标准贯入试验ppt课件

1、 第一节 概述 标准贯入试验是一种在现场用63.5kg的穿心锤，以76cm的落距自由落下，将一定规格的带有小型取土筒的标准贯入器打入土中，记录打入30cm的锤击数即标准贯入击数N），并以此评价土的工程性质的原位试验。 SPT原位测试技术仍属于动力触探范畴，所不同的是，其贯入器不是圆锥探头，而是标准规格的圆筒形探头由两个半圆筒合成的取土器）。与圆锥动力触探试验相似，标准灌入试验并不能直接测定地基土的物理力学性质，而是通过与其他原位测试手段或室内试验成果进行对比，建立关系式，积累地区经验，才能评定地基土的物理力学性质。适用土层：砂性土、粘性土，不适用于碎石类土及岩层。优点：操作简单、使用方便，地层

2、适用性较广。缺点：试验数据离散性较大，精度较低，对于饱和软粘土，远不及十字板剪切试验及静力触探等方法精度高。 这种试验技术是20世纪40年代末期发展起来的。由于使用方便，得到了广泛的应用，在美国及日本应用最为广泛。在我国，50年代初期由南京水利实验处研制并在治淮工程中得到广泛的推广，积累了大量的使用经验。60年代在国内得以普及。 1评价地基土的物理状态如地层剖面及软弱夹层）；2评价地基土的力学性能参数如变形模量、物理力学性质指标）；3计算天然地基的承载力；4计算单桩的极限承载力及选择桩尖持力层；5评价场地砂土和粉土的液化可能性及等级。 应该指出的是，除判别液化外，其余的应用方法都是基于与其他测

3、试方法的对比中建立起计算公式的。如桩的承载力的预估是与载荷试验相对比，土的物理力学性质指标是与室内试验成果建立相关关系。因而，对缺乏使用经验的地区，在应用标准贯入试验时应与其他测试方法配合作用。 标准贯入试验设备主要由贯入器、触探杆和穿心锤三部分组成。如图5-1所示。 种。目前国内普遍使用自动脱钩装置。种。目前国内普遍使用自动脱钩装置。 我国目前采用的SPT设备与国际标准一致，岩土工程勘察规范（GB500212019要求SPT的设备应符合表5-1的规定。表5-1 标准贯入试验设备尺寸二、标准贯入试验的基本原理二、标准贯入试验的基本原理 标准贯入试验是利用一定的落锤能量锤重63.5 kg，落距7

4、6cm将标准规格的贯入器贯入土中，根据打入土中30 cm的锤击数N来判别土的工程性质的一种现场测试方法。其试验原理与动力触探试验十分相似。因而，第四章中关于动力触探的试验原理也适用于标准贯入试验。 但是，SPT与动力触探在贯入器上的差别，决定了SPT的基本原理的独特性，SPT在贯入过程中，整个贯入器对端部和周围土体将产生挤压和剪切作用，SPT的贯入器是空心的，在冲击力作用下，将有一部分土挤入贯入器，其工作状态和边界条件十分复杂。 影响标准贯入试验的因素有很多，主要有以下两个方面：1钻孔孔底土的应力状态 不同的钻进工艺(回转、水冲等)、孔内外水位的差异、钻孔直径的大小等，都会改变钻孔孔底的应力状

5、态。2锤击能量 通过实测，即使是自动自由落锤，传递给探杆系统的锤击能量也有很大的波动，变化范围达到（4550)，对于不同单位、不同机具、不同操作水平，锤击能量的变化范围更大。 为了提高试验质量，国外已发展直接标定输入探杆锤击能量的新方法。在锤垫附近设置一测力计，记录探杆受锤击后的力时间波形曲线见图52）。 图5-2 F(t)t波形曲线 计算进入探杆的第一个压缩波的能量Ei： F(t)在探杆中随时间变化的动压力；t第一个应力波持续的时间，自t0开始；t2Lc (L为测力点到贯入器底的长度，c为应力波在探杆中的传播速度)；A探杆截面积；E探杆的杨氏弹性模量；k1测力点在打头以下L位置时的修正系数；

6、k2探杆系统长度L小于等代杆长Le时的理论修正系数；kc理论弹性波速c修正为实际弹性波速ca的修正系数；Le等代杆长，锤质量与探杆单位长度质量之比。 式中，rm为探杆系统(总长L)的质量m与锤质量M的比值；dL/L 计算得到的Ei与理论的锤击动能E*(MgH，H为落距)的比即为实测应力波能量比ERi（%）。 ERi= Ei/ E*100% 按标准的贯入器，用标准的锤(63.5kg)和落距(76cm)。考虑到锤击效率，标准的应力波能量比为60。则可用实测ERi修正标贯击数Ni： N60=（ERi/60NiNi相应于能量比为ERi的实测锤击数；N60修正为标准应力波能量比的标贯击数。 1 标准贯入

7、试验必须与钻探配合，以钻机设备为基础。钻进方法：为保证钻孔质量，要求采用回转钻进，并保持孔内水位略高于地下水水位，当钻进至试验标高以上15cm时，停止钻进。还应注意：（1仔细清除孔底残土到试验标高，换用标准贯入器，并量得深度尺寸；（2在地下水位以下钻进时，或遇承压含水砂层时，孔内水位应始终高于地下水位，以减少对土的振动扰动；（3当下套管时，要防止套管下过头，否则在管内做试验会使N值偏大。 2为保证锤击时钻杆不发生侧向晃动，钻杆应定期检查，使钻杆弯曲度小于0.1%，接头应牢固。 3采用自动脱钩的自由锤击法进行标贯试验，并减少导向杆与锤之间的摩擦阻力。避免锤击时偏心和晃动，保持贯入器、探杆、导向杆

8、连接后的垂直度，以保持锤击能量恒定。 4将贯入器垂直打入试验土层中，锤击速率应小于30击/min。先打入15cm，不计锤击数，继续贯入，记录每打入10cm的锤击数，累计 30 cm的锤击数即为标准贯入锤击数N。 若遇比较密实的砂土，贯入不足30cm的捶击数已超过50击时，应终止试验，并记录实际贯入深度Scm和累计击数n。按下式换算成贯入30cm的锤击数N： N=30n/S5提出贯入器，将其中土样取出进行鉴别描述、记录，然后换以钻具继续钻进，至下一需要进行试验的深度，再重复上述操作。一般每隔1.02.0m进行一次试验。6在不能保持孔壁稳定的钻孔中进行试验时应下套管以保护孔壁，但试验深度必须在套管

9、75cm以下；或采用泥浆护壁。7最后绘出击数N和贯入深度标高H的关系曲线。见图5-3。 在建立标准贯入击数N与其他原位测试或室内试验指标的经验关系式时，对实测值是否修正和如何修正也不统，因而，在SPT成果应用时，需要特别注意。应根据建立统计关系式时的具体情形来决定是否对实测锤击数进行修正。 另外，在勘察报告中，对于所提供的标准贯入锤击数应注明是否已进行了杆长修正。 表5-2 N63.5的杆长修正系数（1根据牛顿弹性碰撞理论修正 建筑地基基础规范(GBJ789)规定，标准贯入试验的贯入深度不宜超过21m。同时规定，当试验深度大于3m时，实测锤击数N需按下式进行钻杆长度修正：N=N式中，为修正系数

10、，按表5-2取值。 表5-2中的值是根据牛顿弹性碰撞理论计算而得，并非实测值，与实际并不符合。关于限制在21m以内也是由于历史原因造成的。目前，实际工程中标准贯入试验的杆长最长已超过100m，试验成果(N值)仍能较好地反映土层的力学性质的变化。 （2日本东海大学宇都-马等实测了水平搁置的120m钻杆系统在受锤击时杆顶端与底端的锤击动应力的衰减情况和位移，建议的修正关系如下：当杆长l20m时，NN；当l20m时， N(1.06一0.003L)N（3按弹性杆件波动理论修正 当杆长l14m时，NN(=1.0)；当l14m时，由于输入钻杆的锤击能量随着杆长变短而变小，使锤击值偏大，偏小，故不作杆长修正

11、。（4不作杆长修正地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（GB50307-2019及10时 ， 3226N652132N41用这两式进行判别时，粉砂应减5，粗、砾砂应加5。评定粘性土的强度指标也有多种方法：（1Terzaghi及Peck提出粘性土不排水抗剪强度Cu为： N)5 . 66(Cu（2南京水利科学研究院在1950年1960年期间，在我国东南沿海诸省的101项工程中积累了大量的试验资料，统计出标贯击数与无侧限抗压强度qu之间的关系：对粘性地基，有792个标贯试验，Ip17，粘粒含量087%，得：qu=14N+3 （kPa）对壤土地基，有596个标贯试验，其Ip=717，粘粒含量054%，得

12、：qu=13.5N （kPa）（3Behpoor结合60项工程，对伊朗的亚粘土及粉质粘土N25击），得：qu=15N （kPa）（4美国海军码头及船坞局发现标贯击数与无侧限抗压强度qu的关系线与塑性指数Ip有密切关系，如图5-7所示。南京水科院与Behpoor的关系式是与上图相当一致，靠近低Ip粘土的边界线。表5-9 国内N值与fkkPa的经验关系 四、评定土的变形参数 用标贯试验估算土的变形参数时有两种途径：一种是与平板载荷试验对比，得出变形模量E0；另一种是与室内压缩试验对比，得出压缩模量Es值。 国内一些勘察和研究单位建立的评定土的变形参数的经验关系式汇总于表5-10。表5-10 N值与

13、E0或Es的经验关系（一求单桩容许承载力1Schertmann1967的方法见表5-11，该方法需要同时测定静力触探的锥尖阻力qc。表5-11 用N估算桩端阻力pb和桩侧摩阻力pf2国家岩土工程勘察和地基基础设计规范没有关于利用标贯试验结果确定单桩的承载力规定，但当积累了大量的工程经验后，可以用标贯击数来估计单桩承载力。 如北京勘察设计研究院提出估算单桩承载力的经验公式如下： （二选择桩尖持力层 利用标贯试验选择桩尖持力层，从而确定桩的长度是一个比较简便和有效的方法，特别是地层变化较大的情况更具突出的优点。 根据国内外的实践，对于打入式预制桩，常选N =3050击作为持力层。 对广州地区的残积

14、层N=30就可以满足桩长1520m对持力层的要求。 应用时，应结合地区经验考虑。 六、砂土液化判别 目前，国内外用于砂土液化评价的现场试验手段主要有标准贯入试验和静力触探试验两种。我国建筑抗震设计规范（GB50011一2019规定：（1当初步判别认为需进一步作液化判别时，应采用标准贯入试验判别地面下15m范围内土的液化可能性；（2当采用桩基或埋深大于5m的深基础时还需要判别1520m范围内土的液化可能性。（3当饱和砂土和饱和粉土的标准贯入锤击数实测值(未经杆长修正)N小于液化判别标准贯入锤击数Ncr时，应判为液化土。地面下15m深度范围内液化判别标准贯入锤击数Ncr按下式计算：而地面下1520

15、m深度范围内液化判别标准贯入锤击数Ncr按下式计算：N0液化判别标准贯入锤击数基准值，按表5-14取用；ds饱和土标准贯入试验点深度(m)；dw地下水位深度，宜按建筑使用期内年平均最高水位或近期内年最高水位采用；c粘粉百分含量，当小于3或为砂土时，应采用3。 cwscr/dd.NN3)( 10900cwscr/dd.NN3)( 10-2.40表5-14 标准贯入锤击数基准值N0七、估算地基基床反力系数 日本有关规范提供了N值与地基基床反力系数k (k Pa)的经验关系。(1)日本建筑结构设计规范建议地基基床反力系数k可由下式估计： k(0.11.0)N(2)采用日本港湾技术规范：当考虑荷载p与

16、位移y为线性关系时， k0.15N当考虑为非线性关系时，对于正常固结粘土，那么 pky0.3 k0.075N0.62对于超固结粘上，那么 pky0.5 k0. 5N0.62(3)日本国铁基础设计规范中，对灌注桩的桩端、桩侧、桩顶的地基基床反力系数的经验关系如下：桩端地基基床反力系数：kv=0.2E0D-3.1桩侧地基基床反力系数：ks=0.03E0D-3.4桩顶地基基床反力系数：kh=0.2E0D-3.4式中，D桩径(cm)； E0地基变形模量，取25N(105Pa)。以上关系式均是以变形为10mm的地基基床反力系数。八、估算土层的平均弹性剪切波速Vp (1)按日本道桥设计规范的经验关系如下：

17、对粘性土： Vp100N1/3 1N25对砂性土： Vp80N1/3 1N50 (2)日本Yasu Yoshida等人(1988)提出的的经验关系如下： 式中，v0上覆压力(kPa)； C与土类有关的系数，见表5-15。 25. 014. 0v0pNCV九、地基处理效果检测 标准贯入试验是常用的地基处理效果检测试验手段之一。无论是强夯法、堆载预压法，还是水泥土搅拌法处理软土地基，都可以采用标准贯入试验手段，通过对比地基处理前后地基土的试验指标，对地基处理效果(质量)及其影响范围作出评定。1强夯法地基处理效果检测 济南某机场扩建工程拟采用强夯加固浅层软土地基 。可分为5层：依次为耕植土层、粉土层、粉质粘土层、粉土层和淤泥质粉质粘土层。 强夯施工结束后，在各试验小区的夯点中心和夯间进行了标准贯入试验。孔深为8.0m，每隔1.0m或15m作一次标贯试验 。夯心和夯间的锤击数相差不大，夯心略好于夯间。图5-8给出了相关4个试验小区(A1、A3、B1和B4)强夯前后的标贯击数。 2用于水泥土搅拌桩