岩土工程勘察4.2载荷试验

第四章原位测试岩土工程勘察原位测试（In-SituTesting）：在岩土体原有的位置上，在保持岩土的天然结构、天然含水量以及天然应力状态条件下测定岩土性质称为原位测试。岩土体原位测试：一般指的是在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层一种土工勘察技术。概念根据不同测试方法（包括CPT、DPT、PLT、VST、SPT等）其应用可归纳为：土层土类划分；求天然地基承载力；测定土的物理力学性质指标；在桩基勘察中的应用；评价砂土和粉土的地震液化；求解土的固结系数、渗透系数及不排水抗剪强度等；检验压实填土的质量及强夯效果；进行浅基础的沉降计算；

原位试验的应用4.1载荷试验4一、载荷试验的定义

载荷试验是一项使用最早、应用最广泛的原位试验方法，保持地基土的天然状态下，在一定面积的刚性承压板上向地基土逐级施加加载，并观测每级荷载下地基土的变形，它是测定地基土的压力与变形特性的一种原味测试方法。

测试所反映的是承压板下1.5-2.0倍承压板直径或宽度范围内，地基土强度、变形的综合症状。

二、荷载试验的分类

根据承压板的形式和设置深度不同，可以将试验分成三种：

1.浅层平板载荷试验，适用于浅层地基土；（本节）

2.深层平板载荷试验，适用于埋深大于3m和地下水位以上的地基土；按深度：浅层深层按承压板形状：圆形方形螺旋形按载荷性质：静力和动力

3.螺旋板载荷试验，适用于深层地基或地下水位以下的地基土。三、载荷试验的目的

荷载试验可用于以下目的：（1）根据荷载－沉降关系线（p-s曲线），确定地基土的承载力；p-s曲线上的比例界限压力、极限压力，可以为评定地基土的承载力提供依据。（2）计算土的变形模量（排水或不排水的）；（3）估算地基土的不排水抗剪强度及极限填土高度；（4）确定地基土的基床反力系数。（5）估算地基土的固结系数。

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）－沉降（s）曲线（即p－s曲线）。典型的平板载荷试验p－s曲线可划分为三个阶段：

四、试验的基本原理

0P/kPaS/mmP—S曲线PcrPu1、直线变性阶段P≤Pcr2、剪切变形阶段Pcr＜P＜Pu3、破坏阶段Pu≤P（1）直线变形形阶段：：p－s曲线为直直线段（（线性关关系），，对应于于此段的的最大压压力p0，称为比比例界限限压力（（也称为为临塑压压力），，土体以以压缩变变形为主主。（2）剪切变形形阶段：：当压力超超过p0，但小于于极限压压力pu时，压缩缩变形所所占比例例逐渐减减少，而而剪切变变形逐渐渐增加，，p－s线由直线线变为曲曲线，曲曲线斜率率逐渐增增大。（3）破坏阶段段：当荷载大大于极限限压力pu时，即使使维持荷荷载不变变，沉降降也会急急剧增大大，始终终达不到到稳定标标准。用力学原原理进行行解释（（图2-2）：（土土力学））图2-2变形曲线线三阶段段及相应应地基破破坏情况况直线变形阶段受荷土体中中任意点点产生的的剪应力力小于土土体的抗抗剪强度度，土的的变形主主要由土土中空隙隙的压缩缩引起，，并随时时间趋于于稳定。。可以用用弹性理理论进行行分析。剪切变形阶段土体除了竖竖向压缩缩变形之之外，在在承压板板的边缘缘已有小小范围内内土体承承受的剪剪应力达达到或超超过了土土的抗剪剪强度，，并开始始向周围围土体发发展。此此阶段土土体的变变形主要要由压缩缩变形和和土粒剪剪切变形形共同引引起。可可以用弹弹塑性理理论进行行分析。。破坏阶段段即使荷载不再再增加，，承压板板仍会不不断下沉沉，土体体内部开开始形成成连续的的滑动面面，承压压板周围围土体面面上各点点的剪应应力均达达到或超超过土体体的抗剪剪强度。。平板静力力载荷试试验(PLT:plateloadtest)，在保持地基基土天然然状态下下，在挖挖至设计计的基础础置深度度的平整整坑底放放置一定定规格的的方形或或圆形承承压板在上上逐级施加荷载载，并观观测每级级荷载下下地基土土的变形形特性，，是模拟拟建筑物物基础工工作条件件的一种种测试方方法。。五、试验验设备平板载荷荷试验的的常用设设备包括括四部分分：（1）承压板板（（2）加荷系系统（（3）反力系系统（（4）量测系系统（1）承压板板承压板的的功能类类似于建建筑物的的基础，，所施加加的荷载载通过承承压板传传递给地地基土。。（2）加荷系系统一般可分分为千斤斤顶加载载装置和和重物加加载装置置。重物加载载装置是是将已知知重量的的钢锭、、混凝土土块等按按试验加加载计划划依次放放在加载载平台上上，达到到对地基基土分级级加载的的目的。。（不需需要反力力装置支支撑）。。千斤顶加加载方式式需要反反力装置置配合，，一般采采用油压压式。加加载方式式又由以以下部件件组成：：主机、、千斤顶顶、位移移传感器器、加载载油泵、、压力传传感器、、百分表表等。（3）反力系系统常见的反反力系统统可以由由重物、、地锚或或重物与与地锚联联合联合合提供，，然后与与梁架组组合成稳稳定的反反力系统统。当在在岩体内内进行荷荷载试验验时，可可以利用用周围稳稳定的岩岩体提供供所需要要的反力力。（4）观测系系统主要指位位移（沉沉降）量量测系统统，包括括支撑柱柱、基准准梁、位位移测量量元件（（位移传传感器、、百分表表）及其其他附件件。具体体的支撑撑关系是是：位移移量测元元件固定定在基准准梁上，，基准梁梁架设在在支撑柱柱上，而而支撑柱柱要打设设在试坑坑内适当当位置。。坚硬岩土体内内载荷试试验反力力系统示示意图千斤顶荷载板1542713—桁架试验反力力装置19六、试验验要点1.试坑的尺寸寸及要求求：浅层层平板载载荷试验验的试坑坑宽度或直直径不应应小于承载板宽宽度或直直径的三三倍。试试坑底部部岩土应应避免扰扰动，保保持其原原状结构构和天然然湿度，，在承压压板下铺设不超过20mm的砂垫层并找平。。2.承载板的的尺寸：：载荷试试验宜采采用圆形刚性性承载板，，根据土土的软硬硬或岩体体裂隙密密度选用用合适的的尺寸；；对于浅浅层平板板试验，，承压板板面积不不应小于于0.25m2，当在软软土和粒粒径大的的填土上上进行试试验时，，承压板板尺寸不不应小于于0.5m2.3.加载方式式：慢速速法（常常用）、、快速法法、等沉沉降速率率法加载方式慢速法：：分级维维持荷载载沉降相相对稳定定法；快速法：：有地方方经验时时，分级级加荷沉沉降非稳稳定法。。加荷等级级的划分分为10～12级，不应应小于8级，最大大加载量量不应小小于地基基承载量量设计值值的2倍。沉降观测测慢速法：：每加一一级荷载载间隔5、5、10、10、15、15min测读一次沉降，以以后间隔隔30min测读一次次，连续续2h，且每小小时沉降降量不大大于0.1mm时可施加加下一级级荷载。。快速法：：每加一一级荷载载间隔15min测读一次次沉降，，每级荷荷载维持持2h可施加下下一级荷荷载。等沉降速率率法：控制制承压板以以一定的的沉降速速率沉降降，测读读与沉降降相应的的所施加加的荷载载，直到到试验达达到破坏坏状态。。（4）试验终终止条件件试验结束束标准：：一般认认为，当当出现下下列情况况之一时时，可认认为地基基已达破破坏阶段段，可终终止试验验：a．在荷载载不变条条件下，，24小时沉降降速率几几乎不变变或加速速发展（（不能达达到稳定定状态））；b．板周周围出现现隆起或或破坏性性裂缝；；c．相对沉降降量s/b（承压板板直径或或边长））超过0.06～0.08。六、试验验要点地基土载荷试试验要点点（8条）单桩竖向向抗压荷荷载试验验要点（（5条）平板载荷荷试验成果运用用确定地基基土的容容许承载载力确定地基基土变形形模量估算地基基土的不不排水强强度确定地基基土的基基床反力力系数估算砂土土地基实实际基础础的沉降降七、试验成果应用确定地基土的的容许承载力力（1）强度控制法法比例极限P0(临塑荷载Pcr)，适用于砂砂土、超固结粘土、砾石土、碎石土的的承载力。（2）以相对沉降降量为依据取s/b=0.02，即p0.02（3）极限荷载法法PUP-s曲线上的第二二个拐点对应应的荷载（4）极限载荷的的确定方法当荷载试验加加载至破坏荷荷载，则破坏坏荷载的前一一级荷载为极极限荷载Pu(5)地基承载力特特征值的确定确定地基土变变形模量浅层平板载荷荷试验适用于于地表浅层地地基、特别适适用于各种填填土、含碎石石的土类。由由于试验比较较简单、直观观，因此，多多年来应用广广泛。但是，，在应用时，，应对本方法法的下述局限限性给予充分分的关注：（1）平板载荷试试验的影响深深度范围不超超过两倍承压压板宽度（或或直径），故故只能了解地地表浅层地基基土的特性。。（2）承压板的尺尺寸比实际基基础小，在刚刚性承压板边边缘产生塑性性区的开展，，更易造成地地基的破坏，，使预估的承承载力偏低。。（3）载荷板试验验是在地表进进行的，没有有埋置深度所所存在的超载载，也会降