岩土工程勘察-原位测试

1、第一章第一章 概述概述 一、土体原位测试的概念 l原位测试原位测试（In-Situ Testing ）：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称为原位测试。 l土体原位测试土体原位测试：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 层一种土工勘察技术。 二、优点（与室内试验比较）二、优点（与室内试验比较） l不需经过钻探取样，直接测定岩土力学性质， 更能真实反映岩土的天然结构及天然应力状态 下的特性。 l原位测试所涉及的土尺寸较室内试验样品要大 得多，因而更能反映

2、土的宏观结构如裂隙等)对 土的性质的影响，比土样具代表性。 l可重复进行验证，缩短试验周期。 第二章第二章 静力触探静力触探 一、定义一、定义 l静力触探(Static Cone Penetration Test,简称 CPT)是借助机械把一定 规格的圆锥形探头匀速 压入土中，通过测定探 头的端阻q，侧壁摩阻 力f来确定土体的物理 力学参数，划分土层的 一种土体勘测技术。 l静力触探首先在荷兰研制成功，因此静力触探 也叫“荷兰锥”试验。 l按测量机理分：机械式静力触探和电测式静力 触探 l按探头功能分：单桥静力触探、双桥静力触探、 孔压静力触探 l电测式静力触探的优点： （1）测试连续、快速，

3、效率高，功能多，兼 具勘探与测试双重作用； （2）测试数据精度高，再现性好； （3）采用电测技术，便于实现测试工程的自 动化，测试成果可由计算机自动处理，减少了 工作强度。 二、测试设备与种类二、测试设备与种类 设备组成： 触探主机和反力装置 触探主机可分为液压 式和机械式 反力装置可分为自重 式和锚式 测量与记录显示装置 1. 探头和探杆 触探主机为液压传动式的，反力装置为自重式。 触探主机为液压传动式的，反力装置为地锚式。 触探主机为机械传动式的，反力装置为地锚式。 探头是静力触探仪的关键部件 分为三种类型：单用（桥）探 头、双用（桥）探头、多用（ 孔压）探头 Ps：比贯入阻力，qc：锥尖

4、阻力 ，fs：侧壁摩阻力，uw ：孔隙水 压力 国际标准探头的规格：锥头顶角60、底面积 10cm2、侧壁摩擦筒面积150cm2、透水石在锥底 单用（桥）探头 双用（桥）探头 多用（孔压）探头 三、测试原理三、测试原理 电阻应变片电阻应变片 电桥电桥 I电流电流 R电阻电阻 U电压（根据欧姆定律）电压（根据欧姆定律） 电压变化（测量值） 电流变化 应力应变关系 2 1 L L KR U L L KU R E L L E 第四章第四章 动力触探动力触探 一、定义一、定义 l动力触探测试(DPT: dynamic penetration test)：是利用一 定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中

5、，根据打入土 的难易程度（可用贯入度、锤击数或探头单位面积动贯入 阻力来表示）判定土层性质的一种原位测试的方法。 l优点：优点： （1）设备简单，且坚固耐用； （2）操作及测试方法容易，一学就会； （3）适用性广； （4）快速，经济，能连续测试土层； （5）有些动力触探，可同时取样，观察描述； （6）经验丰富，使用广泛。 l分类：分类： 依据为穿心锤的重量和探头类型 ，可取样），贯入，落距标准贯入测试（ ）超重型（ ）重型（ ）中型（ ）轻型（穿心锤重 圆锥动力触探 cmcmkg kg kg kg kg 30765 .63 120 5 .63 28 10 l标贯与一般动探的主要区别在于探头不同

6、 圆锥动力触探圆锥动力触探 l简称动力触探或动探 标准贯入测试标准贯入测试(Standard penetration Test) l简称标贯标贯 (SPT)：63.5kg的穿心锤自0.76m高 处自由下落，撞击锤座，通过探杆将标准贯入 器贯入孔底土层中，记录贯入0.30m的锤击数， 用来测试土层物理力学参数的一种测试方法。 l每次测试共贯入0.45m，其中仅0.3m记锤击数 二、测试设备与测试原理二、测试设备与测试原理 （一）测试设备（一）测试设备 la. 探杆（包括导向杆） lb.提引器（分内挂式和外挂式两种） lc.穿心锤 ld. 锤座（包括钢砧与锤垫） le. 探头 沧州滨海公路试验仪器

7、厂研制的电动触探仪 六、测试成果的应用六、测试成果的应用 1. 划分土类或土层剖面划分土类或土层剖面 l锤击数越少，土的颗锤击数越少，土的颗 粒越细；锤击数越多，粒越细；锤击数越多， 土的颗粒越粗。土的颗粒越粗。 动力触探直方图及土层划分 2. 确定地基土承载力 645. 1)( 10 NN 或 式修正锤击数：探确定承载力时应按下根据标贯或轻型动力触 N 土类 10153050 中、粗砂180250340500 粉、细砂140180250340 表3-7 砂土地基容许承载力（kPa）（标贯法） 表3-8 粘性土、粉土地基承载力（中型动力触探） N28234681012 fk(kPa)12015

8、0180240290350400 3. 确定单桩容许承载力确定单桩容许承载力 kPaNq kPaNtN B Nh q f d 1002 )(400/(4 4 . 0 2 ）英尺 )(25 2 )100(4 21 kNANANq NN NkPaNq ssccf d 其中 （1）Meyerhof法法 式中：式中：B为桩宽度或直径为桩宽度或直径m，h为桩进入砂层的深度为桩进入砂层的深度m （2）日本法）日本法 式中：式中：N1为桩端处的为桩端处的N值值，N2为桩尖上为桩尖上10B范围内的平均范围内的平均N值值 （3）国内法）国内法 书上书上126129页页 利用标贯锤击数确定粘性土稠度及c、值见表3

9、- 21至3-24，确定Es见表3-25 表3-22 N手与稠度状态的关系 N手35 IL（液性指数）11-0.750.75-0.50.5-0.250.25-00 稠度状态流动软塑软可塑硬可塑硬塑坚硬 4. 确定粘性土稠度及确定粘性土稠度及c、 、Es值值 5. 砂土密实度与液化判断 （1）砂土密实度 砂土密实度是确定砂土承载力和判断砂 土液化的主要指标 表3-28 N63.5与砂土密实度的关系 土类N63.5密实度孔隙比e 砾砂 0.65 5-8稍密0.65-0.50 8-10中密0.50-0.45 10密实0.45 粗砂 中砂 。时，取土中粘粒百分含量，当 ）；地下水位埋藏深度（ ）；标准

10、贯入试验点深度（ 数基准值，由下表查；液化判别标准贯入锤击 数临界值；液化判别标准贯入锤击 3P%3: : : : : 3 1 . 09 . 0 cc 0 0 PP md m d N N P ddNN c w s cr c wscr 地震烈度7度8度9度 N0 值 近震区（基本烈度比震中小2度以上）61016 远震区（基本烈度比震中小2度以内）812 标准贯入锤击数基准值N0 （2）砂土液化 第五章第五章 载荷试验载荷试验 一、定义一、定义 l平板静力载荷试验(PLT: plate load test)，简称载 荷试验，在保持地基土天 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

11、观测每级荷载 下地基土的变形特性，是 模拟建筑物基础工作条件 的一种测试方法 。 l载荷试验按承压板的形状有平板与螺旋板之分 按用途可分一般载荷和桩载荷 l我们主要讲的是浅层平板静力载荷测试 l优点：优点：对地基土不产生扰动，结果最可靠、最 具有代表性，可直接用于工程设计。是确定承 载力的最主要方法。 l缺点：缺点：价格昂贵、费时 二、测试设备与方法二、测试设备与方法 （一）仪器设备（一）仪器设备 l承压板承压板 要有足够的刚度，面 积一般为1000- 5000cm2 l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 1.沉降观测装置沉降观测装

12、置 五、测试成果的应用五、测试成果的应用 （一）PLT 可以确定地基的承载力(fk),变形模量(Ea), 沉降量(s)。 fk lR= Pcr lR= PU /F 1. Ea .S-P ;-B ;- 0.886, 0.875 , ;-: 1 2 0 曲线直线段的斜率 承压板的宽度 土体的泊松比 方形 圆形 承压板的形状系数式中 S P S P BE 计算地基沉降量(sj) （二）确定湿陷性黄土的湿陷起始压力 设计基础宽度 压板的沉降量 作用下承在与基底压力相同压力式中 砂土 粘土 -b -S: 30b 30B 22 B b SS B b SS j j 六、其它类型的载荷试验 （一）桩载荷试验

13、（桩静载荷试验） l可以确定桩基的承载力 （二）水平载荷试验 1.单桩水平载荷试验 2.地基土水平载荷试验 第六章 旁压试验 一、定义 l旁压测试（PMT: pressuremeter test） 是利用钻孔做的原位横是利用钻孔做的原位横 向载荷试验，是工程勘向载荷试验，是工程勘 察中的一种常用原位测察中的一种常用原位测 试技术。试技术。 l测试原理：通过旁压器在竖直的孔内加压，使通过旁压器在竖直的孔内加压，使 旁压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给周围土体，旁压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给周围土体， 使土体产生变形直至破坏，并通过量测装置测使土体产生变形直至破坏，并通过量测装置测 出施加的压力和土

14、体变形之间的关系，然后绘出施加的压力和土体变形之间的关系，然后绘 制应力制应力应变关系曲线。根据这种关系对孔周应变关系曲线。根据这种关系对孔周 所测土体的承载力、变形性质等进行评价。所测土体的承载力、变形性质等进行评价。 l优点：可在不同深度上进行测试，所求基本承优点：可在不同深度上进行测试，所求基本承 载力精度高。载力精度高。 l缺点：受成孔质量影响大，在软土中测试精度受成孔质量影响大，在软土中测试精度 不高。不高。 二、旁压测试的仪器设备二、旁压测试的仪器设备 分为两类： 预钻式旁压仪 自钻式旁压仪 预钻式旁压仪由4部分组成 1.旁压器 2.压力和体积控制箱 3.管路系统 4.成孔工具等

15、l旁压器是旁压仪中的旁压器是旁压仪中的 最重要部件，由圆形最重要部件，由圆形 金属骨架和包在其外金属骨架和包在其外 的橡皮膜组成。的橡皮膜组成。 l分为三个腔分为三个腔 l中间为主腔（测试腔）中间为主腔（测试腔） l上、下为护腔上、下为护腔 第七章第七章 十字板剪切试验十字板剪切试验 一、定义一、定义 l十字板剪切试验十字板剪切试验(FVST： field vane shear test)是是 用插入软粘土中的十字板用插入软粘土中的十字板 头，以一定的速率旋转，头，以一定的速率旋转， 测出土的抵抗力矩，然后测出土的抵抗力矩，然后 换算成土的抗剪强度的一换算成土的抗剪强度的一 种测试方法。种测试

16、方法。 FVST主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强 度。它具有下列优点：度。它具有下列优点： l(1) 不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的 粘性土，可以在现场对基本上处于天然应力状粘性土，可以在现场对基本上处于天然应力状 态下的土层进行扭剪。所求软土抗剪强度指标态下的土层进行扭剪。所求软土抗剪强度指标 比其他方法都可靠。比其他方法都可靠。 l(2) 野外测试设备轻便，操作容易。野外测试设备轻便，操作容易。 l(3) 测试速度较快，效率高，成果整理简单。测试速度较快，效率高，成果整理简单。 l其缺点是仅适用于江河湖海的沿岸地带的软土，其缺点是仅适用于江河湖海的沿岸地带的软土， 适应范围有限，对硬塑粘性土和含有砾石杂物适应范围有限，对硬塑粘性土和含有砾石杂物 的土不宜采用，否则