第114讲第十九章第七节岩土工程勘察及第八节原位测试技术

第七节岩土工程勘察岩土工程勘察是工程建设的前期工作。它是运用地质、工程地质及有关学科的理论知识和各种技术方法，在建设场地及其附近进行研究，查明建筑场地的工程地质条件，分析存在的问题，作出岩土工程评价，为工程建筑的规划、设计、施工及运行提供可靠的依据。以保证建筑物的安全稳定、经济合理和正常使用。一、勘察分级按《勘察规范》规定，岩土工程勘察的等级，是由工程重要性等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级三项因素决定的。首先应分别对三项因素进行分级，在此基础上进行综合分析，以确定岩土工程勘察的等级划分。（一）工程重要性等级根据工程规模和特征，以及由于岩土工程问题造成工程破坏或影响程重要性等级划分为三级（见表19-19）。工程重要性等级表19-19后果工程类型等级很严重重要工程三级4一般工程正常使用的后果，将工等级一级后果工程类型不严重次要工程二级严重（二）场地场地复杂程度是由建筑抗震稳定性、不良地下水五个条件衡量，也划分为三个等级(见表复杂程度等级地质现象发育情况、地质环境形地貌条件和19-20)。（三）地基复杂程度等级地基复杂程度也划分为三个等级：1．一级地基符合下列条件之一者为一级地基（复杂地基）：(1)岩土种类多，很不均匀，性质变化大，需特殊处理；(2)严重湿陷、膨胀、盐渍、污染的，以及其他情况复杂，需作特殊处理的岩土（多年冻土属勘察经验不足应列为一级地基）。2．二级地基符合下列条件之一者为二级地基（中等复杂地基）：(1)岩土种类多，性质变化较大，地下水对工程有不利影响；(2)除上述规定以外的特殊性岩土。3．三级地基符合下列条件者为三级地基（简单地基）：(1)岩土种类单一、均匀、性质变化不大；(2)无特殊性岩土。（四）岩土工程勘察等级综合上述三项因素的分级，即可划分岩土工程勘察的等级：甲级在工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级中，有一项或多项为一级；乙级除勘察等级为甲级和丙级以外的勘察项目；丙级工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级均为三级。注：建筑在岩质地基上的一级工程，当场地复杂程度等级和地基复杂程度等级均为三级时，岩土工程勘察等级可定为乙级。二、各类岩土工程勘察基本要求岩土工程勘察的基本任务，是为工程的设计施工，料和必要的技术参数，对有关的岩土问题作出评价，以保证以及岩土体治理加固等，提供地质资工程设计工作的完成和顺利施工。岩土工程勘察阶段与设计阶段对于场地条件复杂进行详细勘察。下面介绍对各类岩土工程勘察的基本要求。划分一致，一般有可行性研究勘察、初步勘察和详细勘察三个阶段。或有特殊要求的工程，宜进行施工勘察。在某些情况下，也可合并勘察阶段，或直接（一）房屋建筑和构筑物房屋建筑和构筑物的岩土工程勘察，应在搜集建筑物上部荷载、功能特点、结构类型、基础形式、埋置深度和变形限制等方面资料的基础上进行。其主要工作内容应符合下列规定：(1)查明场地和地基的稳定性、地层结构、持力层和下卧层的工程特性、土的应力历史和地下水条件以及不良地质作用等；(2)提供满足设计施工所需的岩土参数，确定地基承载力，预测地基变形性状；(3)提出地基基础、基坑支护、工程降水和地基处理设计与施工方案的建议；(4)提出对建筑物有影响的不良地质作用的防治方案建议；(5)对于抗震设防烈度等于或大于6度的（二）岸边本节适用于港口水工建筑物以及取水构筑物等的岩土工程勘察。应着重查明下列内容：(1)地貌特征和地貌单元交界复杂地层；场地，进行场地与地基的地震效应评。价工程工程、造船和修船处的(2)高灵敏软土、层状构造土、混合土等特殊土和(3)岸边滑坡、崩塌、冲刷、淤积、潜蚀、沙丘等不良地质作用。（三）边坡工程边坡工程勘察应(1)地貌形态，当存在滑坡、危岩和崩塌、、泥石流等不良地质作用时，应符合《勘察(2)岩土的类型、成因、工程特性，覆盖层厚度，基岩面的形态和坡度；体主要结构面的类型、产状、延展情况、闭合程度、充填物、充水状况、力学属性和组合关系，主要结构面与临空面关系，是否存在外倾结构面；(4)地下水的类型、水位、水压、水量、补给和动态变化，岩土的基本质量等级为V级岩体的分布和工程特性；查明下列内容：规范》的要求；(3)岩透水性、地下水的出露情况；(5)地区气象条件（特别是雨期、暴雨强度），汇水面积、坡面植被，地表水对坡面、坡脚的冲刷情况；(6)岩土的物理力学性质和软弱结构面的抗剪强度。（四）基坑工程本节主要适用于土质基坑的勘察。时应包括基坑工程勘察的程条件，初步判定开挖可能发生的问题和需要采取的支护措施；在详细勘察阶段，应(1)需进行基坑设计的工程，勘察内容。在初步勘察阶段，应根据岩土工针对基坑工程设计的要求进行勘察；在施工阶段，必要时尚应进行补充勘察。(2)基坑工程勘察的范围和深度，应根据场地条件和设计要求确定。勘察深度宜为开挖深度的2～3倍，在此深度内遇到坚硬黏性土、碎石土和岩层，可根据岩土类别和，支护设计要求减少深度。勘察的平面范围宜超出开挖边界外开挖深度的2～3倍。在深厚软土区，勘察深度和范围应适当扩大。(3)当场地水文地质条件复杂，在基坑开挖过程中需要对地下水进行治理（降水或隔渗）时，应进行专门水文地质勘察。(4)当基坑开挖可能产生流砂、流土、管涌等渗透性破坏时，应有针对性地进行勘察，分析评价其产生的可能性及对工程的影响。当基坑开挖过程中有渗流时，地下水的渗流作用宜通过渗流计算确定。（五）桩基础桩基岩土工程勘察应包括下列内容：(1)查明场地各层岩土的类型、深度、分布、工程特性和(2)当采用基岩作为桩的持力层时，应探明基岩的岩性、构造、岩面变化、风化程度，确定程度、完整程度和基本质量等级，判定有无洞穴、临空面、破碎岩体或软弱岩层；(3)查明水文地影响，判定水质对建筑材料的腐蚀性；(4)查明不良地质作用，可液化土层和特殊性岩土的分布及其对桩基的危害程度，并提出防治措施的建议；变化规律；其坚硬质条件，评价地下水对桩基设计和施工的(5)评价成桩可能性，论证桩的施工条件及其对环境的影响。（六）地基处理地基处理的岩土工程勘察应满足下列要求：(1)针对可能采用的地基处理方案，提供地基处理设计和施工(2)预测所选地基处理方法对环境和邻近建筑物的影响；(3)提出地基处理方案的建议；(4)当场地条件复杂且缺乏成功经验时应在施工设计参数和处理效果；所需的岩土特性参数；现场对拟选方案进行试验或对比试验，检验方案的(5)在地基处理施工期间，应进行施工质量和施工对周围环境和邻近工程设施影响的监测。三、勘探岩土工程勘探常用的方法主要有坑探、钻探及地球物理勘探三种类型。其主要任务是确切查明地表以下地质情况，为深部取样、现场试验、长期地质观测提供条件。（一）坑探坑探是由地表向深部挖掘坑槽或坑洞，供勘查人员直接观察地质现象或进行试验。常用的坑探工程有探槽、试坑、浅井、竖井（斜井）、平硐和石门（平巷）。其中前三种为轻型坑探工程，后三种为重型坑探工程。不同坑探工程的特点和适用条件，列于表19-21中。各种坑探工程的特点和适用条件表19-21名称特点适用条件在地表深度小于3～5m剥除地表层岩性，研究断长条形槽子层破碎带；探查残坡积层的厚度和物质、结构从地表向下，铅直的、深局部剥除覆土，覆土，揭露基岩，划分地探槽的揭露基岩；做载荷试验、渗水试验，试坑度小于3～5m的圆形或取原状土样方形小坑从地表向下，铅直的、深确定覆盖层及风化层的岩性及厚度，做载荷试验，浅井度5～15m的圆形或方形取原状土样井竖井形状浅与井相同，但深度了解覆盖层的厚度和性质，风化壳分带、软弱夹层（斜井）大于15m，有时需支护分布、断层破碎带及岩溶发育情况、滑坡体结构及滑舔面等，布置在地形较平缓、岩层又较缓倾的地段在地面有出口的水平坑调查斜坡地质结构，查明河谷地段的地层岩性、软平硐石门道，深度较大，有时需支弱夹层、破碎带、风化岩层等；做原位岩体力学试护验及地应力量测，取样；布置在地形较陡的山坡地段不出露地道，石门垂直岩了解河底地质结构，做试验等层走向，平巷平行岩层走面与竖井相连（平巷）的水平坑向【例19-33】为取得原状土样，可采用下列哪种方法：A.标准贯入器B．洛阳铲C．厚壁敞口取土器D．探槽中刻取块状土样解标准贯入器和洛阳铲取到的是扰动样，厚壁取土器取得的土样仍有一定的扰动。探槽中人工刻取土样可获得高质量的原状样。答案：D（二）钻探在岩土工程勘察中，钻探是最常用的一种勘探手段。1．岩土工程钻探要求(1)土层是岩土工程钻探的主要对象，应可靠地鉴定土层名称，准确判定分层深度，正确鉴别土层天然的结构、密度和湿度状态。(2)岩芯采取较高。一般岩石不应低于80%，破碎岩破碎带、滑坡的滑动带等地质体和地质现象，为保证获得率要求石不应低于65%。对工程建筑至关重要需重点查明的软弱夹层、断层较高的岩芯采取率，应采用相应的钻(3)钻孔水文地质观测和水文地质试验是岩土工程钻探的重要含水层并确定其水位（水头）和涌水量大小，掌握各含水层之间的水力联系，测定岩土的进方法。内容，借以了解岩土的含水性，发现渗透系数等。(4)在钻进过程中，为了研究岩土的工程性质，经常需要采取岩土样。2．常用钻探方法目前我国岩土工程钻探常用的钻探冲击钻探包括人力和机械两种类型。人力冲击钻探主要坚硬的岩层，而机械冲击钻探还可用于坚硬的岩层。回转钻探也包括人力和机械（硬合金、钢粒、金刚石）钻探率较高，孔壁整齐，钻孔弯曲小，孔深大，能钻任何角度的钻孔，便于工程地质坚硬岩层中钻进钻头磨损大，效率低。钢粒钻探，广泛应用于可钻性等级高的岩层，可取岩便于做工程地质试验，钻孔易弯曲，孔壁不太平整，钻孔角度不应小于75%，岩率较低。金刚石钻探，钻进效率高，钻好，弯曲度小，岩芯采取能钻进最坚硬的地层，机具设备较轻，消耗功率小，钻具磨损较少，钻进程序较简单，但它在较软和破碎裂隙发育地层中不适用，孔径较小，不便于做工程地质试验。冲击回转钻探适用于各种岩土层，钻进适应性强，但孔深较浅。振动钻探适用于黏性土、砂土、大块碎石土、卵、砾石层及风化基层，效率高，成本低，浅。方法有冲击钻探、回转钻探、振动钻探等。适用于黏性土、黄土、沙、砂卵石层及不太两种类型。其中硬合金钻探，岩芯采取试验岩芯、取样，但在芯、取样，芯采取孔质量率高，但孔深较冲击、固转、振动三者结合钻探，以各类土层为主，钻进适应性强，效率高，轻便，成本低，孔深较浅，结构较复杂。目前，国内岩土工程钻探正逐渐朝着全液压驱动、仪表控制和钻探与测试相结合的方向发展。（三）地球物理勘探地球物理勘探简称物探，它是用专门的仪器来探测各种地质体物理场的分布情况，对获取的数据及绘制的曲线进行分析解释，用于划分地层、判定地质构造、水文地质条件及各种不良地质现象的一种勘探方法。应用于岩土工程勘察中的物探，称为“工程物探”。物探是一种先进的勘探方法，勘探地质构造及测定地层各种物理参数等。但其成果有时具有方法或适当配合钻探工作，因此物探方法局限性。物探方法的种类较多，主要有直流电法、交流电法、地震勘探、磁法勘探、重力勘探、声波测量、放射性勘探、测井等，但在岩土工程勘察中运用最普遍的是电阻率法和地震勘探法等。四、取样的质土样质量实质上是土样的扰动问题。按照取样方法和目的，试样扰动程度划分为级，见表19-22。样质量等级表19-22试验内容不扰动土类定名、含水率、密度、强轻微扰动土类定名、含水率、密度显著扰动土类定名、含水率完全扰动土类定其优点是效率高、成本低、装备轻便，能从较大范围多解性，需要利用其他具有一定的样（一）土量等级《勘察规范》对四个等土试级别I扰动程度度试验、固结试验IIIIIIV名注：所谓不扰动，是指原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度和含水率变化很小，能满足试验各项要求。由于目前在实际工程中不大可能对所取土能对采取某一级别的土样所必须使用的器具和操作方法作出规定。另外，还需考虑土层操作水平和地区经验来进行判断所取土样是否达到质量要求。（二）钻孔取土器及其适用条件样的扰动程度作详细的研究和定量的评价，只特点、1．贯入式取土器贯入式取土器取样时，采用击入或压人的方法将取土器贯入士中。这类取土器又可分为敞口取土器和活塞取土器两类。敞口取土器按取样管壁厚度分为厚壁、薄壁和束节式三种，活塞取土器又有固定活塞、水压固定活塞、自由活塞等几种。贯入式取土器一般适用于采取相对较软的均匀细粒土。2．回转式取土器回转式取土器的基本结构与岩芯钻探的双层岩芯管相同，分为单动和双动两类。回转式取土器可采取较坚硬、密实的土类以至软岩的样品。单动型取土器适用于软塑～坚硬状态的黏性土和粉土、粉细砂土，土样质量1～2级。双动型取土器适用于硬塑～坚硬状态的黏性土、中砂、粗砂、砾砂、碎石土质量亦为1～2级。及软岩，土样目前我国主要使用贯入式取土器。（三）取样要求(1)到达预计取样位置后，要仔细清除孔底浮土。孔底允许残留浮需注意不致扰动待取样的土层。(2)下放取土器必须平稳，避免侧刮孔壁。取土器进入孔时底应轻放，以避免撞击孔底而扰动土层。力求快速连续，最好采用静压方式。如采用锤击法，应做到重锤少击，且应有导向装置，以避免锤击时摇晃。饱和粉、细砂土和必须采用静压法取样。满取土器后，在提升取土器前应旋转2～3圈，也可静置约10min，以使土样根部与母体顺利分离，减少逃土的可能性。提升时要平稳，切忌陡然升降或碰撞孔壁，以免失落土样。以上是贯入式取土器取样的回转式取土器的操作要求与之有很大不同，在此不再叙述。五、土工参数的统计分体的非均质性和各向异性以及参数测定方法、条件与工程原型之间的差异等种种原因，岩土参数是随机变量，且变异性较大。故在进行岩土工程设计时，应在划分工程地质单元的基础上对有关参数作统计分析，了解各项指标的概率系数，确定其标准值和设计值。由于土的不均匀性，对同一工程地质单元（土层）取的土样，用相同方法测定的数据通常是离散的，并以一定的规律分布，可以用频率分布直方图和分布密度函数来表示。为了简化上述表示，应采用统计特征值。常用的特征值可分两大类：一类是反映数据分布的集中情况或中心趋势的，它们被作为某批数据的典型代表；另一类是反映数据分布的离散程度的。土厚度不能大于取土器废土段长度。清除浮土时，(3)贯入取土器软黏土，(4)土样贯基本要求。析由于岩土六、地基土的岩土工程评价（一）地基变形及沉降预测地基承受建筑物荷载之后，通常都要发生变形。根据建筑物结构特性和使用要求，地基变形量大小或不均匀变形应限制在一定范围之内。这个范围的界限叫地基变形允许值，它是保证建筑物安全和正常使用的最大变形值。（二）地基强度及承载力确定地基强度是指地基在建筑物荷重作用下抵抗破坏的能力。地基在同时满足变形和强度两个条件下，单位面积所能承受的最大荷载，称为地基承载力。地基承载力可分为地基承载力基本值(f)、地基承载力标准值(f)和地基承载力设计值(f)。0k（三）特殊性土的评价1．湿陷性黄土(1)湿陷性的判定黄土的湿陷性，主要是利用现场采集的不扰动土试样，通过室内浸水压缩试验求得的湿陷系数，据以判定是否有湿陷性和自重湿陷性。在一定压力下的室内压缩试验测定的湿陷系数文应按下式计算hhp(19-12)ph0s式中：h——保持天然湿度和结构的土试样，加压至一定压力时下沉稳定后的高度；ph´——上述加压稳定后的土试样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度；ph——土试样的原始高度。0当δ<0.015时，应定为非湿陷性黄土；s当δ≥0.015时，应定为湿陷性黄土。s当基底压力大于300kPa时，宜按实际压力测定的湿陷系数值判定黄土湿陷性。(2)场地湿陷类型和地基湿陷等级的划分场地的湿陷类型，应按实测自重湿陷量或计算自重湿陷量判定。当自重湿陷量≤7cm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；当自重湿陷量>7cm时，应定为自重湿陷性黄土场地。地基湿陷程度，可根据基底下各土层累计的总湿陷量和计算自重湿陷量的大小等因素按表19-23判定。湿陷性黄土地基的湿陷等级表19-23湿陷类型非自重湿陷性场地自重湿陷性场地计算自重湿陷量(cm)△z≤7s7<△z≤35△z,>35s△s≤30I（轻微）II(中等）II或III-总湿陷量△s30<△s≤60III(严重)(cm)II(中等)△s>60-III（严重）IV(很严重)注：当总湿陷量△s≥60cm，计算自重湿陷量△z≥30cm，可判为III级；当总湿陷量30cm<△s<50cm，s计算自重湿陷量7cm<△z<30cm时，可判为II级。s(3)黄土地基的承载力含水量对湿陷性黄土的承载力有着强烈的影响，当含水量增大，土的抗剪强度迅速降低，承载力也会大幅度降低。(4)黄土地基的变形①黄土地基的变形性质。黄土地基存在湿陷和压缩两种不同性质的变形。对于湿陷性黄土，主要计算地基受水浸湿后的湿陷变形。新近堆积黄土既存在湿陷变形，也存在较大的压缩变形。但新近堆积黄土的厚度不大，对一般建筑物，都需要进行部分或全部厚度的地基处理，故问题易于解决。对于饱和黄土和其他非湿陷性黄土，则主要应考虑地基的压缩变形。②黄土地基变形的计算方法。有三种计算方法，即地基规范建议的分层总和法，地基固结沉降计算法和采用变形模量E计算法。02．湿陷性土湿陷性土指的是除湿陷性黄土外，在我国分布很广的湿陷性这种湿陷性土不能取试样进行室内试验时，应采用现场载荷试验确定200kPa压力下浸水载荷试验的附加湿陷量，与承压板宽度之比，等于或大于0.023的土，应判定为湿陷性土。有关湿陷性【例19-34】关于黄土的湿陷性判断，下列哪个陈述是A．只能通过现场载荷试验+B．不能通过现场载荷试验碎石土、湿陷性砂土等。当对湿陷性其湿陷性。在岩土地基的湿陷性等级及处理措施可参阅《勘察规范》。正确的？C．可以采用原状土样做室内湿陷性试验D．可以采用同样密度的扰动土样的室内试验解黄土的湿陷性，主要是利用现场采集的不扰动土试样，通过室内浸水压缩试验求得的湿陷性系数，据以判定是否具有湿陷性或自重湿陷性。湿陷性土应采用现场载荷试验确定其湿陷性。黄土和湿陷性土是两类不同的土。答案：C3.红黏土颜色为棕红或褐黄，覆盖于碳酸盐岩系之上，其液限大于或等于50%的高塑性黏土，应判定为原生红黏土。原生红黏土经搬运、沉积仍保留其基本特征，且其液限大于45%的黏土，可判定为次生红黏土。4．软土天然孔隙比大于或等于1.O，且天然含水率大于液限的细颗粒土，虚判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。5．混合土由细粒土和粗粒土混杂，且缺乏中间粒径的土，应定名为混合土。当碎石土粒中径小于0.075mm的细粒土质量，超过总质量的25%时，应定名为粗粒混合土；当粉土或黏性土粒中径大于2mm的粗粒土质量，超过总质量的25%时，应定名为细粒混合土。6．填土填土根据物质组成和堆填方式，可分为下列四类。(1)素填土：由碎石土、砂土、粉土和黏性土等一种或几种材料组成，不含杂物或含杂物很少；(2)杂填土：含有大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物；(3)冲填土：由水力冲填泥沙形成；实填土：按一定标准控制材7．多年冻土(4)压料成分、密度、含水量，分层压实或夯实而成。含有固态水，且冻结状态持续2年或2年以上的土，应判定为多年冻土。8．膨胀岩土含有大量亲水矿物应力的岩土，应判定为膨胀岩土。渍岩土岩土中易溶盐含量大于0.3%，（蒙脱石、伊利石），湿度变化时有较大体积变化，变形受约束时，产生较大内9．盐并且有溶陷、盐胀，腐蚀等工程特性时，应判定为盐渍岩土。10.风化岩和残积土岩石在风化作用下，其结构、成分和性质，已产生不同程度的变异，应定名为风化岩。已完全风化成土而未经搬运的，应定名为残积土。11．污染土由于致污物质侵入改变了物理力学性状的土，应判定为污染土。第八节原位测试技术原位测试是指在勘察现场，在地基土层原来所处的位置基本保持其天然结构、天然含水量及天然应力状态下，对地层进行测试，以取得地层的工程力学性质指标的勘察技术。工程地质原位测试方法有多种，这里主要介绍载荷试验、十字板剪切试验、静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验、旁试压验、扁铲侧胀试验等。一、载荷试验（一）基本原理、载荷试验是在准备修建的建筑物地基上，放置一定规格的承压板，在其土逐渐增加荷载，测定每级荷载作用下地基的变形特性，从而评定地基的承载力，计算地基韵变形模量，并预测实体基础的沉降量。载荷试验包括平板载荷试验和螺旋板载荷试验。平板载荷试验是在岩土体原位，用一定尺寸的承压板施加竖向荷载，同时观测承压板沉降，测定岩土体承载力与变形特性。该方法又分为浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验。浅层平板载荷试验适用于浅层上，深层平板载荷试验适用于埋深等于或大于3m和地下水位以上的地基土。螺旋板载荷试验是将螺旋板旋入地下预定深度，通过传力杆向螺旋板施加竖向荷载，同时测量螺旋板的沉降量，测定岩土体承载力与变形指标。螺旋板载荷试验适用于深层地基土或地下水位以下的地基土。（二）试验装置载荷试验的装置由承压板、加荷装置及沉降观测装置等部分组成。其中承压板一般为方形或圆形板；加荷装置包括压力源、载荷台架或反力架。加荷方式可采用重物加荷和油压千斤顶加荷两种方式。沉降观测装置有百分表、沉降传感器和水准仪等。（三）载荷试验的基本技术要求载荷试验的承压板，一般用刚性的方形或圆形板，其面积应为2500cm2或5000cm2，目前工程上常用的是70.7cm×70.7cm和50cm×50cm。对于均质密实的土如Q老黏性土也可3用1000cm2的承压板。但对于饱和软土层，考虑到在承压板边缘的塑性变形影响，承压板的面积不应小于5000cm2。载荷试验过程中出现下列现象之一时，即可认为土体已达到极限状态，应终止试验：(1)承压板周围的土体有明显的侧向挤出或发生裂纹；(2)在24h内，沉降随时间趋于等速增加；(3)荷载p增量很小，但沉降量s却急剧增大，p-s曲线出现陡降阶段，或相对沉降s/b≥0.06～0.08。（四）载荷试验资料的应用载荷试验的主要成果为在一定压力下的s-t关系曲线以及p-s曲线。这些资料可以应用于确定地基土的临塑荷载p、极限荷载p，为评定地基土的承载力提供依据；估算地基土的变形模0L量E和基床反力系数K。0s显然，当建筑物基底附加压力小于或等于p时，地基土的强度是完全保证的，且沉降也较小。而当0基底，附加压力太于p小于p时，地基土体不会发生整体破坏，但建筑物的沉降量较大。0L二、十字板剪切试验（一）试验的原理十字板剪切试验用是插入软黏土中的十字板头，以一定的速率旋转，在土层中形成圆柱形破坏面，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪此法对较硬的黏性土和含有砾石、杂物的土不宜采用，否则会损坏十字板头。这种方法测得的抗剪值轴不排水抗剪的总无侧限抗压强度的一半(ψ=O)。由于十字板剪切试验不需采于难以取样的灵敏性高的黏性土，它可以在现场基本保持天然应力状态下进行掘剪。长期以来，十字板，相当于试验深度处天然土层的不排水抗剪理论上它相当于三取土样，特别对剪切试验被认为一是种较为有效的、可靠的现场测试方法，与钻探取样室内试验相比，土体的扰动较小，而且试验简便。但在有些情况下已发现十字板剪切试验所测得的抗剪不排水稳定分析中偏于不安全，对于不均匀土层，特别是夹有薄层粉细砂或粉土的软黏性土，十字板剪切试验会有较大的误差。因此将十字板抗剪直接用于工程实践时，要考虑到一些影响因素。十字板剪切试验包括钻孔十字板剪切试验和贯入电测十字板剪切试验，其基本原理都是：施加一定的扭转力矩，将土体剪坏，测定土体对抵抗扭剪的最大力矩，通过换算得到土体抗剪值(假定ψ=0)。假设土体是各向同性介质，即水平面的不排水抗剪(C)与垂直面上的不排水抗剪强uh度(C)，相同：(C)=(C)。旋转十字板头时，在土体中形成一个直径为D，高为H的圆柱剪切破坏面。uvuvuh由于假设土体是各向同性的，因此，该圆柱剪切面的侧表面及顶底面上各点的抗剪则旋转过程中；土体产生的最大抵抗扭矩M由圆柱侧表面的抵抗扭矩M和圆柱顶底面的抵抗扭矩M组成12M=M+M(19-13)12（二）试验的仪器设备野外十字板剪切试验的仪器为十字板剪切仪，目前国内有三种：开口钢环式、轻便式和电测式。方法分为钻孔式和压入式两种。电测式十字板剪切仪轻便灵活，容易操作，试验成果也较稳定，目前已得到广泛应用。（三）试验的适用范围和目的十字板剪切试验适用于测定饱和软黏性土(ψ=0)的不排水抗剪强度和灵敏度。其目的有：(1)测定原位应力条件下软黏土的不排水抗剪强度C；u(2)估算软黏性土的灵敏度S。t（四）试验成果的应用1．估算地基允许承载力对于内摩擦角等于零的饱和软黏土，C值可用来估算地基允许承载力[R]。u2．预估桩的极限端阻力和极限侧摩擦阻力欧美国家习惯用C预估黏性土，特别是饱和软黏土中单桩的极限端阻力q和极限侧摩up擦阻力q。t【例19-35】十字板剪切试验最适用的土层是：A．硬黏土C．砂砾石D．风化破解岩石解十字板剪切试验是将十字板头插入软土中，扭力大小确定软土的饱和强度的一种试验方法。答案：BB．软黏土以一定速率扭转，在土层中形成圆柱形破坏面，根据不适用于砂土、类土及坚硬土体等。不排水抗剪碎石三、静力触探试验（一）工作原理静力触探是用的力传感器，通过电子量测仪性质有关，因此通过贯入阻力的变化情况，可以达到了解土层的工程性质的目的。静力触探的主要优点是连续、快速、精确；可以在现场直接测得各土层的贯入阻力指标；掌握各土层原始状态（相对于土层被扰动和应力状态改变而言）下有关的物理力学性质。这对于地基土层在竖向比较复杂，而用其他常规勘探手段不可能大密度取土或测试来查明土层变化；对于饱和砂土、砂质静力将一定规格和形状的金属探头以一定的速率压入土层中，利用探头内表将探头的贯入阻力记录下来。由于贯入阻力的大小与土层的变化粉土以及高灵敏度软黏土层中钻探取样往往不易达到技术要求，或者无法取样的情况；用静力触探连续压人测试，则显出其独特的优越性。但是，静力触探也有不足之处：不能对土层进行直接的观察、鉴别；由于稳固的反力问题没有解决，测试深度不能超过80m；对于含碎石、砾石的土层和很密实的砂层一般不适合应用等。（二）静力触探实验装置及主要技术要求静力触探仪主要是卣三部分组成：贯入装置（包括反力装置），其基本功能是可控制等速压贯入；另一部分是传动系统，目前国内外使用的传动系统有液压和机械的两种；第三部分是量测系统，包括探头、电缆和电阻应变仪（或电位差计自动记录仪）等。条件和成果应用（三）适用静力触探试验适用于黏性土、粉土和砂土，尤其是对地下水位以下及不易取样的松散土、淤泥质土体实用价值更大，可测定比贯入阻力、桩尖阻力、侧壁摩阻力和贯入时的空隙水压力。一般不适用于砾质土。静力触探试验可以用于：(1)根据贯入阻力曲线的形态特征或数值变(2)估算地基土层的物理力学参数；(3)评定地基土的承载力；(4)选择桩基持力层、估算单桩极限承载力，判定沉桩可能性；(5)判定场地地震液化势。静力触探试验的主要成果有比贯入阻力一深度(p-h)关系曲线，锥尖阻力一深度（q-h）关系曲线，化的幅度划分土层；sc侧壁摩阻力一深度(f-h)关系曲线和摩阻比一深度(R-h)关系曲线。sf四、圆锥动（一）工作原理和类型力动触探试利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打A-定深度的锤击数（或以能量表示）来判定土的性质，并对土进行粗略的力学分层，对地基土作出工程地质评价等的一种原位方法。通常以打入士中一定距离所需的锤击数来表示土的阻力。力动触探装置有轻型、重型和超重型三种，由不同规格的落锤，探杆和圆锥形探头所组成。圆锥动力触探的优点是设备简单、操作方便、工效较高、适应性广，并具有连续以取样的砂土、粉土、碎石类土等，对静力触探难以贯入的土层，力动触探是十分有效的勘探测试手段。圆锥动力触探的缺点是不能采样对土进行直接鉴别描述，试验误差较大，再现性差。（二）适用范围和目的力触探试验验是测试贯入的特性。对难动力触探试验适用于强风化、全风化的硬质岩石、各种软质岩石及各类土。其目的如下。（1）定性评价：评定场地土层的均匀性，查明土洞、滑动面和软硬土层界面，确定软弱土层或坚硬土层的分布，检验评估地基土加固与改良的效果。(2)定量评价：确定砂土的孔隙比、相对密实度、粉土和黏性土的状态、土的强度和变形参数，评定天然地基土承载力或单桩承载力。（三）成果及应用动力触探试验的主要成果是锤击数和随深度变化的关系曲线，并据此对地基土特性进行评价。(1)确定砂土及碎石土的密实度：北京市勘察院的研究结果表明，N（10kg的锤击数）与砂土密实10度有一定的对应关系。(2)确定地基土的承载力和变形模量：可用N确定地基土的承载力标准值f。10k(3)确定单桩承载力标准值R：重型动力触探试验对桩基持力层的锤击数N与打桩机k63.5最后若干锤的平均每锤贯入度之间有一定的相关关系，根据这种关系就可以确定打入桩的单桩承载力标准值R。k五、标准贯入试验（一）原理和特点标准贯入试验是利用规定量重的穿心锤从恒定的高度上自入土中，根据贯入的难易程度判别土的性质。它仍属于动力触探类型，所不同的是其触探头不是圆锥形探头，而是标准规格的圆筒形探头（由两个半圆管合成的取土器），称为贯入器。贯入阻力用土层中30cm的锤击数N。表示，也称标贯击数。标准贯入试验采用的落锤量重63.5kg，落距760mm，由下落，将一定规格的探头打贯入63.5钻杆直径42mm。（二）试验的范围和目的标准贯入试验可用手砂土、粉土和一般黏性土，最适用于N=2～50击的土层。其目的有：(1)采取扰动土样，鉴别和描述土类，按颗粒分析结果定名；(2)根据标准贯入击数N，利用地区经验，为砂土的密实度和粉土、黏性土的状态，土的强度参数，63.5变形模量，地基承载力等作出评价；(3)估算单桩极限承载力和判定沉桩可能性；(4)判定饱和粉砂、砂质粉土的地震液化可能性及液化等级。【例19-36】标准贯入试验适用的地层是：A．弱风化至强风化岩石B．砂土、粉土和一般黏性土C．卵砾石和碎石类D．软土和淤泥解：标准贯入试验适用于砂土、粉土和一般黏性土。圆锥动力触探试验适用于弱风化至强风化岩石、卵砾石、碎石类土及一般类土。软土和淤泥一般采用十字板剪切试验测试土的抗剪强度。答案：B六、旁压试验（一）原理旁压试验是通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，并由旁压膜（或护套）将压力传给周围土体（或软岩），使其产生变形直至破坏，并通过量测装置测出施加的压力和土变形之间的关系，然后绘制应力一应变（或钻孔体积增量、或径向位移）关系曲线。根据这种关系对孔周所测土体（或软岩）的承载力、变形性质等进行评价。根据将旁压器设置于土中的方法，旁压仪分为预钻式、自钻式和压入式三种。预钻式旁压仪一般需有竖向钻孔，自钻式旁压仪利用自转的方式钻到预定位置后进行试验，压入式旁压仪以静压方式压到预定试验位置后进行旁压试验。（二）适用范围和目的旁压试验适用于测定黏性土、粉土、砂土、碎石土、软质岩石和风化岩、软质岩石的承载力、旁压模量和应力应变关系等。七、扁铲侧胀试验（一）基本原理扁铲侧胀试验（简称扁胀试验）是用静力（有时也用锤击动力）把一扁铲形探头贯入士中，达试验深度后，利用气压使扁铲侧面的圆形钢膜向外扩张进行试验。（二）扁胀试验设备扁铲形探头的尺寸为长230～240mm、宽94～96mm、厚14～16mm。铲前缘刃角为12°～16°，在扁铲的一侧面为一直径60mm的钢膜。探头可与静力触探的探杆或钻杆连接，对探杆的要求与静力触探相同。和静载荷试验相对比，旁压试验有精度高、设备轻便、测试时间短等特点，但其精度受成孔质量的影响较大。扁胀试验适用于一般黏性土、粉土、中密以于含碎石的土、风化岩等。扁胀试验成果可用于划分土类，求算静止侧压力系数、不排水抗剪强度、土的变形参数、水平固结系数、评定土的超固结比和用于侧向受荷桩的设计等下砂土、黄土等，不适用方面。二十章岩体力学与岩体工程复习指导一、考试大纲（一）“岩体力学15.1岩石的基本物理、力学岩石的物理力学标及其试验方法岩石的强度特性、15.2工程岩体分级分级的目的和原则工程岩体分级标准(GB50218-94)简介15.3岩体的初始应力状态”考试大纲性能及其试验方法性能等指变形特性、强度理论工程岩体初始应力的基本概念、量测方法简介、主要分布规律（二）“岩体工程”考试大纲17.1岩体力学在边坡工程中的应用边坡的应力分布、变形和破坏特征影响边坡稳定性的主要因素边坡稳定性评价的平面问题边坡治理的工程措施17.2岩体力学在岩基工程中的应用岩基的基本概念岩基的破坏模式基础下岩体的应力和应变岩基浅基础、岩基深基，第十七章为岩体工程与基础工程，考虑区别，所以编写本教材时将岩体力学与岩体工程合并在一，起作为第二十章。为了便于考生自学本教程，下面结合考试大纲要求对考试内容和复习要点进行简单说明。础的承裁力计算考试大纲中第十五章为岩体力学与土力学到岩体力学与岩体工程关系密切，与土力学有较大二、复习指导复习本章时，首先要通读基本要求的全部内容，在此基础上重点掌握其中的基本概念、基本原理、基本理论及方法、基本试验方法、基本结论、基本知识的应用、传统认识和做法等，并能熟练运用基础考试手册中的表格和公式。作为基础考试部分，考题类型均为选择题（岩体力学为4道题，岩体工程为5道题），由于是复杂的计算公式不必死记硬背，但要了解每个公式的推导过程及用途。要注重“基本”知识的记忆和理解，对于难度大及过于繁杂的知识，重点应掌握其中的基本概念、基本假设、基本思想、主要结论及每题所允许答题时间有限，所以复习时一定注意不要偏重难度大及过于繁杂的知识，尤其如何应用即可，而其中所含的繁杂过程不必细究。（一）岩体力学部分