第七章_标准贯入试验

1、 岩岩 土土 工工 程程 勘勘 察察 7.4 标准贯入试验（标准贯入试验（Standard penetration Test ，SPT） 标准贯入试验原来被归入动力触探试验一类，实 际上，它在设备规格上与前述重型圆锥动力触探试验 也具有很多相同之处，而仅仅是圆锥形探头换成了由 两个半圆筒组成的对开式管状贯入器。此外与重型圆 锥动力触探试验不同的一点在于，规定将贯入器贯入 土中所需要的锤击数（又称为标贯击数）作为分析判 断的依据。 标准贯入试验具有圆锥动力触探试验所具有的所 有优点，另外它还可以采取扰动的土样，进行颗粒分 析，因而对于土层的分层及定名更为准确可靠。 （1）试验目的 l 采取扰动土

2、样，鉴别和描述土类，按照颗分试验结 果给土层定名。 l 判别饱和砂土、粉土的液化可能性。 l 定量估算地基土层的物理力学参数，如判定黏性土 的稠度状态、砂土相对密度及土的变形和强度的有关 参数，评定天然地基土的承载力和单桩承载力。 （2）试验原理 采用标准贯入器打入土中一定距离（ 30cm ）所 需落锤次数（标贯击数）来表示土阻力大小 （3）试验设备 标准贯入试验系统组成： 贯入器； 穿心落锤； 穿心导向触探杆。 贯入器 穿心落锤 穿心导向触探杆 锤垫 标准贯入试验设备规格及适用土类表 圆锥动力触探类型及设备规格 （4）标准贯入试验技术要求 1. 采用回转钻进，钻进过程中要防止孔底涌土。当孔

3、壁不稳定时，可采用泥浆或套管护壁，钻至试验标高 15cm 以上时应停止钻进，清除孔底残土后再进行贯入 试验。 2. 应采用自动脱钩的自由落锤装置并保证落锤平稳下 落，减小导向杆与锤间的摩阻力，避免锤击偏心和侧 向晃动，保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直 度，锤击速率应小于每分钟30击。 3. 探杆最大相对弯曲度应小于 1/1000。 4. 正式试验前， 应预先将贯入器打入土中 15cm， 然后开始记录每打入 10cm 锤击数，累计打入30cm 的锤击数为标准贯入试验锤击数 N。当锤击数已达 到 50 击，而贯入深度未达到 30cm 时，可记录 50 击 的实际贯入度，并按下式换算成相当于 3

4、0cm 贯入度 的标准贯入试验锤击数N 。并终试验： 其中S 50击时的实际贯入深度 50 30N S 5. 标准贯入试验可在钻孔全深度范围内等间距进行， 也可仅在砂土、粉土等需要试验的土层中等间 距进行，间距一般为1.01.2m。 6. 由于标准贯入试验锤击数 N 值的离散性往往较大， 故在利用其解决工程问题时应持慎重态度，仅仅依 据单孔标贯试验资料提供设计参数是不可信的，如 要提 供 定 量 的 设 计 参 数 ， 应 有 当 地 经 验 ， 否 则只能提供定性的结果，供初步评定用。 （5）贯入击数的修正问题 l 杆长修正 l 上覆有效应力影响修正 l 地下水影响修正 （6）试验成果及应用

5、 l 判断砂土密实度判断砂土密实度 标贯击数与砂土密实度的关系对照表 人力松绳N1 上海市标准岩土工程勘察规范（DBJ08-37- 1994）考虑了土层埋深因素产生的上覆压力影响，对 实测的标贯击数进行了上覆压力修正，并在此基础上 根据修正后的标贯击数给出了对应的砂土密实程度。 考虑土层上覆压力的修正公式如下： N NCN 0 10 N v C 3.16 N C H 用经上覆压力修正后的标贯击数判别砂土相对密度表 l 评定黏性土的稠度状态和无侧限抗压强度评定黏性土的稠度状态和无侧限抗压强度 黏性土的稠度状态和无侧限抗压强度与标贯击数的关系表 此表为 Terzaghi 和 peck 的结果。 黏

6、性土的稠度状态与标贯击数的关系表 此表为 原冶金部武汉勘察公司成果。 l 评定砂土的抗剪强度指标评定砂土的抗剪强度指标 砂土的内摩擦角与标贯击数的关系表 此表为 Meyerhof 和 Peck 成果。 注：均质砂取高值，非均质砂取低值，粉砂减5，砂和砾石混合土 增加5。 Peck 还提出了经验公式：0.327N 日本的建筑基础设计规范采用大畸的经验公式： 2015N 此表为 美国 Gibbs 和 Holtz 成果。 l 评定黏性土的不排水抗剪强度评定黏性土的不排水抗剪强度 Cu (6 6.5) u CN (6 10) u CN 日本道路桥梁设计规范则采用下列经验关系式： Terzaghi 和

7、Peck 提出用标贯击数评定性土不排水抗 剪强度的经验关系式如下： l 评定土的变形参数评定土的变形参数 国内用标贯击数确定地基土变形参数的经验公式 l 评定地基土的承载力评定地基土的承载力 我国建筑地基基础设计规范 砂土承载力标准值与标准贯入击数的关系 粘性土承载力标准值与标准贯入击数的关系 人力松绳 人力松绳 日本住宅公团的经验关系式如下： Terzaghi 提出用标贯击数确定地基土承载力标准 值经验关系，安全系数取3： 对条形基础： 对独立方形基础： 15 K fN 12 K fN 8 K fN l 估算单桩承载力估算单桩承载力 2.783.33.118117.33 uppsscc PN

8、 AN AN Ah 北京市勘察院提出的预估钻孔灌注桩单桩竖向极限 承载力的计算公式为： 单桩竖向极限承载力 ( kN ) 桩端的截面积 ( m2 ) 桩在砂土中的侧面积 ( m2 ) 桩在黏性土中的侧面积 ( m2 ) 桩端附近土层中的标贯数； 桩周砂土层标贯击数 桩周黏土层标贯击数 孔底虚土的厚度 ( m ) 式中Pu Ap As Ac Np Ns Nc h 4.3.4 当饱和砂土、 粉土的初步判别认为需进一步进行液化判别时， 应采用标准 贯入试验判别法判别地面下 20m 范围内土的液化；但对本规范第 4.2.1 条规定可 不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下 15

9、m 范围 内土的液化。当饱和土标准贯人锤击数（未经杆长修正）小于或等于液化判别标 准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。 l 饱和砂土、粉土的液化饱和砂土、粉土的液化 标准贯人试验是判别饱和砂土、粉土液化的重要手段， 我国建筑抗震 设计规范（GB500112010）规定 在地面下 20m 深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算： Ncr=Noln(0.6ds+1.5)-0.ldwc/3(4.3.4) 式中：Ncr液化判别标准贯入锤击数临界值； No液化判别标准贯入锤击数基准值，可按表 4.3.4 采用； ds饱和土标准贯入点深度(m)； dw地下水位(m)； c黏粒含量百分率，当小

10、于 3 或为砂土时，应采用 3； 调整系数， 设计地震第一组取 0.80， 第二组取 0.95， 第三组取 1.05。 表 4.3.4 液化判别标准贯入锤击数基准值 No 设计基本地震加速度(g) 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 液化判别标准贯人锤击数基准值 7 10 12 16 19 4.3.5 对存在液化砂土层、粉土层的地基，应探明各液化土层的深度和厚度，按 下式计算每个钻孔的液化指数，并按表 4.3.5 综合划分地基的液化等级： IlE n 1i 1-Ni/NcridiWi(4.3.5) 式中：IlE液化指数； n在判别深度范围内每一个钻孔标准贯人试验点的总数； Ni、

11、Ncri分别为 i 点标准贯人锤击数的实测值和临界值，当实测值大 于临界值时应取临界值；当只需要判别 15m 范围以内的液化时，15m 以下的实测 值可按临界值采用； dii 点所代表的土层厚度(m)，可采用与该标准贯入试验点相邻的上、 下两标准贯人试验点深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液 化深度； Wii 土层单位土层厚度的层位影响权函数值 （单位为 m -1） 。 当该层中点 深度不大于 5m 时应采用 10，等于 20m 时应采用零值，520m 时应按线性内插法 取值。 表 4.3.5 液化等级与液化指数的对应关系 液化等级 轻微 中等 严重 液化指数 IlE 0IlE

12、6 6IlE18 IlE18 4.3.6 当液 7.5 十字板剪切试验十字板剪切试验 ( (vane shear test) ) 十字板剪切试验是一种在钻孔内快速测定饱和 软黏土抗剪强度的原位测试方法。自1954年由南京 水科院等单位对这项技术开始开发应用以来， 在 我国沿海地区得到广泛的应用。理论上，十字板剪 切试验测得的抗剪强度相当于室内三轴不排水剪总 应力强度。由于十字板剪切试验不需要采取土样， 可以在现场基本保持原位应力状态的情况下进行测 试，这对于难以取样的高灵敏度的黏性土来说具有 不可替代的优越性。 （1）试验目的 l 测定原位应力条件下软黏土的不排水抗剪强度。 l 估算软黏土的灵

13、敏度。 （2）试验原理 十字板剪切试验是将具有一定高径比的十字板 插入待测试土层中，通过钻杆对十字板头施加扭矩 使其匀速旋转，根据施加的扭矩即可以得到土层的 抵抗扭矩，进一步可换算成土的抗剪强度。 板头侧面的剪切 阻力为均匀分布 图中所示为在板 头上、下面的剪 切阻力分布。 Cv CH p MR I 4 64 p D I H H HH CDC D DHMMMM DDD HD CDDM CDC D D C D DHM v v 3 321 11 3 1 3 3 32 2 1 62 )( , 12 1234 M 2 杆的直径为和十字板头接触处轴 为板头的直径和高度。 顶面的抗扭矩为： ：圆柱体底面的

14、抗扭矩为 ：圆柱体侧面的抗扭矩为 3 123 2 26 2 3 H v vHu D MMMMDHCD C M CCC D DH 匀速扭转 Jackson(1969) 提出修正公式： 3 2 2 u M C H D D 与圆柱顶底面剪应力分 布相关的系数 （3）试验设备 十字板剪切试验系统组成： 十字板头； 传力系统； 加力装置； 测量装置。（机械式和电测试） 室内十字板剪切仪 十字板头规格表 1:2 D H 注： （4）十字板剪切试验技术要求 1. 十字板剪切试验点的布置在竖向上的间距可为1m。 2. 十字板头形状宜为矩形，径高比为1:2，板厚宜为 23mm。 3. 十字板头插入钻孔底（或套管

15、底部）深度不应小于 孔径或套管直径的35倍。 4. 十字板插入至试验深度后，至少应静置23min，方 可开始试验。 5. 扭转剪切速率宜采用12/10s，并在测得峰值强 度后继续测记1min。 6. 在峰值强度或稳定值测试完毕后，再顺扭转方向 连续转动6圈，测定重塑土的不排水抗剪强度。 7. 对开口钢环十字板剪切仪，应修正轴杆与土间摩 阻力的影响。 （5）试验成果及应用 十字板剪切试验的成果主要有：各试验点土的 不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵 敏度极其随深度变化曲线；抗剪强度与扭转角的关 系曲线等 由于十字板剪切试验得到的不排水抗剪强度一 般偏高，因此要经过修正才能用于工程设计，

16、其修 正方法如下： () ufu CC 修正系数取值 2. IL1的土 1. 其他软土土 Daccal 影响测试结果因素： l 板头尺寸 l 剪应力分布 l 排水条件 l 土的各向异性 l 剪切速率 l 触变效应 l 计算地基承载力计算地基承载力 根据中国建筑科学研究院和华东电力设计院的 经验，地基容许承载力可按下式估算： 2() auf qCh l 估算地基土的灵敏度估算地基土的灵敏度 软黏土地基的灵敏度按下式计算： 0 () uf t u C S C 另外，十字板剪切试验成果还可以用来检验地 基加固效果、估算单桩极限承载力以及用于估算软 土的液性指数等 2St4 中等灵敏度土 St2 低灵

17、敏度土 St 4 高灵敏度土 l 判定软土的固结历史判定软土的固结历史 根据Cu-h 曲线判定软土的固结历史: 1. 若Cu-h 曲线大致呈一通过地面原点的直线，可 判定为正常固结土； 2. 若Cu-h 直线不通过原点而与纵坐标的向上延长 轴线相交，则可判定为超固结土。 7.6 旁压试验旁压试验 旁压试验又称为横压试验，它是通过圆柱状旁 压器对钻孔壁施加均匀横向压力，使孔壁土体发生 径向变形直至破坏，同时通过测量系统量测横向压 力和径向变形之间的关系，进一步推求地基土力学 参数的一种原位测试方法。分为预钻式和自钻式。 优点： l 旁压试验的物理模型为轴对称的圆柱形孔的扩张 问题，这个问题的弹塑

18、性理论解已经得到很好的解 决。 l 旁压试验可以用来估计原位水平应力。 l 测试方便，不受地下水位的限制，与室内试验相 比，具有试样大、代表性强、扰动小的优点。 l 旁压试验具有较广泛的适应性，可适合于黏性土、 粉土、砂土、碎石土、极软岩、软岩等各类岩土的 测试。 （1）试验目的 l 测定土的旁压模量和应力应变关系； l 估算黏性土、粉土、砂土、软质岩石和风化岩 石的承载力。 。 。 （2）试验原理 典型的旁压试验 P-V 曲线 03 2(1)()10 2 f mc VV p EV V 土体泊松比，碎石土取0.27，砂土取0.30，粉 土取0.35，粉质黏土取0.38，黏土取0.42； 旁压仪测量腔的固有体积； 与初始压力对应的测量腔体积； 与临塑压力对应的测量腔体积； 旁压曲线直线段的斜率。 V=Vf -V0 Vc V0 Vf p/V 此外，根据初始压力、临塑压力、极限压力和旁 压模量结合地区经验可评定地基承载力和变形参数。 （3）试验设备 旁压试验系统组成： 旁压器； 加压稳压装置； 变形测量装置； 旁压试验系统组成： 监测装置 压力表 高压气瓶 辅助腔 测量腔 旁压器 同轴塑料管 1. 量管 自钻式旁压测试不 同于其他原位测试方法， 该方法不需要经验校正 系数，更能在短时间内 获得大量精确数据，而 且在