土工试验平板静载荷实验

1、自强、弘毅、求是、拓新 岩土工程试验与检测 平板静载荷试验 汇报人:江卫华 学生号:2015202100026自强、弘毅、求是、拓新 主要内容LOREMBLOREMA注意事项6影响因素及试验误差5试验成果的应用8试验成果整理7试验方法4试验设备与用途3基本原理2概述1自强、弘毅、求是、拓新 一概一概 述述 平板荷载试验是一项使用最早、应用最广泛的原位试验方法，该试验是在一定尺寸的刚性承压板上分级施加荷载，观测各级荷载作用下天然地基土随压力和变形的原位试验，它可用于：根据荷载-沉降关系线(曲线)确定地基力的承载力；设计土的变形模量；估算土的不排水抗剪强度及极限填土高度。 平板载荷试验可分为浅层平

2、板载荷试验、深层平板载荷试验。（1）浅层平板载荷试验适用于浅部地基土承压板下应力主要影响范围内承载力的确定。 这里所说板下应力主要影响范围与承压板直径或宽度有关，一般可认为其影响深度在3m内，且在地下水位上。（2）深层平板载荷试验适用于深部土层（包括软岩、极软岩）及大直径桩端土层在承压板下应力主要影响范围内承载力的确定。所谓深部一般是指埋深等于或大于3m,且在地下水位以下。 自强、弘毅、求是、拓新 二二 基本原理基本原理 在拟建建筑物场地上将一定尺寸和几何形状（圆形或方形）的刚性板，安放在被测的地基持力层上，逐级增加荷载，并测得每一级荷载下的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到荷载（p）

3、沉降（s）曲线（即ps曲线）。典型的平板载荷试验ps曲线可划分为三个阶段： （1）直线变形阶段：ps曲线为直线段（线性关系），对应于此段的最大压力p0，称为比例界限压力（也称为临塑压力），土体以压缩变形为主。（2）剪切变形阶段：当压力超过p0，但小于极限压力pu时，压缩变形所占比例逐渐减少，而剪切变形逐渐增加，ps线由直线变为曲线，曲线斜率逐渐增大。（3）破坏阶段：当荷载大于极限压力pu时，即使维持荷载不变，沉降也会急剧增大，始终达不到稳定标准。自强、弘毅、求是、拓新 二二 基本原理基本原理自强、弘毅、求是、拓新 直线变形阶段：受荷土体中任意点产生的剪应力小于土体的抗剪强度，土的变形主要由土中

4、空隙的压缩引起，并随时间趋于稳定。可以用弹性理论进行分析。 剪切变形阶段：土体除了竖向压缩变形之外，在承压板的边缘已有小范围内土体承受的剪应力达到或超过了土的抗剪强度，并开始向周围土体发展。此阶段土体的变形主要由压缩变形和土粒剪切变形共同引起。可以用弹塑性理论进行分析。 破坏阶段：即使荷载不再增加，承压板仍会不断下沉，土体内部开始形成连续的滑动面，承压板周围土体面上各点的剪应力均达到或超过土体的抗剪强度。 二二 基本原理基本原理自强、弘毅、求是、拓新 （1）一般地基土承载力设计的取值接近于比例界限。因此浅层平板载荷试验可按刚性平板作用于均质土各向同性半无限弹性介质表面，由弹性理论可得 载荷试验

5、的变形模量（无侧限）（kpa）； 刚性承压板形状系数，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，粉质黏土取0.38，黏土取0.42，不排水饱和粘性土取0.50； 承压板直径或边长（m）； 曲线线性段承压板下单位面积的压力（kpa）； 与对应的沉降量(mm)。sdPIE)1 (2000E0Idps二二 基本原理基本原理自强、弘毅、求是、拓新 （2）对于深层平板载荷试验，可按刚性圆形压板作用于均质土各向同性半无限弹性介质内部，由弹性理论可得式 与试验深度和土类有关的系数。 深度载荷试验计算 系数的取值sdPE0 土类d/z碎石土砂土粉土

6、粉质黏土黏土0.300.4770.4890.4910.5150.5240.250.4690.4800.4820.5060.5140.200.4600.4710.4740.4970.5050.150.4440.4540.4570.4790.4870.100.4350.4460.4480.4700.4780.050.4270.4370.4390.4610.4680.010.4180.4290.4310.4520.459二二 基本原理基本原理自强、弘毅、求是、拓新 平板载荷试验的常用设备包括四部分： （1）承压板 （2）加荷系统 （3）反力系统 （4）量测系统三三 试验设备与用途试验设备与用途自强、

7、弘毅、求是、拓新 各部分的主要功能：加荷系统控制并稳定加荷的大小，通过反力系统反作用于承压板，承压板将荷载均匀传递给地基土，地基土的变形由观测系统测定。 1）承压板的基本要求：u 材质要求：承压板可用混凝土、钢筋混凝土、钢板、铸铁板等制成，多以肋板加固的钢板为主。u 刚度要求：具有足够的刚度，不破损、不挠曲，压板底部光平，尺寸和传力重心准确，搬运和安置方便。u 形状要求：可加工成正方形或圆形，其中圆形压板受力条件较好，使用最多。三三 试验设备与用途试验设备与用途自强、弘毅、求是、拓新 2）承压板的尺寸：u对于浅层平板载荷试验，承压板尺寸不应小于0.25m2。u对均质密实的土，可采用0.1m2。

8、u对软土和人工填土，不应小于0.5m2，可以更大一些。u 对于深层平板载荷试验，宜选用0.5m2或直径80cm。u对于岩石地基，承压板面积可用0.070.1m2。u对于碎石类土，承压板直径或边长应大于碎石或卵石最大直径的10倍。、3）承压板试坑大小：u浅层平板载荷试验试坑的宽度至少应等于承压板边长或直径的3倍；u深层平板载荷试验试坑的宽度至少应等于承压板边长或直径。三三 试验设备与用途试验设备与用途自强、弘毅、求是、拓新 加荷系统：加荷系统是指通过承压板对地基施加荷载的装置，主要有：堆重加荷装置和千斤顶加荷装置两种。 1）堆重加荷装置 一般将砂袋、砌块、钢锭等重物，依次对称置放在加荷台上，逐级

9、加荷。加荷操作要细心，对称放置，不要偏压。此类装置费时费力且控制困难，但荷载稳定。三三 试验设备与用途试验设备与用途自强、弘毅、求是、拓新 2）千斤顶加荷装置 根据试验要求，采用不同规格的手动液压千斤顶加荷，并配备不同量程的压力表或测力计控制加荷值。千斤顶可采用一个或多个。要注意加荷稳定，避免冲击荷载。反力系统：反力系统： 除堆重加荷方外，其他加荷系统都必须与反力系统相配合。反力系统主要有：锚固式、撑壁式和平洞式三种。三三 试验设备与用途试验设备与用途自强、弘毅、求是、拓新 量测系统量测系统：量测系统包括：基准梁，位移计，磁性表座，油压表（测力环）。机械类位移计可采用百分表，其最小刻度0.01

10、mm，量程一般为530mm，为常用仪表。电子类位移计一般具有量程大、无人为读数误差等特点，可以实现自动记录和绘图。油压表一般为机械式，人工测读。三三 试验设备与用途试验设备与用途自强、弘毅、求是、拓新 （1）试验设备的安装a打地锚：一般4根或6根对称布置，应全部进入较硬的地层，以提供较大的反力。b挖试坑：大于承压板尺寸的3倍，并挖至试验深度。c放置承压板：在试坑中心位置，铺设厚度不超过20mm的砂垫层并找平，小心平放承压板，防止歪斜着地。 d加压系统的安装：以承压板为中心，从上至下在承压板上依次安装千斤顶、测力计和分力帽，使其重心保持在一条垂直直线上。 e反力系统的安装：通过连接件将次梁安装在

11、地锚上，以承压板为中心将主梁通过连接件安装在次梁下，形成完整的反力系统。 f量测元件的安装：打设支撑柱，安装基准梁，固定位移传感器、百分表，形成完整的位移沉降量测系统。 四四 试验方法试验方法自强、弘毅、求是、拓新 （2）操作步骤对于每一级荷载，其操作步骤均可分为4步：a加载操作：第一级加载应考虑设备的重量和挖掉土的自重，因此，要事先标定或计算预压荷载与相应油压表读数或测力计百分表读数之间的关系。b稳压操作：每级荷载下都必须保持稳压，在试验过程中由于某些原因会使荷载减小，必须随时观察油压表的读数，并通过千斤顶不断补压，使施加的荷载保持相对稳定。c沉降观测：按照试验沉降观测技术要求进行读数。d试

12、验记录：在试验过程中必须始终按照规定将每一级荷载观测数据记录在载荷试验记录表中。四四 试验方法试验方法自强、弘毅、求是、拓新 （3）加载方式及沉降观测 a慢速法：分级加荷按等荷载增量均衡施加，荷载增量按预估的极限荷载等分为1012级（不少于8级），或为临塑荷载的1/4或1/5。对每级荷载，自加荷开始按时间间隔5min、5 min、10 min、10 min、15 min、15 min 测读一次沉降，以后间隔30 min测读一次沉降，当连续2小时内每小时沉降量不超过0.1mm，或连续1小时内每30 min沉降量不超过0.05mm，可以认为沉降已达到稳定标准，可施加下一级荷载。 b快速法：分级加荷

13、等级与慢速法相同，但每一级荷载按间隔15min观测一次沉降，每级荷载持续2小时，即可施加下一级荷载。 c等沉降速率法：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，直到试验达到破坏状态。 四四 试验方法试验方法自强、弘毅、求是、拓新 （4）试验终止条件 试验结束标准：一般认为，当出现下列情况之一时，可认为地基已达破坏阶段，可终止试验：p1）承压板周围岩土出现明显侧向挤出现象，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展。p2）本级荷载的沉降量大于前一级荷载沉降量的5倍，荷载沉降(p-S)曲线出现明显陡降。p 3）在荷载不变条件下，24小时沉降速率几乎不变或加速发展（不能达到稳定状态）

14、；p4）浅层载荷试验的总沉降量S与承压板宽度b或直径d之比已大于0.060.08；深层载荷试验用S/d=0.04。p5）当达不到极限荷载时，最大压力已达到预期设计荷载的2倍或超过p-S曲线第一拐点至少三级荷载，其对应的前一级荷载即定位极限荷载。四四 试验方法试验方法自强、弘毅、求是、拓新 载荷试验的影响因素： 1）预压与荷载分级u 正式载荷试验之前的预置压力，应该等于承压板处的上覆土层的有效应力；预压小于该应力，可能低估极限承载力；预压大于该应力，可能高估极限承载力。u 按照最大加荷量的1/101/12进行分级，则不同的分级方式得到的极限承载力可能不同。2）加荷间歇时间与读数时间间隔u 加荷速

15、度的各级荷载之间时间间隔的长短、同一荷载不同读数时间间隔的长短等等都会对极限承载力有一定的影响。五五 影响因素与试验误差影响因素与试验误差自强、弘毅、求是、拓新 3）加荷方法与荷载稳定性u 通常快速法要比慢速发测得的地基承载力高u由于土层具有松弛特性，使得手工施加荷载时，荷载的稳定性较差，如果荷载变化大，则可能低估极限承载力。4）反力方式的影响u 不同的反力方式对试验结果也有一定的影响。如果锚桩或堆载支撑离承压板较近，可能使承压板附近土层受到扰动，从而使极限承载力降低。u 基准梁放置位置离承压板较近，则可能降低承压板上百分表的位移读数，从而增加极限承载力。五五 影响因素与试验误差影响因素与试验

16、误差自强、弘毅、求是、拓新 5）承压板刚度的影响压板的刚度会对地基反力的分布产生显著的影响。当压板的刚度有限时，在中心荷载的作用下，基底压力视压板刚度而又不同的分布特征。6）承压板的尺寸效应n 承压板的尺寸一般较小，其影响深度也是有限的。一般认为，平板载荷试验只能反映2倍压板宽度的深度以内的土性。所以，压板试验的压板尺寸也不宜过小。特别是当场地内含有软弱下卧层时。n 由试验得出的ps曲线具有模型试验的特征，决不能代表基础的荷载与沉降之间的关系，所求得的变形模量也决不能盲目地用于整个压缩层。五五 影响因素与试验误差影响因素与试验误差自强、弘毅、求是、拓新 注意事项：1）仪器安装一定要仔细，千斤顶

17、、测力计、承压板等一定要在一条轴线上；2）加压时一定要均匀，避免用力过猛。加压过程中要随时观察，有无倾斜过大、地锚拔出等现象；3）不要超负荷加压，以免损坏仪器。有问题应及时找指导老师解决；4）注意实验过程中的安全。六六 注意事项注意事项自强、弘毅、求是、拓新 试验资料整理是试验结束后最重要的一项工作，其中沉降观测记录是最重要的原始资料，不仅记录了沉降，还记录了荷载等级和其他与荷载试验相关的信息，如承压板形状、尺寸、荷载点试验深度、土性等等。1）原始数据的计算复核对位于承压板上百分表的现场记录读数，求取其平均值，计算出各级荷载下各观测时间的累计沉降量，对于监测地面位移的百分表，分别计算出各地面百

18、分表的累计升降量。经确认无误后，可以绘制所需要的各种实测曲线，供进一步分析之用。2）异常数据处理 所谓异常数据是指背离这一规律性的数据。在资料分析阶段发现个别点据异常时，只要不对结果的判释有太大的影响，可以将其舍去。 七七 试验成果整理试验成果整理 自强、弘毅、求是、拓新 若测试中的异常点过多，则该次试验为不合格，应重新进行试验。3）绘制曲线 包括分级累加荷载p-s曲线（荷载沉降曲线）、每一级荷载下的st曲线。p-s曲线 七七 试验成果整理试验成果整理 自强、弘毅、求是、拓新 4）p-s曲线的修正 图解法 如果开始的一些观测点基本在一条直线上，只是不通过原点，表明试验存在一定的系统误差。可将曲

19、线上的各点沿s轴进行坐标平移s0，使它通过原点即可。如图 最小二乘拟合法 对于有明显直线段和拐点的p-s曲线，可以通过最小二乘法拟合出最佳回归直线方程式。 七七 试验成果整理试验成果整理 自强、弘毅、求是、拓新 5）比例界限p0的确定比例界限p0的确定方法有以下几种：（1）当p-s曲线上有较明显的直线段和拐点时，直接取直线段的终点为比例界限压力p0，并取该比例界限压力所对应的荷载作为地基土的承载力特征值。（2）当p-s曲线上无明显直线段时，可用下述方法确定：a在某一荷载下，其沉降量超过前一级荷载下沉降量的2倍，即sn2sn-1的点所对应的压力即为比例界限。b绘制lgp-lgs曲线，曲线上的转折

20、点所对应的压力即为比例界限。c绘制p-s/p曲线，曲线上的转折点所对应的压力即为比例界限。 七七 试验成果整理试验成果整理 自强、弘毅、求是、拓新 6）极限荷载pu的确定极限荷载pu的确定方法有以下几种：a当载荷试验加载至破坏荷载，则取破坏荷载的前一级荷载为极限荷载pu。b当试验未做到破坏荷载，则可取外插法确定其极限荷载，作图步骤如图 七七 试验成果整理试验成果整理 自强、弘毅、求是、拓新 1、地基土承载力确定 （1）拐点法 比例界限P0作为地基承载力的标准值或特征值。 （2）极限荷载法 PU2P0，极限荷载的一半作为地基承载力特征值。 （3）相对沉降法 对于缓变曲线，s/b为一定值时所对应的荷载为地基承载力特征值。承压板面积为0.25-0.50m2，砂土取s/b=0.