土体原位测试PPT演示课件

第四章岩土工程原位测试,一、概述在岩土工程勘察过程中，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。要求对上述性质进行准确的测试工作，这种测试仅靠勘探中采取岩土样品在实验室内进行实验往往是不够的。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。,1,野外试验亦称现场试验、就地试验、原位测试。许多试验方法是随着对岩土体的深入研究而发展起来的。一）野外试验的目的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。,2,二）野外试验的分类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,3,3、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,三）野外试验的新进展近年来我国岩土工程原位测试与现场监控技术有长足进步，在长期实践过程中，在测试仪器和方法，理论分析，成果应用等积累了丰富的经验。主要发展如下：,4,1、土体原位测试中，旁压试验仪器的改进，静力触探技术的发展。2、岩体剪切试验中，发展了现场三轴试验技术。研究岩体三维状态下的变形、破坏机制及强度特征，并相应发展了三维数值模拟与物理模型相结合进行岩体强度预测。3、岩体应力测试技术，在测试元件和套钻技术（应力解除法）有很多发展。声波法可用于测定岩体历史上受过最大地应力值，而应力解除法是测定现存应力值。,4、钻孔压水实验方法，由原来的前苏联压水试验体系向国际通用压水试验方法改进，采用Lugeon（刘让或吕荣）单位体制。此外，还研究了一些特殊的压水试验方法，如：多孔压水试验、压气试验等。,5,（一）触探触探是通过探杆用静力或动力将金属探头贯入土中，并量测表征土对触探头贯入的阻抗能力的指标，从而间接地判断土层及其性质的一类勘探方法和原位测试技术。作为勘探手段，触探可用于划分土层，了解地层的均匀性；作为测试技术，则可估计地基承载力和土的变形指标。触探可分为静力触探和动力触探。,二、原位测试方法,6,1.静力触探静力触探试验借静压力将触探头压入土中，利用电测技术测得贯入阻力来判定土的力学性质。静力触探仪可分为机械式和油压式（如下图）两类。,7,静力触探设备中核心部分是触探头。触探杆将探头匀速贯入土层时，触探头可以测得土层作用于探头的锥尖阻力和侧壁阻力。探头按结构分为单桥和双桥两类。单桥探头所测到的是包括锥尖阻力和侧壁阻力在内的总贯入阻力P（kN）。通常用比贯入阻力PS（kPa）表示，即Ps=P/A,8,双桥探头可测出锥尖总阻力Qc（kN）和侧壁总摩阻力Pt（kN）。通常以锥尖阻力qc（kPa）和侧壁阻力fs（kPa）表示：qc=Qc/Afs=Ps/Fs还可计算同一深度处的摩阻比Rs=fs/qc100%在现场实测以后进行触探资料整理，绘制有关的曲线(如下图）。从而划分土层，间接地估算土的承载力、压缩性指标和单桩承载力等。,9,10,2.动力触探动力触探是将一定质量的穿心锤，以一定高度自由下落，将探头贯入土中，然后记录贯入一定深度的锤击次数，以此判别土的性质。下面介绍标准贯入试验和轻便触探两种动力触探方法。,（1）标准贯入试验标准贯入试验应与钻探工作相配合。其设备是在钻机的钻杆下端联结标准贯入器，将质量为63.5kg的穿心锤套在钻杆上端。试验时，穿心锤以76cm的落距自由下落，将贯入器垂直打入土层中15cm（此时不计锤击数），随后打入土层30cm的锤击数，即为实测的锤击数。,11,当锤击,12,当钻杆长度大于3m时，锤击数可按下式校正：,按N的大小,确定土的承载力、估计土的抗剪强度和粘性土的变形指标、判别粘性土的稠度和砂土的密实度以及估计砂土液化的可能性。,标贯试验适用于砂土、粉土和一般性的粘土。,是否修正，要根据统计关系情况定。,13,（2）圆锥动力触探,14,一）,15,二）,16,（3）轻便触探轻便触探设备组成（如右图）。试验时，先用轻便钻具开孔至被试土层，然后以手提高质量为10kg的穿心锥，使其以50cm的落距自由下落，将触探杆垂直打入土中，记录每打入30cm的锤击数称为N10。应用轻便触探指标N10，可确定粘性土和素填土的承载力，判别土层的均匀性。,17,（二）旁压试验旁压试验适用于原位测定粘性土、粉土、砂土、软质岩石和风化岩石的承载力、旁压模量和土的应力应变关系。它是由旁压器、量测与输送系统、加压系统三部分组成。,18,19,（三）静载荷试验,由拐点得地基极限承载力pu，除以安全系数Fs得容许承载力p,p-s曲线确定地基承载力特征值:,1.p-s曲线有明确的比例界限时，取比例界限所对应的荷载值,2.极限荷载能确定，且值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半,3.不能按上述两点确定时，取s/b=0.010.015对应荷载值；但值不应大于最大加载量的一半,20,（四）地球物理勘探地球物理勘探（简称物探）也是一种兼有勘探和测试双重功能的技术。物探之所以能够用来研究和解决各种地质问题，主要是因为不同的岩石、土层和地质构造往往具有不同的物理性质，利用其导电性、磁性、弹性、湿度、密度、天然放射性等差异，通过专门的物探仪器的量测，就可区别和推断有关地址问题。常用的物探方法主要有：电法(电阻率法、电位法)、磁法、震法、放射性勘探、电视测井等。但应用最广泛的是电法和震法。,21,1、电法勘探是对地质体以人工形成电场，通过电测仪测定地质体视电阻率的大小及变化，从而推断地下一定范围地质体的情况。它可以用作划分地层岩性、地质构造、覆盖层或风化层的厚度、含水层的分布和深度、古河道及天然建筑材料分布范围和储量。在寻找地下水时广泛应用。,22,2、震法勘探是以人工激发的弹性波，在地壳内的传播规律来探测地质结构的方法，是石油勘探中的一种重要方法。工程地质勘察中应用最多的是高频(200250Hz)地震波浅层折射法。,23,三、测试工作及指标整理（一）测试工作的内容测试是地基勘察工作的重要内容。在土工实验室或现场原位进行测试工作，可以取得土和岩石的物理力学性质和地下水的水质等定量指标。室内试验项目应根据岩土类别、工程类型、工程分析计算要求确定。如对一般粘性土、粉土应进行天然密度、天然含水量、土粒比重、液限、塑限、压缩系数及抗剪强度（三轴或直剪）试验。原位测验包括静载荷试验、旁压试验、土的现场剪切试验、地基土的动参数测定、触探试验等。,24,（二）土性指标的统计整理由于岩（土）自身的不均匀性，取样和运输过程的扰动，试验仪器及操作方法差异等原因，同类土层测得的土性指标值是离散的。在取得足够多数据后，应选择合