第7章岩土工程原位测试

1、第七章第七章岩土工程原位测试岩土工程原位测试岩土工程原位测试岩土工程原位测试主要内容主要内容 7.1 载荷试验载荷试验 7.2 静力触探试验静力触探试验 7.3 圆锥动力触探试验圆锥动力触探试验 7.4 标准贯入试验标准贯入试验 7.5 十字板剪切试验十字板剪切试验7.6 旁压试验旁压试验7.7 扁铲侧胀试验扁铲侧胀试验7.8 波速测试波速测试7.9 现场直接剪切试验现场直接剪切试验7.10 激振法激振法测试测试7.11 岩体岩体原位原位应力测试应力测试简介简介 01 原位测试（原位测试（in-situ tests，或，或field test）：）： 从广义上讲，包括从广义上讲，包括原位检测和

2、原位试验原位检测和原位试验两部分，即指在被测试对象的原两部分，即指在被测试对象的原始位置，在不破坏、不扰动或少扰动被测试或检测对象原有（天然）状态始位置，在不破坏、不扰动或少扰动被测试或检测对象原有（天然）状态的情况下，通过试验手段测定特定的指标，进而评价被测试对象的性能和的情况下，通过试验手段测定特定的指标，进而评价被测试对象的性能和状态。状态。 从狭义上讲，原位测试是指利用一定的从狭义上讲，原位测试是指利用一定的试验试验手段在天然状态（天然应手段在天然状态（天然应力、天然结构和天然含水量）下，测试岩土的反应或一些特定的物理、力力、天然结构和天然含水量）下，测试岩土的反应或一些特定的物理、力

3、学指标，进而依据理论分析或经验公式评定岩土的工程性能和状态。学指标，进而依据理论分析或经验公式评定岩土的工程性能和状态。 原位测试技术是岩土工程中的一个重要分支，它不仅是岩土工程勘察原位测试技术是岩土工程中的一个重要分支，它不仅是岩土工程勘察的重要组成部分和获得岩土体设计参数的重要手段，而且是岩土工程施工的重要组成部分和获得岩土体设计参数的重要手段，而且是岩土工程施工质量检验的主要手段，并可用于施工过程中岩土体物理、力学性质及状态质量检验的主要手段，并可用于施工过程中岩土体物理、力学性质及状态变化的监测。变化的监测。概述概述 0.2 0.2 原位测试方法原位测试方法 概述概述 岩土工程勘察规范

4、岩土工程勘察规范（GB5002l-2001）所列的原位测）所列的原位测试方法有：载荷试验、静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试方法有：载荷试验、静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、现场直试验、十字板剪切试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、现场直接剪切试验、波速测试、岩体原位应力测试和激振法测试。接剪切试验、波速测试、岩体原位应力测试和激振法测试。 静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验触探试验触探试验 十字板剪切试验、直接剪切试验十字板剪切试验、直接剪切试验剪切试验剪切试验 旁压试验、扁铲侧胀试验旁压试验、扁铲侧胀试验侧胀试验

5、侧胀试验 声波测试、弹性波波速测试、激振法测试声波测试、弹性波波速测试、激振法测试动力参数动力参数测试测试0.3 0.3 原位测试优缺点原位测试优缺点 1.1 1.1 概述概述 1.1.1 载荷试验方法载荷试验方法 载荷试验（载荷试验（P1ate Load Test，简称，简称PLT）：）： 是在现场通过一定面积的刚性承压板向地基逐级施加荷载，是在现场通过一定面积的刚性承压板向地基逐级施加荷载，测定天然地基、单桩或复合地基的沉降随荷载的变化，借以确测定天然地基、单桩或复合地基的沉降随荷载的变化，借以确定地基土的承载能力和变形特征的现场试验。定地基土的承载能力和变形特征的现场试验。1 1 静力静

6、力载荷试验载荷试验 1.1.2 载荷试验分类载荷试验分类按试验对象划分按试验对象划分 一般载荷试验、复合地基载荷试验和桩载荷试验（包括竖一般载荷试验、复合地基载荷试验和桩载荷试验（包括竖向和水平载荷试验）向和水平载荷试验）按加荷性质划分按加荷性质划分 静力载荷试验和动力载荷试验静力载荷试验和动力载荷试验按承压板形状划分按承压板形状划分 平板载荷试验和螺旋板载荷试验平板载荷试验和螺旋板载荷试验按试验深度划分按试验深度划分 浅层载荷试验和深层板载荷试验浅层载荷试验和深层板载荷试验 本章主要讲述本章主要讲述浅层平板静力载荷试验浅层平板静力载荷试验及其原理、设备组成、及其原理、设备组成、试验要点及技术

7、要求、操作步骤、资料整理和成果应用。试验要点及技术要求、操作步骤、资料整理和成果应用。 1 1 静力静力载荷试验载荷试验 1.1.3 载荷试验的适用条件载荷试验的适用条件p 浅层平板载荷试验浅层平板载荷试验 适用于地表浅层地基土（包括各种填土和碎石土）适用于地表浅层地基土（包括各种填土和碎石土）p 深层平板载荷试验深层平板载荷试验 适用于埋深等于或大于适用于埋深等于或大于5.0m和地下水位以上的地基土和地下水位以上的地基土p 螺旋板载荷试验螺旋板载荷试验 适用于深层地基或地下水位以下的土层适用于深层地基或地下水位以下的土层p 复合地基载荷试验复合地基载荷试验 用于测定承压板下应力主要影响范围内

8、复合土层的承载力和变形参数用于测定承压板下应力主要影响范围内复合土层的承载力和变形参数p 岩基载荷试验岩基载荷试验 用于确定完整、较完整、较破碎岩基作为天然地基或桩基础持力层时的承载力。用于确定完整、较完整、较破碎岩基作为天然地基或桩基础持力层时的承载力。 1.1.4 载荷试验的优点载荷试验的优点 对地基土不产生扰动，确定地基承载力最可靠、最具代表性，可直接用于工程设计，还可对地基土不产生扰动，确定地基承载力最可靠、最具代表性，可直接用于工程设计，还可用于预估建筑物的沉降量，对大型工程、重要建筑物，载荷试验一般不可少，是世界各国用以用于预估建筑物的沉降量，对大型工程、重要建筑物，载荷试验一般不

9、可少，是世界各国用以确定地基承载力的最主要方法，也是比较其它原位测试成果的基础。确定地基承载力的最主要方法，也是比较其它原位测试成果的基础。 1 1 静力静力载荷试验载荷试验 1.2 1.2 浅层平板静力载荷试验的基本原理浅层平板静力载荷试验的基本原理 1 1 静力静力载荷试验载荷试验 地基土承压板 1 1 载荷试验载荷试验 （1）直线变形阶段直线变形阶段 p-s呈线性关系呈线性关系 p0比例界限压力比例界限压力（2）剪切（塑性）变形阶段）剪切（塑性）变形阶段 p-s关系为曲线，斜率逐关系为曲线，斜率逐渐变大渐变大 pu极限压力极限压力（3）破坏阶段）破坏阶段 当荷载大于极限压力当荷载大于极限

10、压力pu，即使荷载维持不变，沉降也会持即使荷载维持不变，沉降也会持续发展或急剧增大，始终达不到续发展或急剧增大，始终达不到稳定标准。稳定标准。 1 1 载荷试验载荷试验 典型的平板载荷试验典型的平板载荷试验p-s曲线曲线 载荷试验的直线变形阶段，可用弹性理论分析压力与变形之间的关系。载荷试验的直线变形阶段，可用弹性理论分析压力与变形之间的关系。 变形模量：指无侧限情况下单轴受压时应力与应变之比。计算公式： 浅层平板载荷试验的变形模量E0（MPa）可按下式计算： E0=I0 (1-2)pd/s (1) 深层平板载荷试验的变形模量E0（MPa）可按下式计算： E0=pd/s (2)式中，I0刚性承

11、压板的形状系数，圆形板取0.785；方形板取0.886； 土的泊松比（碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉质粘土取0.38，粘土取0.42）； d 承压板直径或边长（m）； p PS曲线线性段的压力（kPa）； s 与P对应的沉降（mm）； 与试验深度和土类有关的系数，可按岩土工程勘察规范（GB500212001）所列表10.2.5中查出（书89页表7-2）。1 1 载荷试验载荷试验 1.3 1.3 浅层平板静力载荷试验的仪器设备浅层平板静力载荷试验的仪器设备 1 1 载荷试验载荷试验 承压板承压板 承压板是模拟建筑物的基础，将施加的荷载通过承压板承压板是模拟建筑物的基础，将施

12、加的荷载通过承压板传递给地基土，其刚度和尺寸应与建筑物基础接近。传递给地基土，其刚度和尺寸应与建筑物基础接近。 承压板的承压板的刚度刚度要求容易达到，可采用加肋的厚钢板、铸要求容易达到，可采用加肋的厚钢板、铸铁板、混凝土板或钢筋混凝土板，常用的是加肋钢板。无论铁板、混凝土板或钢筋混凝土板，常用的是加肋钢板。无论选用什么样材质的承压板，都要求承压板具有足够的刚度、选用什么样材质的承压板，都要求承压板具有足够的刚度、板底平整光滑、板的尺寸中心和传力重心一致、搬运和安装板底平整光滑、板的尺寸中心和传力重心一致、搬运和安装方便，在使用过程中不易变形。方便，在使用过程中不易变形。 承压板的承压板的形状形

13、状有圆形和方形的两种，也有根据试验的具有圆形和方形的两种，也有根据试验的具体要求采用矩形承压板。体要求采用矩形承压板。 承压板的承压板的尺寸尺寸要与实际基础接近则难于达到，因为承压要与实际基础接近则难于达到，因为承压板的面积太大，对设备的质量要求也越高；而承压板面积过板的面积太大，对设备的质量要求也越高；而承压板面积过小，则影响地基土的沉降量和极限荷载值。一般来说，地基小，则影响地基土的沉降量和极限荷载值。一般来说，地基土的极限荷载会因承压板的宽度或直径土的极限荷载会因承压板的宽度或直径b过小而降低（过小而降低（s增增大），但大），但b值过大极限荷载增加也不明显，因此，值过大极限荷载增加也不明

14、显，因此，在确定承压在确定承压板尺寸时，既不能过小，也不必太大。板尺寸时，既不能过小，也不必太大。 由于承压板的尺寸大小对评定地基土承载力有一定的影由于承压板的尺寸大小对评定地基土承载力有一定的影响。为统一试验条件，使试验结果具有可比性。我国的大部响。为统一试验条件，使试验结果具有可比性。我国的大部分勘察规范规定分勘察规范规定承压板面积以承压板面积以0.25-0.50 为主，另外还有为主，另外还有0.1和和1.0。 1 1 载荷试验载荷试验 选择承压板尺寸时选择承压板尺寸时，可根据地基土质情况，强度低变形大的土层宜采，可根据地基土质情况，强度低变形大的土层宜采用大尺寸的承压板，强度高变形小的土

15、层则采用小尺寸的承压板。一般情用大尺寸的承压板，强度高变形小的土层则采用小尺寸的承压板。一般情况下，可参照下面的经验值选取：况下，可参照下面的经验值选取： 土的浅层平板载荷试验承压板面积不应小于0.25m2； 对软土和粒径较大的填土不应小于0.5 m2； 土的深层平板载荷试验承压板面积宜选用0.5 m2； 岩石载荷试验承压板的面积不宜小于0.07 m2。 复合地基载荷试验承压板应具有足够刚度。单桩复合地基载荷试验的承压板可用圆形或方形，面积为一根桩承担的处理面积；多桩复合地基载荷试验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。桩的中心（或形心）应与承压板保持一致，并与荷载作用

16、点相重合。1 1 载荷试验载荷试验 加荷系统加荷系统 加荷系统是指通过承压板对地基土施加额定荷载的装置。加荷系统是指通过承压板对地基土施加额定荷载的装置。 常见有四种类型：常见有四种类型：l重物加荷装置重物加荷装置 l油压千斤顶加荷装置油压千斤顶加荷装置l重物、机械、液压放大加荷装置重物、机械、液压放大加荷装置l电控稳压式加荷装置电控稳压式加荷装置 1 1 载荷试验载荷试验 常见的载荷试验反力与加载布置方式常见的载荷试验反力与加载布置方式1承压板；承压板；2千斤顶；千斤顶；3木跥；木跥；4钢梁；钢梁；5钢锭；钢锭；6百分表；百分表；7地锚；地锚；8桁架；桁架；9立柱；立柱；10分力帽；分力帽；

17、11拉杆；拉杆；12载荷台；载荷台；13混凝土；混凝土；14测点测点（ad为千斤顶加载方式，为千斤顶加载方式，e和和f为重物加载方式）为重物加载方式） 反力系统反力系统 除重物加荷装置外，其它加荷装置均需反力系统配套。除重物加荷装置外，其它加荷装置均需反力系统配套。载荷试验的反力可由重物、地锚或地锚与重物联合提供。然载荷试验的反力可由重物、地锚或地锚与重物联合提供。然后再与梁架组合成稳定的反力系统。当在岩体内（如探坑或后再与梁架组合成稳定的反力系统。当在岩体内（如探坑或探槽）进行载荷试验时，可以利用围岩提供所需要的反力。探槽）进行载荷试验时，可以利用围岩提供所需要的反力。 锚固式反力系统中，地

18、锚个数应确保有足够的抗拔力，锚固式反力系统中，地锚个数应确保有足够的抗拔力，以免试验中间被拔起。反力梁亦应有足够的刚度。以免试验中间被拔起。反力梁亦应有足够的刚度。1 1 载荷试验载荷试验 坚硬岩土体内载荷试验反力系统示意图（撑壁式和平洞式）坚硬岩土体内载荷试验反力系统示意图（撑壁式和平洞式） 量测系统量测系统 测量地基土沉降和承压板周围地面变形的量测系统由测量地基土沉降和承压板周围地面变形的量测系统由观测观测支架和测量仪表支架和测量仪表两部分组成。两部分组成。 观测支架观测支架用来固定量测仪表，由支撑柱、基准梁及其它附用来固定量测仪表，由支撑柱、基准梁及其它附件等组成；件等组成； 测量仪表测

19、量仪表有百分表、位移计、位移传感器等。有百分表、位移计、位移传感器等。 1 1 载荷试验载荷试验 试坑的尺寸及要求试坑的尺寸及要求 试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的3倍。试坑倍。试坑底部的岩土应避免扰动，保持其原状结构和天然含水量，在底部的岩土应避免扰动，保持其原状结构和天然含水量，在承压板下铺设不超过承压板下铺设不超过20 mm的砂垫层找平，并尽快安装设备。的砂垫层找平，并尽快安装设备。 承压板的尺寸承压板的尺寸 载荷试验宜采用圆形刚性承压板，根据土的软硬或岩体载荷试验宜采用圆形刚性承压板，根据土的软硬或岩体裂隙密度选用合适的尺寸。对于强夯处理

20、后的场地的地基强裂隙密度选用合适的尺寸。对于强夯处理后的场地的地基强度测定，有时要求承压板的面积应大于度测定，有时要求承压板的面积应大于1.0m1.0 m。岩石。岩石载荷试验承压板的面积不宜小于载荷试验承压板的面积不宜小于0.07 。 1 1 载荷试验载荷试验 1.4 1.4 浅层平板静力载荷试验的试验技术要求浅层平板静力载荷试验的试验技术要求 位移量测系统的安装位移量测系统的安装 1 1 载荷试验载荷试验 基准梁的支撑柱或其他类型的支点应离承压板和地锚一基准梁的支撑柱或其他类型的支点应离承压板和地锚一定的距离，以避免再试验过程中地表变形对基准梁的影响。定的距离，以避免再试验过程中地表变形对基

21、准梁的影响。支撑柱与承压板中心的距离应大于支撑柱与承压板中心的距离应大于1.5d（d为边长或直径），为边长或直径），与地锚的距离应不小于与地锚的距离应不小于0.8m。 基准梁架设在支撑柱上时，基准梁架设在支撑柱上时，不应两端固定不应两端固定，以避免由于，以避免由于基准梁杆热胀冷缩引起沉降观测的误差。沉降测量元件应对基准梁杆热胀冷缩引起沉降观测的误差。沉降测量元件应对称地布置在承压板上，百分表或位移传感器的测头应垂直于称地布置在承压板上，百分表或位移传感器的测头应垂直于承压板设置。承压板设置。 千斤顶承压板基准梁试桩 载荷试验装置示意图载荷试验装置示意图垫块枕头次梁拉杆锚笼锚桩主筋地表锚桩试桩次

22、梁基准梁基准桩主梁锚桩主梁1 1 载荷试验载荷试验 加载方式加载方式一般采用分级维持荷载沉降相对稳定法（通常一般采用分级维持荷载沉降相对稳定法（通常称为称为慢速法慢速法）；有地区经验时，也可采用分级加荷沉降非稳）；有地区经验时，也可采用分级加荷沉降非稳定法（通常称为定法（通常称为快速法快速法）或）或等沉降速率法等沉降速率法。 加荷等级加荷等级宜取宜取1012级，并不应小于级，并不应小于8级。最大加载量级。最大加载量不应小于地基土承载力设计值的不应小于地基土承载力设计值的2倍，荷载的量测精度应控制倍，荷载的量测精度应控制在最大加载量的在最大加载量的1以内。以内。 第一级荷载第一级荷载（包括设备自

23、重）宜接近挖除土柱的自重，（包括设备自重）宜接近挖除土柱的自重，其相应沉降不计。对软土地基每级荷载增量其相应沉降不计。对软土地基每级荷载增量10-25kPa；对一；对一般粘性土和中密砂土地基般粘性土和中密砂土地基25-50kPa；对坚硬粘性土、密实砂；对坚硬粘性土、密实砂土和碎石土土和碎石土50-100kPa。1 1 载荷试验载荷试验 加载方式及加荷等级加载方式及加荷等级 慢速法：慢速法：对于土体对于土体，每级荷载施加后，间隔，每级荷载施加后，间隔5min、5min、10min、10min、15min、15min测读一次沉降，以测读一次沉降，以后间隔后间隔30min测读一次沉降，当连续测读一次

24、沉降，当连续2h、且每小时沉降量不、且每小时沉降量不大于大于0.1mm时，可认为沉降已达到相对稳定标准，施加下一时，可认为沉降已达到相对稳定标准，施加下一级荷载；级荷载；对于岩体对于岩体，间隔，间隔lmin、2min、2min、5min测读一测读一次沉降，以后每隔次沉降，以后每隔10min测读一次，当连续三次读数之差小测读一次，当连续三次读数之差小于或等于于或等于0.01mm时，认为沉降已达到相对稳定标准，可施时，认为沉降已达到相对稳定标准，可施加下一级荷载。加下一级荷载。 快速法：快速法：每加一级荷载按间隔每加一级荷载按间隔15min观测一次沉降。每观测一次沉降。每级荷载维持级荷载维持2h，

25、即可施加下一级荷载。最后一级荷载可观测，即可施加下一级荷载。最后一级荷载可观测至沉降达到上述沉降相对稳定标准或仍维持至沉降达到上述沉降相对稳定标准或仍维持2h。 等沉降速率法：等沉降速率法：控制承压板以一定的沉降速率沉降，测控制承压板以一定的沉降速率沉降，测读与沉降相应的所施加的荷载，直至试验达到破坏阶段。读与沉降相应的所施加的荷载，直至试验达到破坏阶段。1 1 载荷试验载荷试验 沉降观测和稳定标准沉降观测和稳定标准 载荷试验一般应尽可能加荷到试验土层破坏，然后终止试载荷试验一般应尽可能加荷到试验土层破坏，然后终止试验。当出现下列情况之一时，认为地基已达到破坏阶段，可验。当出现下列情况之一时，

26、认为地基已达到破坏阶段，可终止试验：终止试验： （1）承压板周边的土体出现明显侧向挤出，周边岩土出）承压板周边的土体出现明显侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；现明显隆起或径向裂缝持续发展； （2）本级荷载的沉降量急剧增大（大于前级荷载沉降量）本级荷载的沉降量急剧增大（大于前级荷载沉降量的的5倍），倍），p-s曲线出现陡降段；曲线出现陡降段； （3）在某级荷载下）在某级荷载下24h沉降速率不能达到相对稳定标准；沉降速率不能达到相对稳定标准； （4）总沉降量与承压板直径（或宽度）之比超过）总沉降量与承压板直径（或宽度）之比超过0.06。1 1 载荷试验载荷试验 试验终止条件试验终止

27、条件 原始资料整理原始资料整理 载荷试验原始资料包括沉降观测、荷载等级和其他与载载荷试验原始资料包括沉降观测、荷载等级和其他与载荷试验相关的信息，如承压板形状、尺寸、载荷点的试验荷试验相关的信息，如承压板形状、尺寸、载荷点的试验深度、试验深度处的土性特征，以及沉降观测百分表或传深度、试验深度处的土性特征，以及沉降观测百分表或传感器在承压板上的位置等（一般以图示的方式标注在记录感器在承压板上的位置等（一般以图示的方式标注在记录表上）。表上）。 在试验过程中，应对原始记录数据及时检查，试验结束在试验过程中，应对原始记录数据及时检查，试验结束后再进行全面检查整理。后再进行全面检查整理。1 1 载荷试

28、验载荷试验 1.5 1.5 浅层平板静力载荷试验的试验资料整理浅层平板静力载荷试验的试验资料整理 慢速法的试验资料整理慢速法的试验资料整理l绘制绘制p-s曲线曲线lp-s曲线的修正曲线的修正 l绘制绘制s-lgt曲线和曲线和1g p-lg s曲线曲线 l确定比例界限压力（确定比例界限压力（p0）l确定极限界限压力（确定极限界限压力（pu）1 1 载荷试验载荷试验 （1）图解法）图解法 适用于开始的一些适用于开始的一些观测点（观测点（p，s）基本在）基本在一条直线上。将一条直线上。将p-s曲线曲线上的各点同时沿上的各点同时沿s（沉降）（沉降）坐标平移坐标平移s0，使，使p-s曲线曲线的直线段通过

29、原点。的直线段通过原点。1 1 载荷试验载荷试验 （2）最小二乘法）最小二乘法 对于已知对于已知p-s曲线开始一段近似为一直线（即曲线开始一段近似为一直线（即p-s曲线具曲线具有直线段和拐点），用最小二乘法求出最佳回归直线的方程有直线段和拐点），用最小二乘法求出最佳回归直线的方程式。假设式。假设p-s曲线的直线段可以用下式来表示：曲线的直线段可以用下式来表示： s修正后的沉降数据。修正后的沉降数据。 1 1 载荷试验载荷试验 pcss000sss 对于圆滑型或不规则型的对于圆滑型或不规则型的p-s曲线（即不具有明显的直曲线（即不具有明显的直线段和拐点），可假设其为抛物线或高阶多项式表示的曲线，

30、线段和拐点），可假设其为抛物线或高阶多项式表示的曲线，通过曲线拟合求得常数项，即通过曲线拟合求得常数项，即so，然后按，然后按 对原始数据进行修正。对原始数据进行修正。0sss 慢速法的试验资料整理慢速法的试验资料整理l绘制绘制p-s曲线曲线lp-s曲线的修正曲线的修正 l绘制绘制s-lgt曲线和曲线和1g p-lg s曲线曲线 l确定比例界限压力（确定比例界限压力（p0）l确定极限界限压力（确定极限界限压力（pu）1 1 载荷试验载荷试验 比例界限压比例界限压力可用力可用p-s曲曲线或线或1g p-lg s曲线（直线段曲线（直线段不明显时）中不明显时）中的第一个拐点的第一个拐点确定。确定。1

31、 1 载荷试验载荷试验 慢速法的试验资料整理慢速法的试验资料整理l绘制绘制p-s曲线曲线lp-s曲线的修正曲线的修正 l绘制绘制s-lgt曲线曲线绘制1g p-lg s曲线 l确定比例界限压力（确定比例界限压力（p0）l确定极限界限压力（确定极限界限压力（pu）1 1 载荷试验载荷试验 确定极限界限压力的方法有确定极限界限压力的方法有： （1）当试验荷载加荷至破坏荷载时，取破坏荷载的前一）当试验荷载加荷至破坏荷载时，取破坏荷载的前一级荷载为极限界限压力；级荷载为极限界限压力； （2）用）用p-s、1g p-lg s、p-s/p等曲线的第二个拐点；等曲线的第二个拐点； （3）当试验荷载未加荷至破

32、坏荷载时，可用）当试验荷载未加荷至破坏荷载时，可用外插作图法外插作图法确定。确定。1 1 载荷试验载荷试验 1 1 载荷试验载荷试验 1.6 1.6 浅层平板静力载荷试验的试验成果应用浅层平板静力载荷试验的试验成果应用 确定地基土的承载力确定地基土的承载力 （1）比例界限压力法）比例界限压力法 （2）极限压力法）极限压力法 当当pu小于对应的小于对应的p0荷载值的荷载值的2倍时，取倍时，取pu的一半作为的一半作为f k 。 （3）相对沉降法）相对沉降法 ，f k不应大于最大加载量的一半。不应大于最大加载量的一半。 确定地基土的承载力时，同一土层参加统计的试验点数确定地基土的承载力时，同一土层参

33、加统计的试验点数不应小于不应小于3个，当各试验点实测的承载力的极差（即最大值个，当各试验点实测的承载力的极差（即最大值与最小值之差）小于平均值的与最小值之差）小于平均值的30时，取其平均值作为该土时，取其平均值作为该土层的承载力特征值。层的承载力特征值。1 1 载荷试验载荷试验 f k= p0f k= pu/K（K一般取一般取2）f k= p0.010.015 确定地基土的变形模量确定地基土的变形模量 I0刚性承压板的形状系数；对于圆形刚性板，刚性承压板的形状系数；对于圆形刚性板， I0=0.785； 对于方形承压板，对于方形承压板，I0=0.886； 土的泊松比土的泊松比(碎石土取碎石土取0

34、.27,砂土砂土0.30,粉土粉土0.35,粉质粘土粉质粘土0.38,粘土粘土 0.42)。 预估地基的最终沉降量预估地基的最终沉降量sj 砂土地基：砂土地基： 粘性土地基粘性土地基 ： 式中式中s与建筑物基底压力对应的承压板沉降量；与建筑物基底压力对应的承压板沉降量； B基础短边宽度；基础短边宽度；b承压板直径或宽度。承压板直径或宽度。1 1 载荷试验载荷试验 spbIE200122)3030()(BbbBssjjBssb 估算地基土的不排水抗剪强度估算地基土的不排水抗剪强度cu 式中式中 pu极限压力（极限压力（kPa）；）； 地基土的重度（地基土的重度（kN/m3）；）； h试验深度（试

35、验深度（m）。）。 Nc计算系数，对方形、圆形承压板，无超载时，计算系数，对方形、圆形承压板，无超载时， Nc =6.15；承压板埋深大于或等于；承压板埋深大于或等于4倍承压板直径或宽度时，倍承压板直径或宽度时， Nc =9.25；其他值用内插法。；其他值用内插法。 另外，载荷试验可以检验地基处理效果，判断黄土湿陷另外，载荷试验可以检验地基处理效果，判断黄土湿陷性和湿陷起始压力等。性和湿陷起始压力等。1 1 载荷试验载荷试验 Nchpcuu 1.7 1.7 螺旋板载荷试验简介螺旋板载荷试验简介 将一螺旋形承压板旋入地将一螺旋形承压板旋入地下试验深度，通过传力杆对螺下试验深度，通过传力杆对螺旋板

36、施加荷载，观测螺旋板的旋板施加荷载，观测螺旋板的沉降，以获得荷载沉降，以获得荷载沉降沉降时时间关系，然后根据理论公式或间关系，然后根据理论公式或经验关系式获得地基土参数的经验关系式获得地基土参数的一种现场测试技术。通过螺旋一种现场测试技术。通过螺旋板试验可以确定地基土的承载板试验可以确定地基土的承载力、变形模量、基床系数和固力、变形模量、基床系数和固结系数等参数。结系数等参数。 1 1 载荷试验载荷试验 YDL型螺旋板载荷试验装置型螺旋板载荷试验装置1横梁；横梁；2千斤顶；千斤顶；3百分表及表座；百分表及表座；4基准梁；基准梁；5立柱；立柱；6传力杆；传力杆；7力传感器；力传感器；8螺旋板；螺

37、旋板；9地锚地锚 2.1 2.1 概述概述 静力触探试验静力触探试验Static Cone Penetration Test(简称简称CPT) 是通过一系列探杆用准静力将一个内部装有传感器的触探头匀是通过一系列探杆用准静力将一个内部装有传感器的触探头匀速压入到土中，同时测记贯入过程中探头所受到的阻力，根据速压入到土中，同时测记贯入过程中探头所受到的阻力，根据测得的贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的现场试验测得的贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的现场试验方法。方法。 1932年由荷兰人发明，又称为荷兰锥（年由荷兰人发明，又称为荷兰锥（Dutch Cone）试验。）试验。 既是一种原位

38、测试方法，又是一种勘探手段。既是一种原位测试方法，又是一种勘探手段。 2 2 静力触探试验静力触探试验 适用土层：适用土层：适应于软土、一般粘性土、粉土、砂类土和含有少适应于软土、一般粘性土、粉土、砂类土和含有少量碎石的土层。量碎石的土层。优点：优点：具有快速、准确、省时、省力、清洁、经济等优点，而具有快速、准确、省时、省力、清洁、经济等优点，而且可连续获得地层的强度和其他方面的信息，不受取样扰动且可连续获得地层的强度和其他方面的信息，不受取样扰动等人为因素的影响。这对于地层变化较大的复杂场地以及不等人为因素的影响。这对于地层变化较大的复杂场地以及不易取得原状土样的饱和砂土、砂质粉土和高灵敏性

39、软土地层易取得原状土样的饱和砂土、砂质粉土和高灵敏性软土地层的勘察，具有独特的优越性。的勘察，具有独特的优越性。缺点：缺点：不能直接识别土层，对碎石类土和密实的砂层难以贯入，不能直接识别土层，对碎石类土和密实的砂层难以贯入，有时需钻探与其配合才能完成工程地质勘察任务。有时需钻探与其配合才能完成工程地质勘察任务。 2 2 静力触探试验静力触探试验 2.2 2.2 仪器设备仪器设备 2 2 静力触探试验静力触探试验 l贯入装置贯入装置l探头探头 l量测仪表量测仪表 l贯入装置贯入装置液压式静力触探机（总贯入力液压式静力触探机（总贯入力1020t） 手摇链条式静力触探机手摇链条式静力触探机 （总贯入

40、力（总贯入力23t）电动机械式静力触探机（最大电动机械式静力触探机（最大45t，个别达，个别达10t ） 2 2 静力触探试验静力触探试验 WSY-15液压式液压式静力触探机静力触探机 2.2 2.2 仪器设备仪器设备 2 2 静力触探试验静力触探试验 l贯入装置贯入装置l探头探头 l量测仪表量测仪表 l探头探头（地层阻力传感器）（地层阻力传感器）单桥探头（单桥探头（ps）双桥探头（双桥探头（qc， fs ） 多用探头多用探头 （孔压、波速、旁压触探头，还有能测（孔压、波速、旁压触探头，还有能测温、测斜、测地磁、土壤电阻或温、测斜、测地磁、土壤电阻或pH值等的探头值等的探头 ）2 2 静力触探

41、试验静力触探试验 2 2 静力触探试验静力触探试验 顶柱顶柱密封圈密封圈应变片应变片空心柱空心柱电缆电缆橡皮管橡皮管密封圈密封圈外套筒外套筒探头管探头管单桥探头单桥探头结构示意图结构示意图 双双桥桥探探头头结结构构示示意意图图 1-锥尖；锥尖；2-O型密封圈；型密封圈；3-电阻丝片；电阻丝片；4-变形柱；变形柱；5-摩擦筒；摩擦筒；6-密封圈；密封圈；7-加强筒；加强筒；8-垫圈；垫圈；9-密封圈；密封圈；10-接头；接头；11-支座；支座；12-顶柱；顶柱；13-胶垫；胶垫；14-螺母螺母 2.2 2.2 仪器设备仪器设备 2 2 静力触探试验静力触探试验 l贯入装置贯入装置l探头探头 l量

42、测仪表量测仪表 l量测仪表量测仪表电阻应变仪（数字式）电阻应变仪（数字式）自动记录仪（电子电位差）自动记录仪（电子电位差） 数据采集仪（微电脑）数据采集仪（微电脑）2 2 静力触探试验静力触探试验 微电脑微电脑l无绳静力触探试验系统无绳静力触探试验系统（ GeoMil公司）公司） 无绳的静力触探探头和记录系统，包括静力触探无绳的静力触探探头和记录系统，包括静力触探探头、麦克风、深度记录装置、计算机接口箱、笔记探头、麦克风、深度记录装置、计算机接口箱、笔记本电脑和打印机。本电脑和打印机。 2 2 静力触探试验静力触探试验 探头数据探头数据 探杆探杆 麦克风麦克风 中控箱（声波信号转中控箱（声波信

43、号转换成数字信号）换成数字信号） 电脑电脑声波声波n 利用无线电波将利用无线电波将数据从探头传送到数据从探头传送到地面地面n 无线电波从钻杆无线电波从钻杆中的孔洞传播中的孔洞传播n 数据容量大约是数据容量大约是基于无电缆声波传基于无电缆声波传输的输的1000倍倍n 还可以完成无电还可以完成无电缆的缆的 试验或者传输试验或者传输安装在探头上的摄安装在探头上的摄像头所拍摄的图片像头所拍摄的图片 2.3 2.3 静力触探试验原理静力触探试验原理 &探头的工作原理探头的工作原理 主要采用电阻应变式测试技术，应用虎克定律、电阻定律主要采用电阻应变式测试技术，应用虎克定律、电阻定律和电桥原理。和电桥原理。

44、 其工作原理是其工作原理是地层阻力变化地层阻力变化空心柱变形空心柱变形电阻应变片变电阻应变片变形、电阻阻值变化形、电阻阻值变化电压变化电压变化量测仪表放大、显示、储存量测仪表放大、显示、储存。2 2 静力触探试验静力触探试验 2.3 2.3 静力触探试验原理静力触探试验原理 &试验的贯入机理试验的贯入机理 破坏机理与探头的几何形状、土类和贯入深度有关。破坏机理与探头的几何形状、土类和贯入深度有关。当探头上端等径当探头上端等径（标准探头）时，在松砂中贯入为刺入破坏，探头阻力取决于土的压缩性；（标准探头）时，在松砂中贯入为刺入破坏，探头阻力取决于土的压缩性；而在一般土和较密实的砂土中，小于而在一般

45、土和较密实的砂土中，小于“临界深度临界深度”时，以剪切破坏为主，达时，以剪切破坏为主，达到到“临界深度临界深度”以后，由于土的侧向约束应力增大，土中一般不会出现整体以后，由于土的侧向约束应力增大，土中一般不会出现整体剪切破坏，探头下的土体强烈压缩，有时甚至发生土粒压碎，并发生局部剪剪切破坏，探头下的土体强烈压缩，有时甚至发生土粒压碎，并发生局部剪切。切。 圆锥探头在贯入时，在土周围及底部土中会形成一定的扰动区。圆锥探头在贯入时，在土周围及底部土中会形成一定的扰动区。在软粘在软粘土中土体的扰动使强度降低；在松砂中土体的扰动使土被挤压密实，强度反土中土体的扰动使强度降低；在松砂中土体的扰动使土被挤

46、压密实，强度反而提高；在密实砂中砂粒甚至被压碎。而提高；在密实砂中砂粒甚至被压碎。2 2 静力触探试验静力触探试验 2.4 2.4 试验技术要求试验技术要求 圆锥探头锥底截面积应采用圆锥探头锥底截面积应采用10cm2或或15cm2，单桥探头侧壁，单桥探头侧壁高度应分别采用高度应分别采用57mm或或70mm，双桥探头侧壁面积应采用，双桥探头侧壁面积应采用150300cm2，锥尖锥角应为，锥尖锥角应为60； 探头应匀速垂直压入土中，贯入速率为探头应匀速垂直压入土中，贯入速率为1.2m/min； 探头测力传感器应连同仪器、电缆定期标定，探头标定测力探头测力传感器应连同仪器、电缆定期标定，探头标定测力

47、传感器的非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度漂移、归传感器的非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度漂移、归零误差均应小于零误差均应小于1FS（满量程读数）（满量程读数），现场试验归零误差应小，现场试验归零误差应小于于3，绝缘电阻不小于，绝缘电阻不小于 500M； 深度记录的误差不应大于触探深度的深度记录的误差不应大于触探深度的1； 当贯入深度达到当贯入深度达到30m，或穿过厚层软土后再贯入硬土层时，或穿过厚层软土后再贯入硬土层时，应采取措施防止孔斜或断杆，也可配置孔斜探头，量测触探孔应采取措施防止孔斜或断杆，也可配置孔斜探头，量测触探孔的偏斜角，校正土层界线的深度。的偏斜角，校正土层界线的深

48、度。2 2 静力触探试验静力触探试验 2.5 2.5 试验资料整理试验资料整理 2.5.1 原始资料的整理原始资料的整理v电阻应变仪的原始资料整理电阻应变仪的原始资料整理 （1）初读数修正）初读数修正 应变量（应变量（）= 应变仪读数（应变仪读数（） 应变仪初读数（应变仪初读数（0）0的变化主要有温度变化引起，每隔一定深度测记一次的变化主要有温度变化引起，每隔一定深度测记一次0。 （2）贯入阻力的计算）贯入阻力的计算 ps = kpp q c= kqq fs = kff kp、kq、kf分别为分别为ps、qc、fs传感器的标定系数；传感器的标定系数； p、q、f分别为分别为ps、qc、fs传感

49、器的应变量或输出电压。传感器的应变量或输出电压。 （3）摩阻比的计算）摩阻比的计算 摩阻比摩阻比Rf是同深度的是同深度的fs与与qc之比，以百分数表示：之比，以百分数表示：2 2 静力触探试验静力触探试验 %100csfqfR 2.5.2 绘制与分层绘制与分层 绘制静力触探曲线（绘制静力触探曲线（ps-h、qc-h、fs -h、Rf-h），然后结合勘探资料或），然后结合勘探资料或地区资料，对地基土层进行分层和连线。地区资料，对地基土层进行分层和连线。 绘制曲线：绘制曲线：h方向比例尺为方向比例尺为1：100或或1：200；ps或或qc用用1cm代表代表0.5、1、2Mpa；fs用用1cm代表代

50、表5、10、20kpa；Rf用用1cm代表代表1%或或2%。 分层方法：分层方法：用静力触探试验分层是一种力学分层方法，分层应先考虑静用静力触探试验分层是一种力学分层方法，分层应先考虑静探曲线形态的变化趋势，以探曲线形态的变化趋势，以qc为主，结合为主，结合Rf和地区经验进行分层。和地区经验进行分层。 分层界线：分层界线：触探头从一土层进入另一土层时，曲线会出现一过渡段，即触探头从一土层进入另一土层时，曲线会出现一过渡段，即存在存在“超前超前”和和“滞后滞后”问题。如过渡段的土层厚度不大（问题。如过渡段的土层厚度不大（10-30cm），分），分层界线可选在过渡段的中点；如过渡段土层较厚，由软变

51、硬时将界线放在过层界线可选在过渡段的中点；如过渡段土层较厚，由软变硬时将界线放在过渡段的中下方，由硬变软时则将界线放在中上方，或将过渡段单独分层。渡段的中下方，由硬变软时则将界线放在中上方，或将过渡段单独分层。 计算单孔分层贯入指标：计算单孔分层贯入指标：对一般地层，单孔分层平均贯入阻力可用对一般地层，单孔分层平均贯入阻力可用算术算术平均法或面积法平均法或面积法计算。计算时，变层附近过渡段及较薄的贯入阻力峰谷值等计算。计算时，变层附近过渡段及较薄的贯入阻力峰谷值等不予考虑。不予考虑。2 2 静力触探试验静力触探试验 2.5.3 确定场地触探指标确定场地触探指标 场地勘察时，应给出场地场地勘察时

52、，应给出场地每一土层每一土层的触探指标，并以此进行地基评的触探指标，并以此进行地基评价。场地触探指标的选择要考虑勘察阶段、场地复杂程度、工程重价。场地触探指标的选择要考虑勘察阶段、场地复杂程度、工程重要性和指标分散程度等。要性和指标分散程度等。 在在详详勘阶段，对土质比较均匀，指标分散性较小或一般建筑物，可勘阶段，对土质比较均匀，指标分散性较小或一般建筑物，可用用加权平均值加权平均值作为场地触探指标。如统计比贯入阻力，则作为场地触探指标。如统计比贯入阻力，则 场地分层土的平均比贯入阻力；场地分层土的平均比贯入阻力； n参与统计的静探孔数；参与统计的静探孔数；j场地土的分层号；场地土的分层号；p

53、sij第第i孔第孔第j层层土的比贯入阻力；土的比贯入阻力；hij第第i孔第孔第j层土的厚度。层土的厚度。 在祥勘阶段，对土质不均匀，指标分散性较大或重要建筑物，一般在祥勘阶段，对土质不均匀，指标分散性较大或重要建筑物，一般采用最小平均值作为场地触探指标：采用最小平均值作为场地触探指标： 场地分层土的比贯入阻力最小平均值；场地分层土的比贯入阻力最小平均值； psmin场地参与统计静探孔中最小的分层贯入阻力。场地参与统计静探孔中最小的分层贯入阻力。2 2 静力触探试验静力触探试验 niijniijsijsjhhpp11sjp2minminssjjspppjspmin2.6 2.6 影响因素影响因素

54、 贯入速率贯入速率 一般情况下，贯入阻力随贯入速率的增加而增大，但在一定速率范围之一般情况下，贯入阻力随贯入速率的增加而增大，但在一定速率范围之内这种影响较小，标准贯入速率为内这种影响较小，标准贯入速率为1.2m/min，允许变化范围在，允许变化范围在25%之内。之内。 探头结构型式与尺寸探头结构型式与尺寸 主要是单、双桥探头的结构及双桥探头的几何形状和尺寸不同，影响贯主要是单、双桥探头的结构及双桥探头的几何形状和尺寸不同，影响贯入阻力值。对于双桥探头，侧壁摩擦筒长度增大，入阻力值。对于双桥探头，侧壁摩擦筒长度增大，qc增大，增大，fs减小；摩擦筒减小；摩擦筒与探杆外径小于探头底面直径时，测得

55、的与探杆外径小于探头底面直径时，测得的qc偏小。偏小。 随着探头底面积的增加，贯入阻力减小，但引起的尺寸效应不是很大。随着探头底面积的增加，贯入阻力减小，但引起的尺寸效应不是很大。 临界深度临界深度 开始贯入时，开始贯入时，qc和和fs随深度增加而增加，到一定深度后，随深度增加而增加，到一定深度后，qc和和fs均达到均达到极限值，不再增加或增加不明显，该深度即为极限值，不再增加或增加不明显，该深度即为临界深度临界深度。临界深度随土的密。临界深度随土的密实度和探头直径的增大而增大。一般情况下，实度和探头直径的增大而增大。一般情况下，fs的临界深度比的临界深度比qc的要小。的要小。2 2 静力触探

56、试验静力触探试验 孔隙水压力孔隙水压力 饱和土体中，探头在贯入时会引起土体中孔隙水压力的变化，超孔压的产生对饱和土体中，探头在贯入时会引起土体中孔隙水压力的变化，超孔压的产生对土强度和静探试验指标是有影响的，其影响程度因土的排水条件和贯入速率而异。土强度和静探试验指标是有影响的，其影响程度因土的排水条件和贯入速率而异。 一般认为，贯入速率一般认为，贯入速率20 mm/s还不是完全不排水条件；还不是完全不排水条件；5mm/s的贯入速率相当于排的贯入速率相当于排水条件；水条件；50 mm/s的贯入速率相当于不排水条件。的贯入速率相当于不排水条件。 温度的影响温度的影响 静力触探所用的传感器多属电阻

57、应变式的，温度的变化会产生电阻值的变化，静力触探所用的传感器多属电阻应变式的，温度的变化会产生电阻值的变化，进而产生零位漂移。产生温度变化的原因有：（进而产生零位漂移。产生温度变化的原因有：（1）标定时的温度与地温的差异；）标定时的温度与地温的差异；（2）量测时应变片通电时间过长，会产生电阻热；（）量测时应变片通电时间过长，会产生电阻热；（3）贯入过程中与土（特别是）贯入过程中与土（特别是砂）摩擦产生的热；（砂）摩擦产生的热；（4）传感器反复变形产生的应力热。）传感器反复变形产生的应力热。 探孔（探头）的偏斜探孔（探头）的偏斜 探孔或探头的偏斜会对试验结果造成两方面的影响：一是贯入探杆的长度无

58、法探孔或探头的偏斜会对试验结果造成两方面的影响：一是贯入探杆的长度无法反映实际贯入深度，分层界线不准，使土层变厚及埋深增大；二是探头的倾斜也会反映实际贯入深度，分层界线不准，使土层变厚及埋深增大；二是探头的倾斜也会使测得的土层阻力严重失真。使测得的土层阻力严重失真。 2 2 静力触探试验静力触探试验 2.7 2.7 试验成果应用试验成果应用（1） 划分土层、确定土的类划分土层、确定土的类别别 根据静探曲线的形态，根据静探曲线的形态，利用利用qc并结合并结合Rf，划分纯，划分纯净的砂层和厚层土的类别净的砂层和厚层土的类别较容易可靠。较容易可靠。 双桥探头可同时获得双桥探头可同时获得qc和和fs，

59、且不同土层的，且不同土层的qc和和Rf值很少一样，例如，值很少一样，例如，砂的砂的qc值一般很大，值一般很大，Rf通通常小于或等于常小于或等于1%；均质粘；均质粘性土性土qc一般较小，而一般较小，而Rf常常大于大于2%。2 2 静力触探试验静力触探试验 利用双桥静力触探结果判别土类利用双桥静力触探结果判别土类 （2）确定地基土的承载力特征值（）确定地基土的承载力特征值（fak） 主要利用经验公式来确定地基土的承载力特征值，不同地主要利用经验公式来确定地基土的承载力特征值，不同地区不同土类所采用的经验公式不一样。如西安地区的黄土所采用区不同土类所采用的经验公式不一样。如西安地区的黄土所采用的经验

60、公式有：的经验公式有： fak=87.8ps24 kPa （西安综勘）（西安综勘） fak=98ps19 kPa （西安一机勘）（西安一机勘） fak=80ps31 （kPa） （我校采用），采用双桥探头时，（我校采用），采用双桥探头时，用公式用公式ps =qc+6.41fs 将将qc和和fs换算成换算成ps。2 2 静力触探试验静力触探试验 （3）估算单桩的承载力）估算单桩的承载力 建筑桩基设计技术规范建筑桩基设计技术规范（JGJ94-2008）规定，对于）规定，对于一级建筑物，单桩竖向极限承载力标准值应采用现场载荷试一级建筑物，单桩竖向极限承载力标准值应采用现场载荷试验，并结合静力触探、标