1、巖土工程原位測試試驗報告I巖土工程原位測試試驗報告摘 要:原位測試(in Situ Test,或Field Test),從廣義上講,應(yīng)包括原位檢測和原位試驗兩部分,即指在被測試對象的原始位置,在不破壞、不擾動或少擾動被測試或檢測對象原來(天熱)狀態(tài)情況下,通過試驗手段測定特定的物理量,進(jìn)而評價被測試對象的性能和狀態(tài);從狹義上講,原位測試是巖土工程勘察與地基評價中的重要手段之一,是指利用一定的試驗手段在天然狀態(tài)(天然應(yīng)力、天然結(jié)構(gòu)和天然含水量)下,測試巖土的反應(yīng)或一些特定的物理、力學(xué)指標(biāo),進(jìn)而依據(jù)理論分析或經(jīng)驗公式評定巖土的工程性質(zhì)和狀態(tài).原位測試技術(shù)是巖土工程中的一個重要分支,它不僅是巖土工程

2、勘察的重要組成部分和獲得巖土設(shè)計參數(shù)的重要手段,而且是巖土工程施工質(zhì)量檢測的主要手段,并可用于施工過程中巖土體物理.力學(xué)性質(zhì)及狀態(tài)參數(shù)變化的監(jiān)測.關(guān)鍵詞:巖土工程 原位測試 勘察 地基評價目 錄第一篇 十字板剪切試驗1第二篇 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗3第三篇 靜力觸探試驗6第四篇 旁壓試驗9第五篇 波速測試11第一篇 十字板剪切試驗一、試驗概述 十字板剪切試驗(Vane Shear Test,簡稱VST)是一種通過對插入地基土中的規(guī)定形狀和尺寸的十字板頭施加扭矩,使十字板頭在土體中等速扭轉(zhuǎn)形成圓柱狀破壞面,經(jīng)過換算評定地基土不排水抗剪強度的現(xiàn)場試驗.二、試驗原理 十字板剪切試驗的原理,即在鉆孔某深度的軟粘

3、土中插入規(guī)定形狀和尺寸的十字板頭,施加扭轉(zhuǎn)力矩,將土體剪切破壞,測定土體抵抗扭損的最大力矩,通過換算得到土體不排水抗剪強度值(假定).十字板頭旋轉(zhuǎn)過程中假設(shè)在土體中產(chǎn)生一個高度為H(十字板頭的高度)、直徑為D(十字板頭的直徑)的圓柱狀剪損面,并假設(shè)該剪損面的側(cè)面和上、下底面上每一點土的抗剪強度都相等.三、試驗?zāi)康氖职寮羟性囼灥哪康闹饕腥缦聨讉€方面:(1)測定原位應(yīng)力條件下軟黏土的不排水抗剪強度;(2)估算軟黏土的靈敏度.四、試驗儀器十字板剪切試驗主要由十字板頭、傳力系統(tǒng)、加力系統(tǒng)和力的測量裝置等四部分構(gòu)成.根據(jù)力的量測系統(tǒng)不同又分為機械式和點測式兩類.國內(nèi)外十字板頭的尺寸規(guī)格如下表所示:十

4、字板規(guī)格高度H(米米)直徑D(米米)板厚(米米)國內(nèi)10050231507523美國國家標(biāo)準(zhǔn)推薦76.238.11.6101.250.81.612763.53.2184.092.13.2雖然國內(nèi)外所采用的十字板頭尺寸有所差別,但都基本保證了 直徑和高度之間1:2的通用比例.五、試驗的技術(shù)要求(1)十字板剪切試驗點的布置在豎向上的間距可為1米;(2)十字板頭形狀宜為矩形,徑高比為1:2,板厚宜為2-3米米;(3)十字板頭插入鉆孔底(或套管底部)深度不宜小于孔徑或套管直接的3-5倍;(4)十字板插入至試驗深度后,至少應(yīng)靜置2-3米in,方可開始試驗.(5)扭轉(zhuǎn)剪切速率宜采用,并在測得峰值強度后繼續(xù)

5、測記1米in;(6)在峰值強度或穩(wěn)定值測試完畢后,再順扭轉(zhuǎn)方向連續(xù)轉(zhuǎn)動6圈,測得重塑土的不排水抗剪強度;(7)對開口鋼環(huán)十字板剪切儀,應(yīng)修正軸桿與土間摩阻力的影響.六、試驗結(jié)果通過十字板剪切試驗相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析,我們可以得到如下結(jié)果:(1)測定了 原位應(yīng)力條件下軟粘土的不排水抗剪強度;(2)評定了 軟粘土的靈敏度;(3)計算了 地基的承載力;(4)判斷出了 軟粘土的固結(jié)歷史.第二篇 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗一、試驗概述標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(Standard Penetration Test,簡稱SPT)是一種在現(xiàn)場用63.5千克的穿心錘,以76厘米的落距自由落下,將一定規(guī)格的帶有小型取土筒的標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中

6、,記錄打入30厘米的錘擊次數(shù)(即標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N),并以此評價土的工程性質(zhì)的原位試驗.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗實際上仍屬于動力觸探范疇,所不同的是,其貫入器不是圓錐探頭,而是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓筒形探頭(由兩個半圓筒合成的取土器).通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗,從貫入器中還可以取得該試驗深度的土樣,可對土層進(jìn)行直接觀察,利用擾動土樣可以進(jìn)行鑒別土類的有關(guān)試驗.與圓錐動力觸探試驗相似,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗并不能直接測得地基土的物理力學(xué)性質(zhì),而是通過與其他原位測試手段或室內(nèi)試驗成果進(jìn)行比對,建立關(guān)系式,積累地區(qū)工作經(jīng)驗,才能用于評定地基土的物理力學(xué)性質(zhì).二、試驗原理標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的原理與動力觸探試驗十分相似,因此,有關(guān)動力觸探的試驗原理也是

7、適應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗.但是標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗與動力觸探試驗在貫入器上的差別,決定了 其基本原理的獨特性.在貫入過程中,整個貫入器對端部和周圍土體將產(chǎn)生擠壓和剪切作用.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗所使用的貫入器是空心的,在沖擊力作用下,將有一部分土擠入貫入器,其工作狀態(tài)和邊界條件十分復(fù)雜.影響標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的因素有很多,主要有以下兩個方面: (1)鉆孔孔底土的應(yīng)力狀態(tài):不同的鉆進(jìn)工藝(回轉(zhuǎn)、水沖等)、孔內(nèi)外水位的差異、鉆孔直徑的大小等,都會改變鉆孔底土體的應(yīng)力狀態(tài),因此會對標(biāo)貫試驗結(jié)果產(chǎn)生重要影響. (2)錘擊能量:通過實測,即使是自動自由落錘,傳輸給探桿系統(tǒng)的錘擊能量也有很大的波動,變化范圍達(dá)到(45-50),對于不同

8、單位、不同機具、不同操作水平,錘擊能量的變化范圍更大.三、試驗內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的目的主要有如下幾個方面:(1)采取擾動土樣,鑒別和描述土類,按照顆分試驗結(jié)果給土層定名;(2)判別飽和砂土、粉土的液化可能性;(3)定量估算地基土層的物理力學(xué)參數(shù),如判定黏性土稠度狀態(tài)、砂土相對密度及土的變形和強度的相關(guān)參數(shù),評定天熱地基土的承載力和單樁承載力.四、試驗儀器標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗設(shè)備主要由三部分構(gòu)成,一是貫入器部分;二是穿心落錘;三是為穿心錘導(dǎo)向的觸探桿.設(shè)備構(gòu)成如右圖所示.(1)貫入器 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的貫入器由對開管和管靴兩部分組成探頭,對開管是由兩個半圓管合成的圓筒型取土器;管靴是一個底端帶刃口的圓筒體.二者通

9、過螺紋連接,管靴起到固定對開管的作用.(2)穿心錘 重63.5千克的鑄鋼件,中間有一個直徑45米米的穿心孔,此孔為放導(dǎo)向桿用.國際、國內(nèi)的穿心錘除了 重量相同外,錐型上不完全統(tǒng)一.有直筒型和上小下大的錘型,甚至套筒型,因此穿心錘的重心不一樣,其與鉆桿的摩擦也不一.落錘能量受落距控制,落錘方式有自動脫鉤和非自動脫鉤兩種.(3)觸探桿 國際上多用直徑為大于45米米的無縫鋼管,我國則常用直徑為42米米的工程地質(zhì)鉆桿.五、試驗的技術(shù)要求(1)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗應(yīng)采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),鉆進(jìn)過程中要保持孔中水位略高于地下水位,以防止孔地涌土,加劇孔底以下土層的擾動.當(dāng)孔壁不穩(wěn)定時,可采用泥漿護壁或套管護臂,鉆至試驗標(biāo)高

10、以下15厘米時應(yīng)停止鉆進(jìn),清除孔底殘土后再進(jìn)行貫入試驗.(2)應(yīng)采用自動脫鉤的自由落錘裝置并保證落錘平穩(wěn)下落,減小導(dǎo)向桿與錘間的摩阻力,避免錘擊偏心和側(cè)向晃動,保持貫入器、探桿、導(dǎo)向桿連接后的垂直度,錘擊速率應(yīng)小于每分鐘30擊.(3)探桿最大相對彎曲度應(yīng)小于1.(4)正式試驗前,應(yīng)預(yù)先將貫入器打入土中15厘米,然后開始記錄每打入10厘米的錘擊次數(shù),累計打入30厘米的錘擊數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)N.當(dāng)錘擊數(shù)已達(dá)到50擊的實際貫入度,并按下式換算成相當(dāng)于30厘米貫入度的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)N,并終止試驗:式中 50擊時的實際貫入深度(厘米).(5)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗可在鉆孔全深度范圍內(nèi)等間距進(jìn)行,也可僅在砂

11、土、粉土等需要試驗的土層中等間距進(jìn)行,間距一般為1.0-1.2米.(6)由于標(biāo)注貫入試驗錘擊數(shù)N值的離散性往往較大,故在利用其解決工程問題時應(yīng)持慎重態(tài)度,僅僅依據(jù)單孔標(biāo)貫試驗資料提供設(shè)計參數(shù)是不可信的,如果提供定量的設(shè)計參數(shù),應(yīng)有當(dāng)?shù)亟?jīng)驗,否則只能提供定性的結(jié)果,供初步評定用.六、試驗結(jié)果通過對標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗成果的統(tǒng)計和分析,利用已經(jīng)建立的關(guān)系式和當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗,可對砂土、粉土、粘性土的物理狀態(tài),土的強度、變形性質(zhì)指標(biāo)作出定性或定量的評價.在應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N的經(jīng)驗關(guān)系評定地基土的參數(shù)時,要注意作為統(tǒng)計依據(jù)的N值是否做過有關(guān)修正.從而進(jìn)行下面的相關(guān)評定:(1)評定砂土的相對密度和密實狀態(tài);(2)

12、評定粘性土的稠度狀態(tài);(3)評定土的強度指標(biāo);(4)評定土的變形參數(shù)(或).第三篇 靜力觸探試驗一、試驗概述 靜力觸探試驗(Static Cone Penetration Test簡稱CPT)是利用準(zhǔn)靜力以恒定的貫入速率將一定規(guī)格和形狀的圓錐探頭通過一系列探桿壓入土中,同時測記貫入過程中探頭所受到的阻力,根據(jù)測得的貫入阻力大小來間接判定土的物理力學(xué)性質(zhì)的現(xiàn)場試驗方法.二、試驗原理 靜力觸探的試驗原理是通過一定的機械裝置,用準(zhǔn)靜力將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的金屬探頭垂直均勻地壓入土層中,同時利用傳感器或機械量測儀表測試對觸探頭的貫入阻力,并根據(jù)測得的阻力情況來分析判斷土層的物理力學(xué)性質(zhì).由于靜力觸探的貫入機理是

13、一個復(fù)雜的問題,目前雖有很多的近似理論對其進(jìn)行模擬分析,但尚沒有一種理論能夠圓滿解釋靜力觸探的機理.目前工程中仍主要采用經(jīng)驗公式將貫入阻力與土的物理力學(xué)參數(shù)聯(lián)系起來,或根據(jù)貫入阻力的相對大小做定性分析.三、試驗?zāi)康撵o力觸探試驗的目的主要有5個方面:(1)根據(jù)貫入阻力曲線的形狀特征或者數(shù)值變化幅度劃分土層;(2)評價地基土的承載力;(3)估算地基土層的物理力學(xué)參數(shù);(4)選擇樁基持力層、估算單樁承載力,判定沉樁的可能性;(5)判定場地土層的液化勢.四、試驗設(shè)備靜力觸探的試驗設(shè)備主意由三部分構(gòu)成,一是探頭部分;二是貫入裝置;三是量測系統(tǒng). (1)探頭常用的靜力觸探探頭分為單橋探頭、雙橋探頭兩種,其

14、主要規(guī)格見表一.此外還有能同時測量孔隙水壓力的孔壓探頭,它們是在原來的單橋或者雙橋探頭上增加測量孔壓的裝置而構(gòu)成的. 靜力觸探探頭規(guī)格 表一錐頭截面積A()探頭直徑d(厘米)錐角()單橋探頭雙橋探頭有效側(cè)壁長度L(米米)摩擦筒側(cè)壁面積()摩擦筒長度L(米米)1035.760572001791543.7703002192050.481300189根據(jù)現(xiàn)行巖土工程勘察規(guī)范(GB 50021-2001)的要求探頭圓錐錐頭截面積應(yīng)采用10或15,鑒于國際通用標(biāo)準(zhǔn)為10,因此最好使用錐頭底面積為10的探頭.(2)貫入裝置貫入裝置有兩部分構(gòu)成,一是給觸探桿加壓的壓力裝置,常見的壓力裝置有三種:液壓傳動式、

15、手搖鏈條式及電動絲桿式;二是提供加壓所需反力的反力系統(tǒng),反力系統(tǒng)主要有兩種,第一種是利用旋入地下的地錨的抗拔力提供反力,第二種是利用重物提供加壓反力,常見的是利用物探車的自重作為壓重反力.當(dāng)需要貫入阻力比較大時,可以將上述兩種反力系統(tǒng)結(jié)合起來使用,即給物探車配備電動下錨裝置以增加反力,通常情況下單個地錨可以提供1030kN的抵抗力. (3)量測裝置 觸探頭在貫入土層的過程中其變形柱會隨探頭遇到的土阻力大小產(chǎn)生相應(yīng)的變形,因此通過量測變形柱的變形也就可以反算土層阻力的大小.變形柱的變形一般是通過粘在其上的應(yīng)變片來測量的,應(yīng)變計通過配套的測量電路(通常采用惠斯通電橋電路)及位于地表的讀數(shù)和自動記錄

16、裝置來完成整個量測工作.五、試驗的技術(shù)要求(1)觸探頭應(yīng)勻速垂直地壓入土中,貫入速率為1.2米/米in;(2)觸探頭的測力傳感器連同儀器、電纜應(yīng)進(jìn)行定期標(biāo)定,室內(nèi)探頭標(biāo)定測力傳感器的非線性誤差、重復(fù)性誤差、滯后誤差、溫度誤差、歸零誤差均應(yīng)小于1FS(滿量程讀數(shù)),現(xiàn)場試驗歸零誤差應(yīng)小于3,絕緣電阻不小于500.(3)深度記錄誤差不應(yīng)大于觸探深度的1;(4)當(dāng)貫入深度大于30米,或穿過厚層軟土層再貫入硬土層時,應(yīng)采取措施防止孔斜或觸探桿斷裂,也可配置測斜探頭量測觸探孔的傾斜角,以修正土層界限的深度;(5)孔壓探頭在貫入前,應(yīng)在室內(nèi)保證探頭應(yīng)變腔為已排除氣泡的液體所充滿,并在現(xiàn)場采取措施保持探頭應(yīng)

17、變腔的飽和狀態(tài),直至探頭進(jìn)入地下水位以下的土層為止.在孔壓靜探試驗中不得上提鉆頭,以免探頭處出現(xiàn)真空負(fù)壓,破壞應(yīng)變腔的飽和狀態(tài)影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性.(6)當(dāng)在預(yù)定深度進(jìn)行孔壓消散試驗時,應(yīng)量測停止貫入后不同時間的孔壓值,其計時間隔應(yīng)由密而疏合理控制.試驗過程中不得松動探桿.六、試驗結(jié)果通過對試驗靜力觸探試驗中相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析和計算,并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗,得到如下數(shù)據(jù)資料: (1)對土的種類進(jìn)行了 定名,并劃分了 土層的界面;(2)評定了 地基土的物理、力學(xué)、滲透性質(zhì)的相關(guān)參數(shù);(3)確定了 地基土的承載力;(4)確定了 單樁的極限承載力;(5)評定了 地基土液化的可能等級.第四篇 旁壓試驗一、試

18、驗概述 旁壓試驗(Pressure米eter Test,簡稱P米T)是工程地質(zhì)勘察中常用的一種現(xiàn)場測試方法,于1930年前后有德國工程師Kogler發(fā)明,亦稱橫壓試驗.二、試驗原理 通過向圓柱形旁壓器內(nèi)分級充氣加壓,在豎直的孔內(nèi)使旁壓膜側(cè)向膨脹,并由該膜(或者護套)將壓力傳遞給周圍土體,是土體產(chǎn)生變形直至破壞,從而得到壓力與擴張體積(或徑向體積)之間的關(guān)系.根據(jù)這種關(guān)系對地基土的承載力(強度)、變形性質(zhì)進(jìn)行評價.三、試驗?zāi)康呐詨涸囼灥哪康闹饕腥缦聨讉€方面: (1)測定土的旁壓模量和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系. (2)估算黏性土、粉土、砂土、軟質(zhì)巖土和風(fēng)化巖石的承載力.四、試驗儀器 旁壓試驗設(shè)備主要由旁壓器

19、、加壓穩(wěn)定裝置、變形測量裝置幾部分構(gòu)成. 旁壓器 結(jié)構(gòu)為三腔式圓柱形,外套彈性膜.常用的PY-3型旁壓儀外徑為50米米(帶鎧甲擴套時為55米米),三腔總長500米米,中腔為測量腔,長250米米,上、下腔為輔助腔,各長125米米,上、下腔之間用銅導(dǎo)管溝通,與測量腔隔離.(2)加壓穩(wěn)定裝置 壓力源為高壓氮氣或人工打氣,附有壓力表,加壓和穩(wěn)壓均采用調(diào)壓閥.(3)變形測量裝置 由測管量測孔壁土體受壓后的變形值.五、試驗技術(shù)要求(1)旁壓試驗點要求布置在有代表性的位置和深度進(jìn)行,旁壓儀的量測腔要求位于同一土層內(nèi).試驗點的垂直距離應(yīng)根據(jù)地層條件和工程要求確定,但不宜小于1米,試驗孔與已有鉆孔的水平距離不宜

20、小于1米;(2)預(yù)鉆式旁壓試驗應(yīng)保證成鉆質(zhì)量,孔壁要垂直、光滑、呈規(guī)則圓形、鉆孔直徑與旁壓器直徑應(yīng)良好配合,防止孔壁坍塌;(3)加荷等級可采用預(yù)期臨界壓力的1/71/5,初始階段加荷等級可去小值,必要時,可做卸荷再加載試驗,測定再加荷旁壓模量;(4)每級壓力應(yīng)維持1米in或2米in后再施加下一級荷載,維持1米in時,加荷后15s、30s、60s測讀變形量,維持2米in時,加荷后15s、30s、60s、120s測讀變形量;(5)當(dāng)量測腔的擴張體積相當(dāng)于量測腔的固有體積時,或壓力達(dá)到儀器容許的最大壓力時應(yīng)終止試驗.六、試驗結(jié)果通過對旁壓曲線的分析,可以確定土的初始壓力、臨界壓力和極限壓力各特征壓力

21、.進(jìn)而評定土的靜止土壓力系數(shù),確定土的旁壓模量和旁壓剪切模量,估算土的壓縮模量和剪切模量和軟土不排水強度等.主要確定了 以下數(shù)據(jù): (1)旁壓試驗各特征壓力的確定,例如:土的初始壓力、臨界壓力和極限壓力; (2)土的強度分析,例如:粘性土的不排水剪切強度、砂土的有效內(nèi)摩擦角; (3)土的變形參數(shù)分析,例如:旁壓模量和旁壓剪切模量. 第五篇 波速測試一、試驗概述 彈性波在土中傳播的速度反映了 土的彈性性質(zhì),這種對于工程抗震、動力機器基礎(chǔ)設(shè)計都是有實際意義的,彈性波可以分為兩大類,即體波和面波.在彈性介質(zhì)內(nèi)部傳播的波稱為體波.當(dāng)其傳播時,如質(zhì)點方向和波的傳播方向一致,稱為壓縮波;如相互垂直,則稱剪力波.如彈性波在介質(zhì)表面或不同彈性介質(zhì)叫界面上傳傳播.除了 壓縮波與剪力波仍然存在之外,其主要能量由一新的波新的波面波來傳播.在彈性介質(zhì)的表面,則在瑞利波的形成出現(xiàn),其質(zhì)點振動軌跡呈橢圓狀.在介質(zhì)表面附近,瑞利波按逆時針方向運動.在不同彈性介質(zhì)的交界面上還存在勒夫波的形成.二、試驗原理根據(jù)彈性力學(xué)理論可知,縱波.橫波.瑞利波在地基中的傳播速度與地基土彈性模量、剪切模量、泊松比有下列關(guān)系:; ; .式