荷方式有重物加荷和油压千斤顶反力加荷两种。重物加荷是在载荷台架上放置重物，如铅块等，此方法比较笨重，劳动强度大，但荷载稳定。油压千斤顶反力加荷是用油压千斤顶加荷，用地锚提供反力，此方法比较方便，劳动强度小，应用广泛。油压千斤顶反力加荷要注意，①油压千斤顶的行程要满足地基沉降量的要求，②下在土中的地锚反力要大于最大荷载。千斤顶式加压装置a－钢桁架式装置；b－拉杆式装置；1－千斤顶；2－地锚；3－桁架；4－立柱；5－分立柱；6－拉杆沉降观测装置沉降观测仪表有百分表、沉降传感器或水准仪等，要满足精度要求。2、试验方法1）载荷测试一般在方形坑中进行方形坑的宽度应不小于承压板宽度（或直径）的三倍，以消除侧向土自重引起的超载影响。2）安装设备安装承压板，在安装承压板之前，应平整坑底，铺1－2cm厚的中砂层，并用水平尺找平，以保证承压板与试验面的平整均匀接触。尽量保持原状土，方法有①对软粘土、饱和松散砂，在承压板周围预留20－30cm保护层②地下水（可先将水降至承压板以下，铺砂，安承压板，待水位恢复）安装千斤顶、载荷台架或反力构架。保持其中心与承压板一致。安装沉降观测装置。沉降观测点应对称放置。3）试验加荷方式。①分级维持荷载沉降相对稳定法（常规慢速法）。分级加荷按等荷载增量均衡施加。荷载增量一般取预估试验土层极限荷载的10%~20%，或临塑荷载的20%~25%。每一级荷载，自加荷开始按时间间隔，10、10、10、15、15min,以后每隔30min观测一次承压板沉降，直至在连续2h沉降量不超过0.1mm/h,或连续1h内每30min沉降不超过0.05mm，即可施加下一级荷载。②分级维持荷载沉降非稳定法（快速法）。分级加荷与慢速法同，但每一级荷载按间隔15min观察一次沉降。每级荷载维持2h，即可施加下一级荷载。③等沉降速率法。控制承压板以一定的沉降速率沉降，测读与沉降相对应的所施加的荷载，直至试验达破坏状态。4)试验结束条件。一般应尽可能进行到试验土层达到破坏阶段，然后终止试验。当出现下列情况之一时，可认为已达破坏阶段：①在某级荷载作用下，24h沉降速率不能达到相对稳定标准；②承压板周围出现明显侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；③相对沉降(s/b)超过0.06~0.08•浅层平板载荷试验要点•《岩土工程勘察规范》（GB50021-2019)规定浅层平板荷载试验的要点为：•1）地基土浅层平板荷载试验可适用于浅部地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力。承压板面积不应小于0.25m2,对于软土不应小于0.5m2。•2）试验基坑深度不应小于承压板宽度或直径的3倍。应保持试