岩土工程原位测试技术课件

1、 1岩土工程的含义岩土工程的含义 岩土工程岩土工程以土力学、岩石力学和工程地质学为理论基础的土以土力学、岩石力学和工程地质学为理论基础的土 木工程中与岩土体直接相关的工程。木工程中与岩土体直接相关的工程。 岩土工程的工程属性。它是处理工程问题，以工程问题为工岩土工程的工程属性。它是处理工程问题，以工程问题为工 作对象的学科。作为一门工程，应包括勘察、设计、施工和检测作对象的学科。作为一门工程，应包括勘察、设计、施工和检测 4个方面才是完整的。个方面才是完整的。 岩土工程隶属于土木工程学科，是由地基与基础工程、边坡岩土工程隶属于土木工程学科，是由地基与基础工程、边坡 工程、深基坑工程、路基工程、

2、地下洞室工程、岩土爆破工程、工程、深基坑工程、路基工程、地下洞室工程、岩土爆破工程、 灌浆工程和地质灾害防治工程等分支构成的，其涉及到的领域有：灌浆工程和地质灾害防治工程等分支构成的，其涉及到的领域有： 能源、交通、城市建设、矿山、江河海洋和环境工程等等。能源、交通、城市建设、矿山、江河海洋和环境工程等等。 三峡库区的滑坡三峡库区的滑坡 德昌沙坝的昔格达地层滑坡德昌沙坝的昔格达地层滑坡 2006年年2月月17日发生于菲律宾特大型泥石流日发生于菲律宾特大型泥石流 我国第一座外海跨海大桥我国第一座外海跨海大桥东海大桥的雄姿东海大桥的雄姿 三峡大坝夜景三峡大坝夜景 二滩电站二滩电站 新中国成立后自己

3、独立设计和施新中国成立后自己独立设计和施 工的第一座长江大桥工的第一座长江大桥 驰名中外的赵州桥驰名中外的赵州桥 预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩 贵阳乌当行政中心白云岩边坡工程植被恢复前后的对照（贵州） 2岩土工程的发展历史岩土工程的发展历史 1925年，太沙基的经典著作年，太沙基的经典著作土力学土力学问世，这既是现代土问世，这既是现代土 力学的诞生之年，也奠定了岩土工程的理论基础。力学的诞生之年，也奠定了岩土工程的理论基础。 1948年，英国的年，英国的岩土工程岩土工程杂志（杂志（Geotechnique）创刊。）创刊。 20世纪世纪60年代以后，澳大利亚、新西兰和印度等国家相继把年代以后

4、，澳大利亚、新西兰和印度等国家相继把 他们的土力学地基和基础学会改名为岩土工程学会。美国的他们的土力学地基和基础学会改名为岩土工程学会。美国的ASCE 杂志的杂志的土力学基础工程土力学基础工程分册也于分册也于1974年改名为年改名为岩土工程岩土工程 分册。分册。 近二十年来，岩土工程在科学理论和工程技术方面有了很大近二十年来，岩土工程在科学理论和工程技术方面有了很大 进展。进展。 岩土工程是一门实践性很强的学科，由于岩土体构成的复杂岩土工程是一门实践性很强的学科，由于岩土体构成的复杂 性、地域性和易受施工扰动的多变性，与其他学科相比，它还处性、地域性和易受施工扰动的多变性，与其他学科相比，它还

5、处 于不够成熟和不够完善的状况。于不够成熟和不够完善的状况。 岩土工程中的原位测试技术包含如下种类：岩土工程中的原位测试技术包含如下种类： 1基本测试技术：基本测试技术： （1）载荷试验（平板、螺旋板）；）载荷试验（平板、螺旋板）； （2）静力触探试验；）静力触探试验； （3）圆锥动力触探试验；）圆锥动力触探试验； （4）标准贯入试验；）标准贯入试验； （5）十字板剪切试验；）十字板剪切试验； （6）旁压试验；）旁压试验； （7）现场剪切试验；）现场剪切试验； （8）波速试验；）波速试验； （9）基桩的静力测试和动力测试；）基桩的静力测试和动力测试； （10）锚杆抗拔试验；）锚杆抗拔试验； 2

6、工程应用：工程应用： （1）岩土工程勘察；）岩土工程勘察； （2）地基基础的质量检测；）地基基础的质量检测； （3）基坑开挖的检测与监测；）基坑开挖的检测与监测； （4）岩体原位应力测试；）岩体原位应力测试； （5）公路、隧道、大坝、边坡等大型工程的监测和检测。）公路、隧道、大坝、边坡等大型工程的监测和检测。 和室内试验相比，原位测试的代表性好、测试结果精度较和室内试验相比，原位测试的代表性好、测试结果精度较 高，因而较为可靠。在岩土工程中，选用正确的参数远比选用高，因而较为可靠。在岩土工程中，选用正确的参数远比选用 计算方法重要，加之岩土工程的工作对象多属隐蔽工程，因而计算方法重要，加之岩土

7、工程的工作对象多属隐蔽工程，因而 岩土工程的原位测试在岩土工程中占据了重要的地位。岩土工程的原位测试在岩土工程中占据了重要的地位。 原位测试是在土层原来所处的位置基本保持土体的天然结构、原位测试是在土层原来所处的位置基本保持土体的天然结构、 天然含水量及天然应力状态下，测定土的工程力学性质。主要包天然含水量及天然应力状态下，测定土的工程力学性质。主要包 括静力载荷试验、静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入括静力载荷试验、静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入 试验、十字板剪切试验、扁铲侧胀试验、旁压试验、波速测试、试验、十字板剪切试验、扁铲侧胀试验、旁压试验、波速测试、 现场大型直剪试验

8、、块体基础振动试验。对难于取得原状土样的现场大型直剪试验、块体基础振动试验。对难于取得原状土样的 岩土层如砂土、碎石土、软土等宜采用原位试验。岩土层如砂土、碎石土、软土等宜采用原位试验。 本课程的教学目的在于培养研究生：本课程的教学目的在于培养研究生： （1）了解岩土工程中各种测试技术的最新进展；）了解岩土工程中各种测试技术的最新进展； （2）掌握岩土工程中各种测试技术的基本方法；）掌握岩土工程中各种测试技术的基本方法； （3）掌握测试结果的基本分析方法；）掌握测试结果的基本分析方法； （4）能较为熟练地运用各种测试方法解决工程实际问题。）能较为熟练地运用各种测试方法解决工程实际问题。 本课程

9、的主要内容：本课程的主要内容： 除绪论外，还包含了岩土工程测试的主要方面，以通用的测除绪论外，还包含了岩土工程测试的主要方面，以通用的测 试技术为主，同时纳入了一些应用于特定工程领域的测试技术。试技术为主，同时纳入了一些应用于特定工程领域的测试技术。 参考书目参考书目 祝龙根等地基基础测试新技术北京：机械工业出版社祝龙根等地基基础测试新技术北京：机械工业出版社1999 孟高头土体原位测试孟高头土体原位测试 机理、方法及其工程应用北京：地质机理、方法及其工程应用北京：地质 出版社出版社1997 陈凡等基桩质量检测技术北京：中国建筑工业出版社陈凡等基桩质量检测技术北京：中国建筑工业出版社2003

10、唐贤强等地基工程原位测试技术北京：中国铁道出版唐贤强等地基工程原位测试技术北京：中国铁道出版 社社1993 1. 赵善锐旁压试验及其工程应用峨嵋：西南交通大学出版赵善锐旁压试验及其工程应用峨嵋：西南交通大学出版 社社1987 平板静力载荷测试平板静力载荷测试 螺旋板静力载荷测试螺旋板静力载荷测试 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 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 1图解法 在按原始试验数据绘制的PS关系曲线上找出 比例界限点。从比例界限点引一直线，使

11、比例界限前 的各沉降点均匀靠近直线，直线与纵坐标交点的截距 即为 S0 。将直线上任一点的S、P和 S0 代入下式， 求得PS曲线直线段的斜率C 。 因 S= S0 cP 故 其计算式如下： （2） 解（2）方程组，得： （3） （4） 式中，N为直线段加荷次数；其他符号意义同前。 以上两式中，除S为变数外，其余均可预先计算成现成 表格，用时可查表 P0比例界限； PL 极限界限；压实阶段；剪变阶段；破坏阶段 式中： 承压板形状系数 （刚性方形板 =0.886，刚性圆形板 =0.785）； 泊松比，见表41； B承压板的宽度或直径（cm）； P、s为曲线直线段内一点的压力值（kPa）及相应 的

12、沉降值（cm）。 式中 深度修正系数， 当承压板埋深hB 时， ； 否则 表41土的泊松比 值（侧膨胀系数） 表42方形承压板边长与沉降量数据的关系 由于载荷测试是模拟基础工作条件的一种试验方法， 基础宽度一般均超过30 cm，因而承压板不宜过小。但 是，如承压板面积过大，势必所加总荷载也随之增大， 这又增加了测试的困难。在大多数情况下，用面积为 10005000的承压板进行试验，所获得的成果是可靠 的。 2沉降稳定标准 每级压力下的沉降稳定标准不同，则所观测的沉降量及所得 出的PS曲线和变形模量等也不相同。为了消除这种影响，就要 统一稳定标准。在载荷试验中，广泛应用的是相对稳定法，即每 施加

13、一级荷载，待沉降速率达到相对稳定后再加下一级荷载。有 的规程在规定相对稳定标准的同时，还提出了在不同土层中观测 时间的附加规定。如每级荷载下的观测时间，对软粘性土，应不 少于24h；对一般粘性土，不少于8h；对碎石土、砂土、老粘性 土，不少于4h。 如果按上述标准做一个载荷试验，所需时间，少则2d，多则 10d以上。试验周期长是载荷试验的主要缺点。为了改变这种状 况，对可塑至坚硬状态的粘性土、砂类土、碎石类土可采用快速 法，即自每级加荷操作历时（按经验估算）的一半开始，每隔 15min观测一次，每级荷载保持2h。按10级荷载计算，做一个载 荷试验只需20h，不足一天。经过一些单位的实践和研究表

14、明， 按快速法经外推计算的成果，可用于评价地基的容许承载力。 （点击了解快速试验外推计算方法）。 快速法外推计算的目的是求沉降达到相对稳定标准 时的沉降值Sn 。其基本原理是假定沉降与时间为一对数 关系，即 为了求得相对稳定标准的沉降值 Sn ，就需要知道达到相对稳 定标准所需的时间 tn 。一般取沉降速率达到相对稳定标准的 时间增量 tw =1h，沉降增量 Sw =0.1mm，则 只要求出n 和n两个未知数，就可求出 tn 和 Sn n 和n 式中： 第n级荷载下第i次观测值中应扣除的剩余沉降量（cm）； k第n级前的荷载级数（k=1，2，n1）； t沉降观测的时间间隔（min）； N每级荷

15、载下沉降观测的次数； n荷载级数。 为了使快速法的成果与相对稳定法一致，必须从施加第二级荷 载开始，从沉降观测值中扣除其以前各级沉降未稳定而产生的剩余 沉降量。其值按下式计算。 4 0.22 7 注：沉降观测值应为本级荷载下的实际沉降量（即沉降增量）。 第一级荷载。因无其他级荷载，不需要计算应扣除的剩余沉降量。 计算:10.052 ，1 0.014 。 计算沉降达相对稳定标准时所需时间tl及沉降量Sl ： 将117min增大为30的整倍数，即 tl =120min 则： 第二级荷载是在第一级荷载已达相对稳定标准后（即120min）施 加的，因而没有剩余沉降产生，其推算方法与第一级一样。计算 结

16、果为：2=0.108，2=0.024， t2 =180min，S=0.232cm。 第三级荷载。由于第二级 t2 =180min，即尚有60min按Slnt线 性关系的沉降量影响到第三级荷载的14次观测值，应予扣除。 计算计算 n 、 n 值用表值用表 7 计算各次观测值中应扣除的剩余沉降量： 在计算 3 、3 时，应将第三级荷载下的第14次的沉降 观测值减去 至 ，才能作为计算依据。经计算得 3=0.003，3 =0.067；并依次计算出t3、S3，以及 n 、n 和 tn 、 Sn 。其结果列于表。 计算结果表计算结果表 注：表中注：表中 tn 值，分子为实际计算值，分母为值，分子为实际计

17、算值，分母为30的整倍数值。的整倍数值。 3承压板埋深 承压板埋深应与基础埋深一致，这样求出的地基容许承载力 等才比较符合实际。相同面积的承压板，埋深不同，所求出的P S曲线上的比例界限值也不一样。根据土力学基础埋深原理， 一般来讲，埋深越浅，PS曲线的比例界限值越小。埋深如过 大，会增加试验的困难。 4地基土的均匀性 载荷测试的影响深度一般为1.52倍承压板宽度（或直 径）。在这个影响深度内，土层的时代、成因、类型及含水 量一般应是相同的。只有这样，载荷测试成果才能反映同一 土层的真实指标（土的工程性质），达到载荷测试的目的。 如果建筑场地土层较多，又都是重要建筑物的持力层， 则要分层做载荷

18、测试。如果土层较薄，达不到2倍承压板宽 度（直径）的厚度，所求出的载荷测试成果就很难应用，满 足不了基础设计的需要。这时，就要考虑采用符合要求的小 承压板或做其他类型的试验，以满足设计要求。 （2）以相对沉降量为依据（局部剪切破坏、冲剪破坏） 对于中、高压缩性土，地基受压破坏形式为局部剪切破坏或 冲剪破坏，PS曲线为明显拐点。这时用PS曲线上沉降量s与 承压板的宽度B之比为0.02所对应的压力为地基容许承载力。 对砂土和新近沉积的粘性土则采用s/B0.010.015所对应 的压力为容许承载力。 （二）确定湿陷性黄土的湿陷起始压力 我国北方广泛分布着一种特殊土黄土，其工程性 质的一个显著特点是，有些黄土具有湿陷性，即在一定压 力作用下，黄土受水浸湿后，结构迅速破坏，产生显著附 加沉降（陷）的性能。因此，在黄土地区进行工程地质勘 察时，必须查明建筑场区有