地质原位测试

1、绪论原位测试;就是在土原来所处的位置基本保持土的天然结构，天然含水量和天然应力状态测定土的性能方法。原位测试的优缺点;与一般试验方法比较具有以下优点可在拟建工程场地进行测试，不用取样。原位测试涉及的土体积比室内试验样品要大得多，因而更能反映土的宏观结构对土的性质影响。很多土原位测试技术方法可连续进行，可得到完整土层剖面及物理力学性质指标。土的原位测试，一般具有快速经济优点。土的原位测试缺点:原位测试技术发展历史较短,对测试机理及应用的研究都有待于进一步深入.难于控制测试中的边界条件，如排水条件，应力条件.目前为止，土的原位测试技术所测出数据和土的工程性质关系仍建立在大量统计经验关系之上。第一章

2、静力荷载试验概念：在现场保持地基土天然状态和模拟建筑物的荷载条件下，通过一定面积的承压板向地基施加竖向荷载，观察研究地基土变形和强度规律的一种原位试验。载荷试验基本理论体现在三方面：直线变形阶段：压密阶段，压力小于比例界限PO,PS为直线关系。剪切变形阶段：当压力POVPiVPu（极限），PS呈曲线关系，除土体压密外，还有局部剪切破坏。破坏阶段：压力PiPu，即使压力增加极小沉降急剧增加。载荷试验技术要求：试验位置选择：依据场地均匀性，结合上部工程要求，选择有代表性地点。试坑宽度：为承压板直径45倍，至少3倍，以满足半空间表面受荷边界条件。3加荷等级：第一级施加荷载（包括设备重量）宜接近于挖除

3、土的自重。此后每级加荷重量与土的力学强度有关，一般为预估极限承载力1/81/10。一般软粘土每级加荷增量为0.10.25kg/cm稳定标准：时间间隔：第一个30分钟之内，每10分钟观测沉降一次，第二个30分钟每15分钟观测一次，以后每30分钟观测一次。沉降相对稳定标准:连续四次观测沉降量，每小时累计不大于0.1mm方可施加下一次荷载。5试验终止条件：加荷到设计承载力2倍即可终止试验。从积累经验出发，加荷到破坏荷载为好。出现下列现象可认为已达到极限条件：承压板周围土面出现明显裂缝并隆起24小时沉降速度无减小趋势或加荷后沉降急剧增加。总沉降已达承压板直径或宽度1/12。6应在现场随时绘制PS曲线，

4、lgplgs曲线以便及时掌握试验进程。试验资料应用：确定地基土的承载力：1：强度控制法:以比例界限p0作为地基土承载力.适用于硬塑坚硬粘性土.粉土.碎石土。PS曲线上有明显直线段，采用直线段终点对应压力为比例界限点p0。PS曲线上无明显直线段:a:某级荷载下沉降增量超过前一级荷载增量2倍：Sn2ASn-1的点对应压力为比例界限点p0。b:绘lgplgs曲线，曲线转折点对应压力为比例界限点p0.c:绘ps/p曲线，曲线转折点对应压力即为比例界限点pO。计算地基变形模量：比例界限点清楚,PS呈直线关系E0二(1-卩)E0:土的变形模量(MPa)“:土的泊松比，碎石土0.25，砂土和粉土0.30,粉

5、质粘土0.35,粘土0.42p:承压板上总荷载(kN)s:与荷载P相应的沉降量(cm)d:承压板直径(cm)对园滑型，不规则型PS曲线，仍采用同样公式,SP的选择非常重要：粘性土:S=0.02B所对应总荷载P砂土:S=0.015B所对应总荷载P2相对沉降控制法：根据沉降量和承压板宽度s/b确定：对一般粘性土，粉土宜采用相对沉降量s/bW0.02所对应压力为地基承载力。对砂土宜采用s/b=0.010.015所对应压力为地基承载力。3：极限荷载法：PS曲线上比例界限点出现后，土体很快达到极限荷载，即p0与pu接近:fk=pu/fs(fs=23)例界限p0与pu不接近:fk=p0+(pu-p0)/f

6、s通过控制沉降量给出P0.02，P0.015等值再用Pu/fs,fs=23，从中取小值为容许承载力。第二章动力触探1动力触探(DPT):利用一定落锤的能量，将一定尺寸，一定形状的探头打入土中，根据打入的难易程度(可用贯入度；锤击数或探头单位面积贯入阻力)来判断土层性质的一种原位测试方法。将探头换为标准贯入器，则称为标准贯入试验。2适用范围：轻型：粘性土；粉土；粉砂；重型：粘土；粉质粘土；粉砂；粉土砂土；碎石土；超重型：碎石土；标准贯入：淤泥及碎石土之外。类型轻型重型超重型落锤锤重(kg)100.263.50.51201落距(cm)5027621002探头直径(mm)407474锥角(0)606

7、060探杆直径(mm)25425060贯入指标深度（cm）301010锤击数N10N63.5N120三.重型动力触探的修正：1对于砂土，松散中密的园砾，卵石，触探深度在115.0m范围内，一般不考虑侧壁摩擦影响。2触探杆长度效正：当杆长大于2.0m按下式效正:修正后的锤击数长度修正系数：可查表心貞实测的锤击数（贯入H）地下水影响效正：对地下水位虑以下中粗砂，砂砾，园砾，考虑地下水对锤击数影响效正仏=13d+L0g经地下水影响效正后锤击数NJ经长度效正但未经地下水效正4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，将一定规格的对开管式的贯入器打入土中，记录打入30c

8、m的锤击数，并以此评价土的工程性质的原位试验。试验要点:与钻探配合进行，先钻到需要进行试验土层标高以上约15cm,清孔后换用标准贯入器，并量得深度尺寸。以1530击/min贯入速率将贯入器打入试验土层中，先打15cm不记击数，继续贯入30cm，记录锤击数，若贯入击数较大，也可记录小于30cm的锤击数，按下式换算成贯入30cm锤击数N。N=30n/s拔出贯入器，取出贯入器中土样进行编录及鉴别。若需进行下一深度贯入实验，重复上述步骤,一般每1.01.5m进行一次。若不能保证孔壁稳定，可用泥浆或套管护壁影响因素及效正:触探杆长度影响:当用标贯击数查表确定承载力及指标应对锤击数进行触探杆长度效正。地下

9、水影响：对于有效粒d10在0.10.05mm范围内饱和粉细砂，其密度大于某一临界密度时，贯入阻力将会偏大（透水性小，标贯产生孔隙水压力使N偏大）相应于此临界密度锤击数为15击，当贯入击数15击时，可用下式修正+15）未经效正击数：&杆长修正系数土的自重压力影响：依据室内试验，砂土自重压力对标贯试验有很大影响，表现在同样标贯击数不同深度砂土，相对密度可能不同，主要是砂土自重应力影响N击数在评价砂土液化时建议采用下式修正：心效1F.为相当于白重压力等于畑如（用）的标准贯入试验锤击数巧：实测处砂土有效上覆压力（畑口）修正系数第三章静力触探一静力触探（CPT）概念:用静力将探头以一定的速率压入土中,利

10、用探头内力的传感器,通过电子量测仪器将探头受到贯入阻力记录下来,由于贯入阻力与土层性质有关,因此通过贯入阻力变化情况,达到了解土层工程性质目的.探头的工作原理工作原理：静力触探就是通过探头传感器实现一系列量的转换：土的强度一土的阻力一传感器应变一电阻变化一电压变化及输出一电子仪器放大器记录下来一测定土的强度指标实现上述目的需运用三个方面原理材料弹性变形虎克定律：电量变化电阻率定律：电桥原理：成果的整理及应用：成果整理：读数处理：占丄的一”E:应变印探头压入时读数侶塚初读数的贯入阻力计算p、一aEg竝他两标定系数一（沟栩/皿）鱼二旳弋g号应变冒摩阻比计算：以百分比表示各对应深度侧壁摩阻力与锥头阻

11、力比值。n=厶X100%划分土层标准：静力触探主要测定土的比贯入阻力，但是比贯入阻力即使是同一土层也不完全一致，有一个变化范围：1RV3范围土0.10.3土0.30.5土0.51.0第四章十字板剪切试验一十字板剪切试验（VST）它是一种通过对插入地基土中的规定形状和尺寸的十字板头施加扭矩，使十字板头在土体中等速扭转形成圆柱状破坏面，经过换算评定地基土不排水抗剪强度的现场试验。试验方法及技术要求：用回转钻开孔，并用旋转法下套管至预定试验深度以上35倍套管直径。将十字板头，离合器，轴杆与试验钻杆逐节接好后下入孔内，使十字板头离合器咬合装上底座及测力装置试验开始读秒：以每10秒一度速度旋转，使最大扭

12、力值在1分钟达到，每转一度测记钢环变形一次,直到土体剪损，继续读数1min,此时峰值或稳定值百分表读数为原状土剪切破坏时总作用力Ry。拔下连接导杆与测力装置的特制键，套上摇把连续转动导杆，使土体完全破坏，按4步骤测定扰动土的总作用Rc。轴杆与十字板头离合器分离，按以上步骤测定机械阻力Rg。三试验原理十字板剪切试验的原理：通过施加扭力矩使插入土层试验深度的十字板头转动，将土体剪损，测出土体抵抗剪损的最大力矩，由力矩平衡条件计算出土体的不排水强度值（假定=0），在计算过程中作如下几点假设：（1）旋转十字板头在土体中形成圆柱状剪损面，剪损面高度和直径与十字板头高度和直径相同；（2）剪损面上各点抗剪强

13、度相等；（3）剪损面上各处强度同时发挥作用，同时达到极限状态。在假定的条件下，可以根据施加板头上的最大扭力矩M等于圆柱状顶底面和侧面上土体抵抗力矩之和，计算出土体的抗剪强度：所以：四十字板剪切试验的适用条件及特点（1）十字板剪切试验一般只适用于测定SW10,固结系数C500se稳定岩石,密实的碎石土中硬土250VV200kpa粘土、粉土、坚硬黄土中软土140VV250se稍密砾粗中砂除松散外细粉砂，fkV200kpa粘130kpa填土、可塑黄土。软弱土V140se淤泥、淤泥质土，松散砂,新近沉积粘土、fk500se0250VV5140VV250se50V804.计算场地的卓越周期:地震波在土层

14、中传播时,经过不同性质界面的多次反射,将出现不同周期的地震波,若某一周期的地震波与地表土层固有周期相近时,由于共震作用,这种地震波振幅得到放大,此周期称为卓越周期.斥场地卓越周期（.$）叩第层土层厚度n:土层的层数第七章扁铲侧胀试验一扁铲侧胀试验（简称DMT）:最早由意大利人马尔歇蒂创立的一种原位测试方法。尽管这种新型试验设备从生产到如今时间不长，但它以设备经济、操作简单、实验结果的重复性好、兼自钻式旁压与静力触探于一体从而获得更多岩土特性参数等优点，很快获得国际岩土工程界关注，并在全球四十多个国家广泛应用。二其工程应用在如下几个方向：1.土层划分及定名估计土的应力历史3计算土的静止侧压力系数

15、k和侧向基床系数计算土的不排水强度三试验基本原理一、概述扁铲侧胀试验中扁铲探头是一个具有特定规格的不锈钢钢板，在扁铲的一侧安装了一圆形钢磨片。并通过一条穿过探杆的气电管路与地表的测控箱连接，气电管路用以传输气压和传递电信号。测控箱通过气压管和一个气源相连，以提供气压使膜片膨胀。试验由贯人扁铲探头开始，在贯入至某一深度后暂停，使用测控箱操作使膜片充气膨胀，在充气鼓胀过程中得到如下两个读数：A读数：膜片鼓胀距离基座0.05mm时的气压值；B读数：膜片鼓胀距离基座1.10mm时的气压值。在到达B点之后，通过测控箱上的气压调控器释放气压，使膜片缓慢回缩到距离基座0.05mm时，此时的气压值记为C读数然

16、后，探头继续往下贯人至下一试验深度。在每一试验深度都重复上述试验过程，读取A、B的读数，在需要的时候测记C读数二、试验原理：2r1-kE扁铲试验时，整个膨胀过程中膜片的变形量较小，因而可将其视为弹性变形过程。膜片的向外鼓胀可假设为在无限弹性介质内部，在圆形膜片面积上施加均布荷载如。如果弹性介质的弹性模量为E,泊松比为“，膜上任一点的位移量S为：式中：R.钢膜片的半径r.膜上任一点到膜片中心点的距离当r=0时，由式（6-1）可得膜片中心点的位移量S（0）按下式计算:E47?1-7T-:p-公式（6-3）中，R和S（0）分别为膜片的半径（30mm）和膜片中心的位移量（1.10mm）为已知值：而即为

17、膜片从基座鼓胀到基座1.10mm时的压力增量（pl-p）0因此，公式（6-3）表示压力增量与被测试土的性质直接相关。四、扁铲探头膜片的标定膜片的标定就是为了克服膜片本身的刚度对试验结果的影响，通过标定可以得到膜片的标定值AA、B，可用于对A、B、C读数进行修正。标定应在试验前和试验后各进行一次，并检查前后两次标定值的差别，以判断试验结果的可靠性0在大气压力下，因为膜表面本身有微小的向外的曲率，自由状态下膜片的位置处于A、B之间的某个位置（即介于距离基座0.05-1.10mm），如图8-9所示。AA是采用率定气压计通过对扁铲探头抽真空，使膜片从自由位置回缩到距离基座0.05mm（A位置）时所需的

18、压力（应该是吸力）；而AB是通过对扁铲探头充气，使膜片从自由位置到B位置时所需的气压力。F图为膜片在不同状态的位置1、标定过程标定时，应先关闭排气阀，膜片标定时各部分的布置如图所示。然后用率定气压计对扁铲探头抽气，膜片因受大气压作用，从自然位置移向基座，待蜂鸣器响（此时膜片离基座小于0.05mm）停止抽气；然后缓慢加压，直至蜂鸣器停止响声（膜片离基座为0.050.02mm）时候，记下测控箱上的读书，此时的读书即为M。该读数值为负值，但在记录时应记为正值，具体原因见后求解P0的分析。继AA读数后，继续对扁铲探头施加气压，直至蜂鸣器再次响起（膜片离基座为1.100.03mm）时的气压值即为Ab。0

19、樓地标定吋few出刑BE陌定附的似席獅汽囲二HE闊铲测云在标定过程中，抽气和加压均应缓慢进行，以获取比较准确的AA和AB值。下图为标定时的仪器布置图2AAAB数值的合理范围现场试验测定的A、B、C读数都需经AAAB修正，其数值对试验成果十分重要，所以要求AAAB值应在一定范围内。一般AA在5-25kPa之间，理想值为15kPa；AB在10-110kPa之间，理想值为40kPa。若不在该范围内，则此膜片不能用于扁铲侧胀试验，需要对膜片进行老化处理。3、膜片的老化处理无论什么时候采用新膜片时，都应对膜片进行老化处理。新膜片的标定值一般不在AAB的允许范围之内，通过老化处理可以得到稳定的AAB值。未

20、经老化的膜片在测试中其AaAb的值会出现变化，表现不稳定。一般地，膜片的老化处理采用人工时效的方法进行。利用标定气压计对新膜片缓慢加压至蜂鸣器响（B位置，膨胀1.100.03mm）时，记下AB的数值，连续数次，倘若AB均在允许适用的范围之内，不必再进行老化处理。若不在此范围内，加压至300kPa，蜂呜器响后，排气降压至零。用300kPa的气压循环老化几次，每一次从零开始，若老化几次后，AB的值达到允许范围，则停止老化。假如AB的值以300kPa压力老化处理后仍偏高，可以将压力增至350kPa进行循环老化，倘仍不生效，可以用50kPa作为一级递升重复老化，直到AB的值降到标定允许范围之内。通常施

21、加的加压小于600kPa,循环老化就可以使其达到要求，在空气中标定膜片，最大压力不应超过600kPa。第八章岩体变形试验岩体变形试验：指在一定荷载条件下,为研究岩体变形规律,测定工程中所需要的岩体变形特征指标（变形模量.弹性模量.泊松比.变形系数）而进行岩体现场试验.2.变形测试方法:静力法：千斤顶法.狭缝法.水压法；动力法:地震法.超声波法.声波法第九章岩体强度试验岩体强度测试:是指岩体的抗剪强度,即岩体抵抗剪切破坏的能力,它是岩体在任一法向应力作用下,剪切破坏时所能抵抗的最大剪应力值,称该剪切面在此法向应力下的抗剪强度.,由于这种方法考虑了岩体结构面影响,试验结果比较符合实际.岩体抗剪强度

22、试验方法分为三种:抗剪断试验；摩擦试验；抗切试验4.试验方法:平推法.斜推法第十章岩体声波测试一:声波测试：是一项比较新的测试技术,在工程岩体中被广泛应用,这种测试方法是以弹性波理论为基础,利用固体介质受到动荷载的瞬间冲击作用或反复振动作用,在固体介质内产生动态应力,从而引起动态应变,并以波的形式由震源向外传播,由于岩体中存在各种不连续地质界面,声波在这种介质中传播,其能量被吸收,岩性不同结构面性质不同,对声波传播及吸收也不同,利用这种原理测定岩石各种性能指标.用途:1.了解岩体物理状态,2.了解岩体力学性质指标,3.评价岩体质量.二:声波仪简介声波仪是用来测试声波传播速度及频谱的一种电子装置

23、,主要由三大部分组成:声波换能器:是一种转换能量形式的装置,声能与电能互相转换,主要元件是一种天然或人工的晶体或陶瓷.称为压电晶体,具有独特压电效应.声波接收机:起显示作用,是显示由接收换能器所收到岩体声波的机器,分数码显示.时标记时时标记时的接收机:从表面看像一台示波仪,从接收探头上传输电信号经放大整形以正弦波形式显示在波屏上,根据波初至点与启始信号之间光标长度来确定波在介质中传播时间,测试距离已知,可求传播速度.T=t（声波在介质中传播时间）+t0（在探头中时间，也称仪器系统走时）声波发射机:主要部件是振荡器,振荡器产生一定频率的电脉冲经放大后由探头转换为声波,且振荡器频率是可调,以取得各

24、种频率声波满足各种探测要求.三.声波测试主要用途:确定隧洞围岩松动圈范围,并计算山岩压力大小.山岩压力:由于围岩变形破坏形成松动岩体施加于隧洞之上的压力称为山岩压力.声波测井:查明钻孔所通过的各地层层位，断层破碎带，岩体破碎程度和分布范围.波速对岩体风化也有明显反应,并进行风化带划分.波速测井对裂隙发育程度作出定量评价.也可准确地测出软弱夹层埋深及厚度.利用声波测试进行工程围岩分类:主要利用六个弹性参数分类:1一岩怵飙波速度土(V岩体2一岩依完整性系熱k=丄二t2一岩依完整性系数：k3岩依不均匀性系数I”二4一岩依弹性模虽;5.窘石风化系数,斗未风化&岩石湿润系数:第十一章岩石点荷载试验一.概

25、况优点:可用小型轻便试验机，便于携带,随时在现场进行试验.利用不规则形状试样，无需进行机械加工，钻探芯样也好，开挖基岩块也好,都能进行试验.可对严重风化及低强度岩石进行试验.基本原理:通过两压点对试样施加集中荷载,直至试样破坏,通过计算求得试样点荷载强度指数,最后求出无侧限抗压强度及抗拉强度.二.试件尺寸应符合下列规定:试样形状和大小尽量保持相近,不能相差太大.采用岩芯作径向试验:试件长度与直径之比不应小于1.采用岩心作轴向试验:加荷两点间距与直径之比为0.31.0.方块或不规则块体:两加荷点间距为3050mm.加荷两点间距与加荷处平均宽度之比宜为0.31.0.试件长度不应小于加荷两点间距.同一含水状态下岩芯试样,每组510个,方块或不规则体试样为1520个.破坏面贯穿整个试件并通过两加荷点为有效试验.三点荷载强度指数的公式及各个参数的含义1.点荷载强度指数:一F_CFC:仪器标定系数一.F.压力表渎数(mpa)刀；：等效园直径，与岩祥破坏面面积相等的园面积直径(也用)2：确定