1、三 巖土的原位測試技術(shù),1 概述,1.1 概念 指現(xiàn)場基本保持地基土的天然結(jié)構(gòu)、天然含水量、天然應力狀態(tài)的情況下，測定地基土的物理-力學性質(zhì)指標的試驗方法,不需經(jīng)過鉆探取樣，直接測定巖土力學性質(zhì)，更能真實反映巖土的天然結(jié)構(gòu)及天然應力狀態(tài)下的特性 原位測試所涉及的土尺寸較室內(nèi)試驗樣品要大得多(土體體積大、代表性好)，因而更能反映土的宏觀結(jié)構(gòu)如裂隙等對土的性質(zhì)的影響，比土樣具代表性 可重復進行驗證，縮短試驗周期,1.2 優(yōu)點（與室內(nèi)試驗比較）,土體原位測試方法很多，可以歸納為下列兩類： (1)土層剖面測試法(logging or stratigraphic profiling methods)：主

2、要包括靜力觸探、動力觸探、扁鏟松脹儀試驗及波速法等 土層剖面測試法具有可連續(xù)進行、快速經(jīng)濟的優(yōu)點。 (2)專門測試法(specific test methods) ：主要包括載荷試驗、旁壓試驗、標準貫入實驗、抽水和注水試驗、十字板剪切試驗等土的專門測試法可得到土層中關(guān)鍵部位土的各種工程性質(zhì)指標，精度高，測試成果可直接供設計部門使用 精度超過室內(nèi)試驗的成果,1.3 土體原位測試的種類,根據(jù)不同的測試方法（包括CPT、DPT、PLT、PMT、FVST、SDPT），其應用可歸納為： （1） 土層土類劃分 （2） 確定天然地基承載力 （3） 測定土的物理力學性質(zhì)指標（C、） （4） 在樁基勘察中的應用

3、 （5） 評價砂土和粉土的地震液化 （6） 求解土的固結(jié)系數(shù)、滲透系數(shù)及不排水抗剪強度等 （7） 檢驗壓實填土的質(zhì)量及強夯效果 （8） 進行淺基礎的沉降計算 （9） ,1.4 土體原位測試的應用,2 靜力載荷試驗,2.1 定義及特點 平板靜力載荷試驗(PLT: plate load test)，簡稱載荷試驗 在保持地基土天然狀態(tài)下，在一定面積的承壓板上向地基土逐級施加荷載，并觀測每級荷載下地基土的變形特性，是模擬建筑物基礎工作條件的一種測試方法,優(yōu)點： 對地基土不產(chǎn)生擾動，結(jié)果最可靠、最具有代表性，可直接用于工程設計 是確定承載力的最主要方法 缺點： 價格昂貴、費時,現(xiàn)場載荷試驗,千斤頂,荷載

4、板,2.2 靜力載荷試驗設備,加載穩(wěn)壓系統(tǒng) 承壓板、加載千斤頂、穩(wěn)壓器、油泵、油管等組成 反力系統(tǒng) 有堆載式、撐壁式、錨固式等 量測系統(tǒng) 壓力表、百分表或位移傳感器,（1）載荷測試一般在方形坑中進行 （2）安裝設備 （3）分級加荷 加荷原則：第一級為坑底原有重力，后每級按：中低壓縮性土50kPa，高壓縮性土25kPa，特軟土為10kPa,2.3 靜力載荷試驗方法,（4）觀測每級荷載下的沉降 觀測時間間隔：加荷開始后，按間隔5、5、10、10、15、15min觀測沉降；以后每30min進行一次 穩(wěn)定的標準 連續(xù)兩小時內(nèi)每小時的沉降量0.1mm時，本級荷載下沉降已趨穩(wěn)定，可加下一級荷載 對于軟粘土

5、最好觀測24h以上，對于正常固結(jié)粘土要8h，對于老粘土、砂土、礫石等要4h,（5）盡可能使最終荷載達到地基土的極限承載力，以評價承載力的安全度 結(jié)束試驗的標準 當下述情況出現(xiàn)時即可停止實驗 a) 承壓板周圍的土體出現(xiàn)裂縫或隆起，沉降的很快 b)在荷載不變的情況下，沉降速率加速發(fā)展或接近一個常數(shù)。壓力沉降曲線出現(xiàn)明顯拐點 c) 總沉降量超過承壓板寬度（或直徑）的1/10,（6）當需要卸載觀測回彈時，每級卸荷量可為加荷量的2倍，歷時1h，每隔15min觀測一次。荷載完全卸除后，繼續(xù)觀測3h,2.4 測試數(shù)據(jù)整理,壓力沉降量關(guān)系曲線 P-s曲線的特征： 段直線段 段曲線段 段直線段,（1）以壓力為依

6、據(jù) Ps 曲線上的兩個特征點 比例極限P0(臨塑荷載Pcr)： P-s曲線上第一直線段的終點對應的荷載，可以作為砂土、超固結(jié)粘土、礫石土的承載力 極限承載力Pu ： P-s曲線上的第二個拐點對應的荷載,2.4.1 地基的承載力可用下述方法確定, 確定地基的容許承載力R R= Pcr R= Pu /F，安全系數(shù)F=23,（2）以相對沉降量為依據(jù) 對中、高壓縮性土，地基受壓破壞形式為局部剪切破壞或沖剪破壞，P-s曲線無明顯拐點。這時用P-s曲線上沉降量s與承壓板的寬度B之比為0.02所對應的壓力為地基容許承載力 對砂土和新近沉積的粘性土則采用s/B=0.01-0.015所對應的壓力,土的變形模量

7、指土在單軸受力，無側(cè)限情況下的應力與應變之比 可由P-s曲線的直線變形段，按彈性理論公式求得，下式適用于同一層位的均勻地基,2.4.2 計算變形模量E0,2.5 測試精度影響因素,（1）承壓板的尺寸 B45cm(5000cm2)時，沉降量隨B的增加而降低 B45cm(5000cm2)時，沉降量隨B的增加而增加 由于基礎寬度一般均超過30cm，所以B不宜太小,一般來說，大的比小的好，最好與實際基礎面積相同 但太大則需大的壓力，有時難以達到 所以承壓板的面積應適中 1000cm2A5000cm2,（2）承壓板埋深 載荷測試的影響深度一般為1.5-2倍承壓板寬度（或直徑） 在影響深度范圍內(nèi)土性應保持

8、一致，否則測試成果就不能反映出土層的真實性質(zhì) 如果場地土層多，且都是重要的持力層，應分層做載荷試驗 如果土層較薄，達不到2倍承壓板的寬度，就應采用小的承壓板或螺旋板載荷試驗,2.6 螺旋板載荷試驗,螺旋板載荷試驗 將螺旋形承壓板旋入地面以下預訂深度，在土層的天然應力條件下，通過傳力桿向螺旋形承壓板施加壓力，直接測定載荷與土層沉降的關(guān)系 測定土的變形模量、不排水抗剪強度和固結(jié)系數(shù) 測定深度為1015m,2.7 水平載荷試驗,地基土水平載荷試驗,單樁水平載荷試驗,3.1 定義 靜力觸探(Static Cone Penetration Test,簡稱CPT) 是借助機械把一定規(guī)格的圓錐形探頭勻速壓入

9、土中，通過測定探頭的端阻q、側(cè)壁摩阻力f來確定土體的物理力學參數(shù)，劃分土層的一種土體勘測技術(shù),3 靜力觸探試驗,3.2 測試設備與種類,設備組成： 觸探主機和反力裝置 觸探主機可分為液壓式和機械式 反力裝置可分為自重式和錨式 測量與記錄顯示裝置 探頭和探桿,觸探主機為液壓傳動式的，反力裝置為自重式,觸探主機為液壓傳動式的，反力裝置為地錨式,觸探主機為機械傳動式的，反力裝置為地錨式,3.3 靜力觸探探頭,工作原理 將探頭壓入土中時，由于土層的阻力，使探頭收到一定的壓力；土層的強度越高，探頭所受到的壓力越大 通過探頭內(nèi)的阻力傳感器，將土層的阻力轉(zhuǎn)換為電信號，由儀表測量出來,國際標準探頭的規(guī)格 錐頭

10、頂角60、底面積10cm2、側(cè)壁摩擦筒面積150cm2、透水石在錐底,3.3 測試原理,運用三個方面的原理 材料彈性變形的虎克定律、電量變化的電阻率定律和電橋原理 土的強度土的阻力傳感器的應變電阻的變化電壓的輸出電子儀器的放大和輸出,I電流 R電阻 U電壓,探頭是靜力觸探儀的關(guān)鍵部件,分為三種類型：單用（橋）探頭、雙用（橋）探頭、多用（孔壓）探頭,Ps：比貫入阻力，qc：錐尖阻力，fs：側(cè)壁摩阻力，uw ：孔隙水壓力,單用（橋）探頭 雙用（橋）探頭 多用（孔壓）探頭,（一）探頭率定 率定的目的是求出測量儀表的讀數(shù)與荷載之間的關(guān)系率定系數(shù) 率定的設備可分為兩個主要部分1.可移動的活動架2.量力環(huán)

11、,3.4 測試步驟,探頭率定的步驟: a.安裝設備 b.把連著電纜線和記錄儀表的探頭安裝上 c.旋轉(zhuǎn)手輪施加壓力，邊記錄儀表上的讀數(shù) d.畫壓力讀數(shù)曲線，一般情況下應該是直線 e.求率定系數(shù)KK等于直線的斜率,野外測試的關(guān)鍵步驟: a.布孔位，平整場地 b.安裝觸探機，并調(diào)平機座（為使貫入壓力保持垂直方向），把機座與反力裝置銜接 c.將探頭、測量電纜、探桿連接起來，并檢查測量儀表，并調(diào)零 d.將連著探桿的探頭壓入地下，同時記錄深度值和測量儀表的數(shù)據(jù),注意事項,(1)觸探機就位后，應調(diào)平機座，并使用水平尺校準，使貫入壓力保持豎直方向，并使機座與反力裝置銜接、鎖定 (2)觸探機的貫入速率應控制在1

12、-2cm/s，一般為2cm/s；使用手搖式觸探機時，手把轉(zhuǎn)速應力求均勻 (3)使用記讀式儀器時，每貫入0.1m或0.2m時應記錄一次讀數(shù) (4)遇下列情況時應停止貫入： a、觸探主機負荷達到其額定荷載的120%時 b、貫入時探桿出現(xiàn)明顯彎曲 c、反力裝置失效 d、探頭負荷達到額定荷載時 e、記錄儀器顯示異常,3.5.1 初讀數(shù)的處理 初讀數(shù) 指探頭在不受土層阻力的條件下，傳感器的初始應變的讀數(shù) 影響初讀數(shù)的因素很多，最主要的是溫度。 消除初讀數(shù)影響的辦法，可采用每隔一定深度將探頭提升一次，在其不受力的情況下將應變儀調(diào)零一次，或測定一次初讀數(shù)。后者在進行應變量計算時，按下式消除初讀數(shù)的影響 =

13、1 - o 式中： 應變量， 1探頭壓入時的讀數(shù) o初讀數(shù),3.5 測試數(shù)據(jù)的處理,3.5.2 貫入阻力的計算,將電阻應變儀測出的應變量，換算成比貫入阻力ps（單橋探頭），或錐頭阻力qc 及側(cè)壁摩擦力fs(雙橋探頭)，計算公式如下：,式中：a、al、a2應變儀標定的單橋探頭、雙橋探頭的錐頭傳感器及摩擦傳感器的標定系數(shù)，MPa 、q、f單橋探頭、雙橋探頭的錐頭及側(cè)壁傳感器的應變量，,3.5.3 摩阻比的計算,摩阻比 以百分率表示的雙橋探頭的各對應深度的錐頭阻力和側(cè)壁摩擦力的比值，即,（2）繪制觸探參數(shù)隨深度的變化曲線 包括qc-H，fs-H，F(xiàn)R-H,CPT 在土木工程中的應用特別廣泛 （1）土

14、層劃分 繪制CPT的貫入曲線（包括qc-H，fs-H，F(xiàn)R-H ），然后根據(jù)相近的qc、fs和FR，將觸探孔分層力學分層，并計算各參數(shù)的平均值 結(jié)合鉆探取樣，考慮臨界深度進一步分層工程地質(zhì)分層，并定土名,3.6 測試成果的應用,臨界深度 模型試驗及實測表明，地表厚層均質(zhì)土的貫入阻力自地表向下是逐漸增大的。當超過一定深度后，阻力才趨近一個常數(shù)值，這個土層表面一定深度就稱為臨界深度 臨界深度在砂土中表現(xiàn)明顯，在粘土中基本不存在,（2）土類劃分 單橋探頭根據(jù)Ps，Ps大的一般為砂層，Ps小的一般為粘土層 雙橋探頭 在劃分土類時，以qc為主，結(jié)合fs（或Rf），并在同一層內(nèi)的觸探參數(shù)值基本相近為原則

15、不同的土有不同的Rf ，砂類土 Rf通常小于或等于1，粘性土Rf常大于2,CPT可以確定如 c, , Cu, Dr, Es, sat, 等土的物理力學性質(zhì)指標,（3）確定土的物理力學性質(zhì)指標,（4）確定淺基的承載力,用靜力觸探確定地基承載力一般依據(jù)的是經(jīng)驗公式，是建立在靜力觸探與載荷試驗的對比關(guān)系上 確定的是地基承載力的基本值，需經(jīng)過深、寬修正 用于一般的建筑物 地基土的成因、時代及含水量等對靜力觸探求地基承載力的經(jīng)驗公式有影響，經(jīng)驗公式有地區(qū)性,地基基本承載力f0與PS (qc)經(jīng)驗關(guān)系式(Mpa),經(jīng)統(tǒng)計分析，有人提出： 式中、為土類修正系數(shù),靜力觸探機理和樁的作用機理類似，靜力觸探相當于

16、沉樁的模擬試驗。 與靜力觸探相比，樁的表面粗糙，直徑大，沉樁對樁周土的擾動大，沉降速度慢。 應與樁載荷測試配合使用，互相驗證。 靜力觸探法計算單樁極限承載力的基本公式如下：,（5）確定單樁的承載力,a.國外法,b.國內(nèi)的方法 鐵路系統(tǒng)法單樁的容許承載力,4 標準貫入試驗,4.1 定義 標準貫入試驗（簡稱為SPT） 在現(xiàn)場用質(zhì)量為63.5kg的穿心錘，以落距76cm自由落下，將一定規(guī)格的帶有小型取土筒的標準貫入器先打入土中15cm，然后記錄再打入30cm的錘擊數(shù)的原位試驗,4.2 計數(shù)方法 、將貫入器預先打入15cm，不計數(shù)； 、然后開始記錄每10cm的擊數(shù)，累計打入30cm； 、最后將30cm

17、的擊數(shù)累加。 一般表示為：N=5+6+5 、如果擊數(shù)達到50擊時，貫入深度還未達到30cm，則 可停止試驗，記錄50擊時的實際貫入深度，然后再 換算成30cm的擊數(shù)，即N=30*50/S； 、如果貫入器進入碎石土或碎塊狀巖石層出現(xiàn)反彈， 則停止試驗，擊數(shù)記為 “反彈”,、判別砂土的密實度（GB50021-2019）,4.3 主要應用,、利用貫入器采取的擾動樣，進行土層定名（GB50021-2019）,、判別飽和砂土、粉土的液化建筑抗震設計規(guī)范 （GB50011-2019）,、劃分花崗巖風化帶 巖土工程勘察規(guī)范 （福建省工程建設地方標準） （DBJ13-84-2019）,、估算地基承載力巖土工程

18、勘察規(guī)范（福建省工程建設地方標準）（DBJ13-84-2019）,、關(guān)于應用標貫擊數(shù)時是否需要修正的問題 1）、巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2019）、建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2019）不需要進行修正； 2）、建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50007-2019）中判斷砂土密實度時不需要修正，確定地基承載力時需要修正； 3）、其它國內(nèi)外規(guī)范對該問題也有不同規(guī)定。 因此，由于各種規(guī)范的意見不統(tǒng)一，所以勘察報告首先提供未經(jīng)修正的實測值，這是基本數(shù)據(jù)。然后在應用時，根據(jù)當?shù)胤e累資料時的具體情況，確定是否修正和如何修正。 福建省工程建設地方標準巖土工程勘察規(guī)范（DBJ13-84-2019）對該問題做出明確規(guī)定如下：,The end,5.1 定義 十字板剪切試驗(FVST： field vane shear test) 是用插入軟粘土中的十字板頭，以一定的速率旋轉(zhuǎn)，測出土的抵抗力矩，然后換算成土的抗剪強度的一種測試方法,5 野外十字板剪切試驗,優(yōu)點 不用取樣，特別是對難以取樣的靈敏度高的粘性土，可以在現(xiàn)場對基本上處于天然應力狀態(tài)下的土層進行扭剪。所求軟土抗剪強度指標比其他方法都可靠 野外測試設備輕便，操作