岩土工程试验

实验一三轴压缩实验

一概述

三轴压缩实验是测定土的抗剪强度的一种方法。它通常用3〜4个圆柱形试

样分别在不同的恒定围压（即小主应力）下施加轴向压力（即主应力差一）,

对试样进行剪切，直至破坏，然后根据摩尔一库伦理论，求得土的总抗剪强度指

标和c以及有效抗剪强度指标和。

根据排水条件的不同，三轴剪切实验可分为不固结不排水剪（UU）、固结不

排水剪（CU）和固结排水剪（CD）三种实验方法。

不固结不排水剪（UU）在施加周边压力和釉向偏应力一直至试样剪坏

的整个过程中，均不允许试样排水固结，所得强度指标为总强度指标和。

固结不排水剪（CU）实验中，试样先在周边压力作用下排水固结，然后在试样

不允许排水的条件下，施加偏应力一至试样剪坏。固结不排水可得到总强度

指标和，如实验时量测孔隙水压力也可得到有效强度指标和。

固结排水剪（CD）实验时，试样先在周边压力下排水固结，然后在允许试样排水

的条件下，施加偏应力一，至试样剪破坏。该实验由于在整个实验过程中允许

试样排水固结，孔隙水压力始终保持为零，总应力等于有效应力，故此时的总强

度指标即为有效应力强度指标和。

二实验原理

三轴实验采用圆柱形试样，可以对试样的空间三个坐标方向上施加压力，实

验时先通过压力室内的有压液体，使试样在三个轴向受到相同的周边压力（其

大小由压力计测定），并维持整个实验过程不变。然后通过活塞向试样施加垂直

轴向压力，直到试样剪坏。

若由活塞杆所施加的试样破坏时的压力强度为一（偏应力），小主应力是周

边压力，中主应力和相等。则由一个试样所得的和，可以绘制一个极限应

力圆。对同一种土，另取几个试样，改变围压，试样剪坏时所加的轴压力也会

改变，从而又可绘制另几个极限应力圆。这样，在不同周边压力下实验，就可得

到一组（最少三个试样）极限应力圆。作这些应力圆的公切线，即是土的抗剪强

度包线，由此包线可求得抗剪强度指标和C。

三仪器设备

（1）常用的三轴仪，按施加轴向压力方式的不同，分为应变控制式和应力控

制式两种。

（2）应变控制式三轴仪见图4-1所示。涉及压力室、实验机、施加周边压

力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。

（3）附属设备：击实筒、饱和器、切土盘、切土器和切土架、分样器、承膜筒、

天平、量表、橡皮膜等。

图4-1应变控制式三轴剪切仪

1调压筒；2周边压力表；3周边压力阀；4排水阀；5，本变管；6排水管；7变形量表;

8-量力环：9-排气孔：10-轴向加压设备：11-压力室：12-量管阀：13-零位指示器：14■孔隙压力表:

15-量管：16-孔隙压力阀：17-离合器；18-手轮；19-马达；20-变速箱

从量管排出，反复几次，直到气泡完全排出为止。关闭孔隙压力阀和量管阀，用

调压筒施加压力，检查孔隙压力量测系统的体积因数，应小于1.5X

10-5cm3/kPao

(3)检查排水管路是否通畅：活塞在轴套内滑动是否正常：连接处有无漏

水、漏气现象。仪器检查完毕，关周边压力阀、孔隙压力阀和排水阀，以备使用。

(4)橡皮膜在使用前应作仔细检查。其方法

是在膜内充气，扎紧两端，然后在水下检查有无漏气。

2.试样制备

状试样，可从钻孔原状土柱或试坑原状土块中切取。

样尺寸应符合表4-i下列规定：超径颗粒的粒径不应超过试样直径的

1/5o

根据试样的性质有抽气饱和、水头饱和、施加反压力饱和等几种饱和方法。

这里仅介绍抽气饱和法。

抽气饱和。将试样装入饱和器内（图4-4）置于抽气缸内，盖紧后进行抽气,

当真空度接近一个大气压后，对于粉质土（壤土）再继续抽半小时以上，粘质土

抽1小时以上，密实的粘质土抽2小时以上，然后渐渐注入清水，并使真空度保

持稳定。待饱和器完全淹没在水中后，停止抽气。解除抽气缸内的真空，让试样

在抽气缸内静置10小时以上然后取出试样称重（试样饱和由实验室完毕）。

4.试样的固结与剪切

根据排水条件的不同，三轴实验分为不固结穴排水剪（UU）,固结不排水剪

（CU或）和固结排水剪（CD）三种类型。本次只做不固结不排水剪。

一）不固结不排水剪（UU）

1.试样安装

（1）将试样放在仪器底座的不透水水圆板上，在试样的顶部放置不透水试

样帽。

（2）将橡皮膜套在承膜筒内，两端翻出膜外（见图7-5）从吸嘴吸气，使膜

贴紧承膜筒内壁，然后套在试样外，放气，翻起橡皮膜取出承膜筒。用橡皮圈将

橡皮膜分别扎紧在仪器底座和试样帽上。

（3）装上压力室外罩。装时应先将活塞提高.以防碰撞试样，然后将活塞对

准试样帽中心，并均匀地旋紧螺丝，再将量力环布准活塞。

（4）开排气孔，向压力室充水，当压力室快注满水时，减少进水速度，水从

排气孔溢出时，关闭排气孔。

（5）开周边压力阀，施加所需的周边压力。周边压力应与工程的实际荷重

相适应，并尽也许使最大周边压力与土体的最大实际荷重大体相等。

（6）旋转手轮，当量力环的量表微动时表达活塞已与试样帽接触，然后将量

力环的量表和变形量表的指针调整到零位。

2.试样剪切

剪切应变速度一般取每分钟0.5~1.0%（可据土的不同性质而异）。

开动马达，接上离合器，进行剪切。开始阶段，试样每产生垂直应变

0.3〜0.4%测记量力环量表读数和垂直变形量表读数各一次。当垂直应变达3%以

后，读数间隔可延长为0.7〜0.8%各测记一次。当接近峰值时应加密读数，假如试

样特别硬脆或软弱，可酌情加密或减少测读的次数。

当出现峰值后，再继续剪3~5%垂直应变；若量力环的量表读数无明显减少,

则当垂直应变进行到15〜20%时，停止剪切。

实验结束后关闭马达，关周边压力阀，拨开离合器，倒转手轮，然后打开排

气孔，排去压力室内的水，拆除压力室外罩，擦干试样周边的余水，脱去试样外

的橡皮膜，描述破坏后形状，称试样质量，测定实验后含水率。

对其余试样，只改变周边压力，按以上环节进行实验。

二）固结不排水剪（CU）

1.试样安装

（1）开孔隙压力阀及量管阀，使仪器底座充水排气，并关阀。将煮沸过的透

水石放在仪器底座上。然后放上湿滤纸，放置试样，试样上端亦放一湿滤纸及透

水石。为了加速排水固结，可在试样周边贴上7~9条宽度为6毫米左右的浸湿滤

纸条，滤纸条两端与透水石连接。

（2）把已检查过的橡皮膜套在承膜筒上，两端翻出膜外，从吸嘴吸气，使膜

贴紧承膜筒内壁，然后把橡皮膜筒套在试样外，放气，翻起橡皮膜，橡皮膜紧贴

在试样上，取出承膜筒，用橡皮圈将橡皮膜下端扎紧在仪器底座上。

（3）用软刷子或双手自上而下轻轻按抚试样，以排除试样与橡皮膜之间的

气泡（对于饱和软粘土，可打开孔隙压力阀及量管阀，使水渐渐流入试样与橡皮

膜间，以排除夹气，然后关阀）。

（4）打开排水阀，使水从试样帽渐渐流出以排除管路中气泡，并将试样帽放

置于试样顶端，排除顶端气泡，将橡皮膜扎紧在试样帽上。

（5）减少排水管，使其水面至试样中心高程以下20-40cm,吸出试样与橡皮

膜之间多余水分，然后关闭排水阀。

（6）装上压力室外罩，将活塞提高到最高位置，以免和试样碰撞，然后将活

塞对准试样帽中心，并均匀地旋紧螺丝，再将量力环对准活塞。打开压力室上的

排气孔，向压力室充水。（当压力室快充满水时，减少进水速度，当水从排气孔溢

出时，关闭排气孔，然后使排水管的水面与试样中心高度齐平，并测记水面读

数）。

（7）调整孔隙压力起始读数，使排水管水面位于试样中心高度处开量管阀,

记下孔隙压力表起始读数，然后关量管阀。

（8）开周边压力阀，施加所需的周边压力。周边压力大小与工程的实际荷

重相适应，并尽也许使最大周边压力与土体的实际荷重大体相等。

（9）旋转手轮，当量力环的量表微动时;表达活塞已与试样帽接触，然后将

量力环的量表和变形量表的指针调整到零位。

2.排水固结

（1）加周边压力后缓缓打开孔隙压力阀，测记稳定后的孔隙压力读数，减去

孔隙压力表起始读数，即为周边压力下试样的孔隙水压力u。

（2）打开排水阀的同时开动秒表，按……时间测记固结排水管水面及孔隙

压力表读数。以便了解试样内孔隙水压力的消散情况，在整个实验过程中，固结

排水管水面应始终保持在试样的中心高度，当排水量不再有变化时固结度至少

达95%,即可关排水阀，记下固结排水管和孔隙压力表的读数。然后转动细调手

轮，使活塞与试样帽接触（注意避免试样放置不正的假接触现象）记下轴向变形

量读数，即固结下沉量^h,算出固结后试样高度hco然后将量力环量表、垂直

变形量表都调至零。

3.试样剪切

（1）选择剪切速率

粉质土每分钟应变为0.1-0.5%:一般粘质土每分钟应变为0.1~0.05%,高密

度或高塑性土每分钟应变＜0.（）5%。

（2）开动马达，合上离合器进行剪切。每产生垂直应变0.3~0.4%,测记量

力环量表读数一次，当垂直应变达3%以后，读数间隔可延长为0.7〜0.8%测记一

次。

当HI现峰值后，再继续剪3~5%垂直应变；若量力环的量表读数无明显减少,

则垂直应变进行到15〜20%,停止剪切。

实验结束后，关闭马达，关上周边压力阀，拨开离合器，倒转手轮，然后打开排

气孔，排去压力室内的水，拆除压力室外罩，擦干试样周边的余水，脱去试样外

的橡皮膜，描述破坏后的形状，称试样质量，测定实验后含水率。

其余试样，取不同周边压力按上述环节进行。

五计算与记录

1.计算

（1）试样固结后的高度、面积、体积及剪切时的面积计算公式列于表4-2

中。

表4-2

固结后剪切时校正值

项目起始按实测固结下

等应变简化式

沉量

试样高度

闻4=%一强%咽。■，严

(cm)

AA,(不固结不排

水)

试样面积_匕3

4…(T严

A-4*0AA(固结不排水)

(cm2)

…匕(固结排水剪.)

2…

试样体积

%匕=44

(cm3)

表中ahc一—固结下沉量，由轴向变形量表测得,cm；

△V——固结排水量(实测或由实验前后试样质量差换算)，cm3；

——轴向应变,％,；

△hi——试样剪切时的高度变化，由轴向变形

量表测得(cm),为方便起见，可预先绘制AV—he及AV—Ac的关系线备用。

(2)主应力差(一)的计算：

(O-,-<T3)=—X10

A.

(4-2)

式中——大主应力，kPa；

——小主应九kPa；

C-----量力环率定系数,N/0.01mm；

R-----量力环量表读数,0.01mm；

Aa——试样剪切时的面积,cm2；

10—单位换算系数。

13）有效主应力比的计算:

（4-3）

cri=（y-u

C3=%—U

式中、——大主应力与小主应力,kPa；

、一一有效大主应力与有效小主应力,kPa；

u---孔隙水压力，kPa。

（4）孔隙压力系数计算：

1）按下式计算孔隙压力系数B:

/

（D

式中u——试样在周边压力下产生的起始孔隙压力,kPao

2）按下式计算孔隙压力系数A:

8（历-6）

（4-5）

式中一一试样破坏时，主应力差产生的孔隙水压力,kPa。

2.制图

（1）绘制主应力差（一）与轴向应变的关系曲线，如图4-5。

（2）绘制有效主应力比/与轴向应变的关系曲线，如图4-6。

2

00

«00

<

H

)

31<73=100(kPa)

I

S7

20

100

05101520100200300400500

%(%)o(kPa)

图4-5主应力差与轴向应变关系曲线图4-6有效主应力比与轴向应变关系曲线

图4-7固结不排水强度包线

（3）绘制固结不排剪强度包线,如图4-7。

1）以法向应力为横坐标，剪应力为纵坐标，在横坐标轴上认为圆心，以

为半径（f表达破坏时值）绘制破坏总应力圆.在绘制不同周边压力的破坏应

力圆后作诸圆包线，即总应力强度线，该包线的倾角为，包线在纵轴的截距为

2）将破坏时主应力减去破坏时的孔隙水压力，得试样破坏时的有效主应力

,在横坐标轴上认为圆心，认为半径，绘不同周边压力下有效应力圆的包线,

包线的倾角为有效内摩擦角，包线与纵坐标轴的截距为。

说明：

（1）固结不排水剪是经常要做的工程实验，它合用的实际工程条件经常是一

般正常固结在工程竣工或使用阶段受到大量快速的活荷载或新增长的荷载的作

用时所相应的受力情况;

（2）对于分析地基的长期稳定性或长期承载力问题，宜采用固结不排水实验

的有效应力指标进行分析，而对于饱和软粘土的短期稳定性或短期承载力问题,

宜采用不固结不排水实验的总应力指标进行分析；

（3）三轴实验的实验方法还应根据工程实际结合经验进行。

实验二荷载

实验

一载荷实验的概况及分类

载荷实验是一项使用最早、应用最广泛的原位实验方法，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。

根据承压板的形式和设立深度不同，可以将实验提成三种：

L浅层平板载荷实验，合用于浅层地基土；（本节）

2.深层平板载荷实验，合用于埋深大于3m和地下水位以上的地基土；

3.螺旋板载荷实验，合用于深层地基或地下水位以下的地基土。

二载荷实验的目的

（1）根据荷载一沉降关系线（p-s曲线），拟定地基土的承载力；p-s曲线上

的比例界线压力、极限压力，可认为评估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）拟定地基土的基床反力系数。

（5）估算地基土的固结系数。

三实验的基本原理

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，逐级增长荷载，并测得每一级荷载下的稳定沉降，直至达成

地基破坏标准，由此可得到荷载（P）一沉降（S）曲线（即p—S曲线）。典型的

平板载荷实验p—S曲线可划分为三个阶段：

图10-1变形曲线三阶段及相应地基破坏情况

（a）/＞一5曲线；⑹直线变形阶段；（c）局部剪切破坏阶段；W）整体破上

1.直线变性阶段:p—s曲线为直线段（线性关系），相应于此段的最大压力p（）,称

为比例界线压力（也称为临塑压力），土体以压缩变形为主。受荷士体中任意点

产生的剪应力小于土体的抗剪强度，土的变形重要由土中空隙的压缩引起，并随

时间趋于稳定。可以用弹性理论进行分析。PWPer

2.剪切变形阶段：当压力超过p（）,但小于极限压力pu时，压缩变形所占比例逐渐

减少，而剪切变形逐渐增长，p-s线由直线变为由线，曲线斜率逐渐增大。土体

除了竖向压缩变形之外，在承压板的边沿已有小范围内土体承受的剪应力达成

或超过了土的抗剪强度，并开始向周边土体发展。此阶段土体的变形重要由压缩

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。Pcr<P<Pu

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。即使荷载不再增长，承压板仍会不断下沉，土体内部

开始形成连续的滑动面，承压板周边土体面上各点的剪应力均达成或超过土体

的抗剪强度。PuWP

四实验设备

5

（1）平板载荷实验的常用设备涉及四部分：

（2）承压板（2）加荷系统（3）反力系统（如图abed）（4）量测系统

五加载方法及观测和终止条件

1加载方法

慢速法：分级维持荷载沉降相对稳定法；分级加荷按等荷载增量均衡施加。荷载

增量一般取预估实验土层极限荷载的10%〜20%,或临塑荷载的20%〜25%。每

一级荷载,自加荷开始准时间间隔，10、10、10、15.15171乱以后每隔3。111m观测

一次承压板沉降，直至在连续2h降量不超过或连续lh内每3（）min沉

降不超过0.05mm,即可施加下一级荷载。

快速法：分级加荷与慢速法同，但每一级荷载按间隔15min观测一次沉降。每级

荷载维持，即可施加下一级荷载。

等沉降速率法：控制承压板以一定的沉降速率沉降，测读与沉降相相应的所施加

的荷载，直至实验达破坏状态。

加荷等级的划分为10〜12级，不应小于8级，最大加载量不应小于地基承载量设

计值的2倍。

2观测

慢速法：每加一级荷载间隔5.5.10、10、15.15min测读一次沉降,以后间隔30min

测读一次，连续2h,且每小时沉降量不大于0.1mm时可施加下一级荷载。

快速法：每加一级荷载间隔15min测读一次沉降，每级荷载维持2h可施加下一级

荷载。

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，直到实验达成破坏状态。

六实验要点

《岩土工程勘察规范》（GB50021-2023）规定

浅层平板荷载实验的要点为：

1）地基土浅层平板荷载实验可合用于浅部地基土层的承压板下应力重要影响范

围内的承载力。承压板面积不应小于0.25m：对于软土不应小于0.5肝。

2）实验基坑深度不应小于承压板宽度或直径的3倍。应保持实验土层的原状结

构和天然湿度。宜在拟试压表面用粗砂或中砂找平，其厚度不超过20mm。

3）加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计规定的2倍。

4）每级加载后，，按间隔10、10、10、15.15min,以后每隔30min测读一次沉降

量，当在连续内2h沉降量小于O.lmm/h时;则认为已稳定，可加下一级荷载。

5）当出现下列情况之一时，即可终止加载：①承压板周边的土明显地侧向挤出；

②沉降急剧增大，荷载沉降（p~s）曲线出现陡降段；③在某一级荷载下,24h内沉

降速率不能达成稳定；④当沉降量与承压板或直径之比大于或等于0.06o当满

足前三种情况之一时，其相应的前一级荷载定为极限荷载。

深层平板载荷实验的要点

1）深层平板载荷实验可合用于拟定深部地基土层及大直径桩桩端土层在承压板

下应力重要影响范围内的承载力。

2）深层平板载荷实验的承压板采用直径为0.8m的刚性板，紧靠承压板周边外侧

的土层高度应不少于0.8m

3）加荷等级可按预估极限承载力的1/10〜1/15分级施加。

4）每级加荷后,第一个小时内按间隔10、10、10、15.15min,以后每隔30min测

读一次沉降。当在连续2h内沉降量小于O.lmm/h时，则认为已趋稳定，可加下一

级荷载。

5）当出现下列情况之一时，可终止加载:①沉降s急剧增大，荷载-沉降（p〜S）曲

线上有可鉴定极限承载力的陡降段，且沉降量超过0.04d（d为承压板直径）；②在

某荷载下，24h内沉降速率不能达成稳定；③本级沉降最大于前一级沉降量的5

倍；④当持力层土层坚硬，沉降量很小时，最大加载量不小于设计规定的2倍。

复合地基竖向抗压荷载实验要点

1）复合地基载荷实验用于测定承压板下应力重要影响范围内复合土层的承载力

和变形参数。复合地基载荷实验承压板应具有足够刚度。单桩复合地基载荷实验

的承压板可用圆形或方形，面积为一根桩承担的解决面积；多桩复合地基载荷实

验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的解决面积拟定。桩的中

心（或形心）应与承压板中心保持一致，并与荷载作用点相重合。

2）承压板底面标高应与桩顶设计标高相同。承压板底面以下铺设50mm厚的中、

粗砂垫层，桩顶范围内的垫层厚度为1（）（）〜（桩身强度高时取大值）。实验

标高处的试坑宽度和长度不应小于承压板尺寸的3倍。基准梁及加荷平台支点（或

锚桩）宜设在试坑以外，且与承压板边的净距不应小于2m。

3）实验前应采用试坑内的防水和排水措施，防止实验场地地基土含水量变化或

地基土扰动，以免影响实验结果。

4）加载等级可分为8〜12级。最大加载压力不应小于设计规定承载力特性值的

2倍。

5）每加一级荷载前后均应各读记承压板沉降量一次，以后每半个小时读记一次。

当一小时内沉降量小于0.1mm时，即可加下一级荷载。

6）当出现下列现象之一时可终止实验：

①沉降急剧增大，土被挤出或承压板周边已现明显的隆起；

②承压板的累计量已大于其宽度或直径的6%；

③当达不到极限荷载，而最大加载压力己大于设计规定压力值的2倍。

7）卸载级数可为加载级数的一半，等量进行，每卸一级，间隔半小时，读记

回弹量，待卸完所有荷载后间隔三小时读记总回弹量。

8）复合地基承载力特性值的拟定：

1当压力一沉降曲线上极限荷载能拟定，而其值不小于相应比例界线的2

倍时，可取比例界线：当其值小于相应比例界线的2倍时，可取极限荷载的一半;

2当压力一沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按下述相对变形值拟定；

①对砂石桩、振冲桩复合地基或强夯置换墩：当以粘性土为主的地基，可取

s/b或s/d等于（）.015所相应的压力（s为载荷实验承压板的沉降量；b和d分别为

承压板宽度和直径）；当以粉土或砂土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所相

应的压力。

②对土挤密桩、石灰桩或柱锤冲扩桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.012

所相应的压力。对灰土挤密桩复合地基，可取().008所相应的压力。

③对水泥粉煤灰碎石桩或夯实水泥土桩复合地基，当以卵石、圆砾、密实

粗中砂为主的地基，可取s/b或s/d等于0.008所相应的压力；当以粘性土、粉土

为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所相应的压力。

®对水泥土搅拌城或旋喷桩熨合地基，可取s/b或s/d等于().01所相应的压

力。

⑤复合地基荷载实验，当采用承压板边长或直径超过2m的大承压板进行实验时,

应按设计规定的沉降允许值作为相对变形值。

©对有经验的地区，乜可按本地经验拟定相对变形值。

按相对变形值拟定的承载力特性值不应大于最大加载压力的一半。

9)实验点的数量不应少于3点，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平

均值为复合地基承载力特性值。

七实验资料的整理

1.相对稳定法实验

(1)根据原始记录绘制p~s和s~t曲线图。

(2)修正沉降观测值so和p飞曲线斜率C,so和C的求法有

图解法和最小二乘法

①图解法。在p's曲线草图上找出比

例界线点，从比例界线点引一直线，使比例界线前的各点均匀靠近

该直线，直线与纵坐标交点的截距即为so。将直线上任意一点s、p

和so代入下式求得C值：

S=so+Cp

②最小二乘法。计算式如下：

N$O+CZP-

s°”+C"-Z*=Og3)

解上两式得

(7-4,5)

式中N—加荷次数

so—教正值，cm

P一单位面积压力，kpa

s'一各级荷载下的原始沉降，cm

C—斜率

求得so和C值后，按下述方法修正沉降观测值，对于比例界线

以前各点，根据C.P值按s二Cp计算；对于比例界线以后各点，则按

s=s，-so计算。根据p和修正后的s值绘制p飞曲线。

2.快速实验法

根据实验记录校外推法推算各级荷载下，沉降速率达成相对稳

定标准时所需的时间和沉降量，然后以推算的沉降量绘制p飞曲线。

各级荷载下，沉降达成相对稳定标准时所需时间和沉降量可按下式

计算：

热瓦(7-6)

瓦明.1)(7-7)

(7-8)

Tywt,,+1)1~yin(7>i)i2

1.,,皿仆1)一圣》叫包(7⑼

，N£[ln(r/+l)]2-(^ln(/；+l)f

式中tn——第八级荷我卜沉降达到相对稳定标准时所需的时间，min，当s不足30

的倍数时，可增大为30的倍数：

%——第〃级荷我卜沉降达到相对稳定标准时的沉降量，cm；

I.—沉降速率达相时稳定标准的时间增显，r.=60min;

5,一沉降速率达相对稳定标准的沉降增量，s,=0.lmm；

e-------自然对数的底；

an—第”级荷载F，—hu关系的核距，cm；

Bn——第”级荷投F，s~bu关系的斜率.

为了使快速法的成果与相对稳定法取得一致，必须从施加第二级荷

载开始，从沉降观测值中扣除以前各级沉降未稳定而产生的剩余沉

降的影响。剩余沉降量的计算公式如下：

式中

H-I

a”=Z4{呵NS-幻+iW+1}-3"(〃-口8+1](7-10)

本】——第〃级荷我第7次观测值中应扣除的剩余沉降量，cm

k——第'级前的荷教级数，%二1.2,...n-1；

Z一沉降观测的时间间隔，min：

N—每级荷载下沉降观测的次数：

n——荷我级数,

八荷载实验的使用条件

浅层平板载荷实验合用于地表浅层地基、特别合用于各种填土、含碎

石的土类。由于实验比较简朴、直观，因此，数年来应用广泛。但是,

在应用时，应对本方法的下述局限性给予充足的关注：

(1)平板载荷实验的影响深度范围不超过两倍承压板宽度(或直径),

故只能了解地表浅层地基土的特性。

(2)承压板的尺寸比实际基础小，在刚性承压板边沿产生塑性区的

开展，更易导致地基的破坏，使预估的承载力偏低。

(3)载荷板实验是在地表进行的，没有埋置深度所存在的超载，也会

减少承载力。

(4)实验

时的加载速率比实际工程快得多，对透水性较差的软粘土，其变形状

况与实际有较大差异，由此拟定的参数也有较大差异。

(5)小尺

寸刚性承压板下土中的应力状态极复杂，由此推求的变形模量只能

是近似的。

实验三标

贯实验

-基本概念及原理

标贯实验是标准贯入实验的简称。标贯实验是在现场测定砂或粘性土

的地基承载力的一种方法。这种方法通过测量规定重量的重锤自某一

特定高度自由锤击地基，贯入深度达某一值时的锤击数，以评价该

处地基土的性质及承载力。通常重锤质量取63.5±0.5kG,落距取76

±2cmo标贯实验是一种勘探与原位实验相结合的地基勘探方法，可

以简便快捷地得到近似的粘性土地基承载力标准值。

二实验设备

标准贯入实验设备重要由贯入器、触探杆和穿

心锤三部分组成：

标准贯入实验设条尺寸

落锤捶的质量(Kg)63.5

落距(cm)76

贯入对开管长度(mm)>500

器外径(mm)51

内径(mm)35

管靴K度(mm)50〜76

刃口角度18〜20

刃口单刃厚度(mm)2.5

钻杆直径(mm)42

相对弯度<1/1000

三操作过程

①钻具钻至实验土层标高以上约15厘米处，以避免下层土受扰动。

②贯入时，穿心锤落距为76厘米，使其自由下落，将贯入器直打入

土层中15厘米。以后每打入土层30厘米的锤击数，即为实测锤击数

No

③提出贯入器，取出贯入器中的土样进行鉴别描述。如此继续逐层实

验。当钻杆长度大于3米时，锤击数应按下式进行钻杆长度修正：

=aN,式中为标准贯入实验锤击数，a为触探杆长度校正系数，

如触探杆长分别为3、6、9、12、15、18、21米时,则a相应分别为

1、0.92、0.86、0.8K0.77、0.73、0.70。

四测定

根据标准贯入实验锤击数测定各类砂的地基承载力（公斤/平方厘米）,

一般为：

①当击数大于30时，密实的砾砂、粗砂、中砂（孔隙比均小于0.60）

为4公斤/平方厘米；

②当击数小于或等于30而大于15时,中密的砾砂、粗砂、中砂（孔

隙比均大于0.60而小于0.75）为3公斤/平方厘米，细砂、粉砂（孔

隙比均大于0.70而小于0.85）为1.5-2公斤/平方厘米；

③当击数小于或等于15而大于或等于10时，稍密的砾砂、粗砂、中

砂（孔隙比均大于0.75而小于0,85）为2,细砂、粉砂（孔隙比均

大于0.85而小于0,95）为1—L5o对于老粘土和一般粘性土的允许

承载力，当锤击数分别为3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、

23时,则其相应的允许承载力分别为1.2、1.6、2.0、2.4、2.8、3.2、

3.6、32、5.0、5.8、6・6公斤/平方厘米。

五承载力的拟定

一般结果都要进行杆长，上覆压力及地下水位的影响，现在趋势是

不进行修正。

标准贯入实验成果整理时，实验资料应

当齐全，涉及：钻孔孔径、钻进方式、护孔方式、落锤方式、地下水

位及孔内水位（或泥浆高程）、初始贯入度、预打击数、实验标贯击

数及深度记录、贯入器所取扰动土样的鉴别描述。（如做过锤击能

量标定实验的，应有F⑴〜t曲线）

我国各地区规范给出了按野外鉴别结果、室

内物理、力学指标，或现场动力触探实验锤击数查取地基承载力特性

值fak的表格，这些表格是将各地区荷载实验资料经回归分析并结

合经验编制的。下表为砂土按标准贯入实验锤击数N查取承载力特性

值的表格：

砂土承载力特性值晨（kPa）

10153050

土类

中砂、粗砂180250340500

粉砂、细砂140180250340

六技术要点

1标准贯入实验必须与钻探配合，以钻机设备为基础。

钻进方法：为保证钻孔质量，规定采用回转钻进，并保持孔内水位略

高于地下水水位，当钻进至实验标高以上15cm时，停止钻进。

还应注意：

(1)仔细清除孔底残土到实验标高，换用标准贯入器，并量得深度尺

寸；

(2)在地下水位以下钻进时，或遇承压含水砂层时，孔内水位应始

终高于地下水位，以减少对土的振动扰动；

(3)当下套管时，要防止套管下过头，否则在管内做试验会使N值

偏大。

2.为保证锤击时钻杆不发生侧向晃动，钻杆应定期检.为保证锤

击时钻杆不发生侧向晃动，钻杆应定期检查，使钻杆弯曲度小于查,

使钻杆弯曲度小于0.1%,接头应牢固，接头应牢固。

3.采用自动脱钩的自由锤击法进行标贯实验，并减少导向杆与锤之

间的摩擦阻力。避免锤击时偏心和晃动，保持贯入器、探杆、导向杆

连接后的垂直度，以保持锤击能量恒定。

4.将贯入器垂直打入实验土层中，锤击速率应小于3()击/min,先打

入15cm,不计锤击数，继续贯入，记录每打入10cm的锤击数，累计

30cm的锤击数即为标准贯入的锤击数N。若遇比较密实的砂土，贯

入局限性30cm的捶击数已超过50击时，应终止实验，并记录实际贯

入深度as(cm)和累计击数n。按下式换算成贯入3()cm的锤击数

N：N=30n/ASo

5.提出贯入器，将其中土样取出进行鉴别描述、记录，然后换以钻具

继续钻进，至下一需要进行实验的深度，再反复上述操作。一般每隔

1.0〜2.0m进行一次实验。

6.在不能保持孔壁稳定的钻孔中进行实验时，应下套管以保护孔壁,

但实验深度必须在套管75cm以下，或采用泥浆护壁。

7.最后绘出击数N和贯入深度标高(H)的关系曲线。

七标贯实验的应用

1.评估砂土的密实状态

2.评估粘性土的稠度状态

3.评估地基土的承载力

4.评估土的变形参数

5.预估单桩承载力

6.砂土液化判别

7、估算地基基床反力系数

8、估算土层的平均弹性剪切波速vp(m/$)

9、地基解决效果检测

实验四静力触探

实验(CPT)

-基本概念与原理

静力触探实验是用静力将探头以一定的速率压入土中，运用探

头内的力传感器，通过电子量测仪器将探头受到的贯入阻力记录下

来。由于贯入阻力的大小与土层的性质有关，因此通过贯入阻力的变

化情况，可以达成了解土层的工程性质的目的。

静力触探实验可根据工程需要采用单桥探头、双桥探头

或带孔隙水压力量测的单、双桥探头，可测定比贯入阻力（）、锥尖

阻力（）侧壁阻力（）和贯入时的孔隙水压力（u）o静力触探实验合用

于软土、一般粘性土、粉土、砂土和少量碎石的土。

物理原理：探头压入时受到的阻力大小与土层的软硬限度成比例C

探头压入时，土层孔隙水渗入探头形成水压力。

传感原理：阻力测量：阻力转化为电阻片的变形，形成电信号。

孔压测量：孔压转化为电阻膜片的变形，形成电信号。

二仪器设备

静力触探实验设备重要有三部分组成：触探头、测量记录仪表、贯

入系统。

触探头

7

单桥探头结

构及工作原理示意图

1—顶柱；2-外套简；3-探头管；

4-导线；

5-环氧树脂密封垫圈；6-橡皮管；7

-空心变形柱；8-应变片；9、探杆

探头有两种规格：双桥探头和单桥探头，其规格如表所

单桥探头规格

双桥探头规格

型锥底锥有锥型锥底锥有锥

号直径底效角号直径底效角

①面侧a①面侧a

(m积壁((m积壁(

m)A(长0)m)A(长°)

cm2)度cm2)度

L(mL(m

m)m)

135.1561135.126

707070000

143.176143.136

I7500II75000

测量记录仪表有电阻应变仪和自动记录仪两种。

毋

贝

入系统有加压装置和反力装置组成，其中加压装置分三种：1.手摇式

轻型静力触探（用于施工地狭小场地的浅层地基）

2.齿轮机械式静力触探（结构简朴，使用方便，但贯入力有限）

3.全液压传动静力触探。（目前国内普遍使用装置）

反力装置有三种解决方式：1.运用地锚作反力。（本地表有一层较硬的

粘性土肘）

2.

用重物作反力。（本地表为砂砾、碎石土时）

3.运用车辆自重作反力。

三操作过程

现场实验环节如下：

1.将仪表与探头接通电源，打开仪表和稳压电源开关，使仪器预热

15min。

2.根据土层软硬情况，拟定工作电压，将仪器调零，并记录孔号、

探头号、标定系数、工作电压及日期。

3.先压入0.5m,稍停后提高10cm，使探头与地温相适应，记录仪器

初读数。实验中每贯入10mm测记读数一次。以后每贯入3〜

5m,要提高5〜10cm,以检查仪器初读数。

4.探头应匀速垂直压入土中，贯入速度控制在1.2m/min。

5.接卸钻杆时，切勿使入土钻杆转动，以防止接头处电缆被扭断，同

时应严防电缆受拉，以免拉断或破坏密封装置。

6.防止探头在阳光下暴晒，每结束一孔，应及时将探头锥头部分卸下,

将泥沙榛洗干净，以保持顶柱及外套筒能自由活动。

四技术规定

静力触探实验的技术规定应符合下列规定：

1.探头圆锥锥底截面积应采用10或15,单桥探头侧壁高度应分

采用57mm或70mm,双桥探头侧壁面积应采用150〜300,锥

尖锥角应为60°o2.探头测力传感器应连同仪器、电缆进行定期标

定，室内探头标定测力传感器的非线性误差、反复性误差、滞后误差、

温度漂移、归零误差均应小于1%FS,现场实验归零误差应小于3%,

绝缘电阻不小于500M

3.深度记录的误差不应大于触探深度的±1%。

4.当贯入深度超过30m或穿过厚层软土后再贯入硬土层时，应采用

措施防止孔斜或断杆，也可配置测斜探头，量测触探孔的偏斜角，校

正土层界线的深度。

5.孔压探头在贯入前，应在室内保证探头应变腔为已排除气泡的液体

所饱和，并在现场采用措施保持探头的饱和状态，直至探头进入地下

水位以下的土层为止。在孔压静探实验过程中不得上提探头。

6.当在预定深度进行孔压消散实验时，应量测停止贯入后不同时间的

孔压值，其计时间隔由密而疏合理控制；实验过程中不得松动探杆。

五计算

1原始数据的修正

（1）深度修正

当记录深度与实际深度有出入时，应按深度线性修正深度误差。若触

探的同时量测触探杆的偏斜角0（相对铅垂线），也需要进行深度的修

正。假定偏斜的方位角不变，每1m测一次偏斜角，则深度修正△

为：

3=2｛号）

式中：一第i段的深度修正值

（P、、（p、T—第i次、i—1次的实测偏斜角

（3）到深度处，总的深度修正值为E,实际的深

度应为一E；

（4）飘零修正

一般根据归零检查的深度间隔按线性内插法对测试值加以修正。

2数据整理

（1）初读数的解决

初读数是指探头在不受土层阻力的条件下，传感器的初始应变的读

数。影响初读数的因素很多，最重要的是温度。由于现场工作过程

的地温与气温同探头标定期的温度不同样。消除初读数影响的办法,

可采用每隔一定深度将探头提高一次，在其不受力的情况下将应变

仪调零一次，或测定一次初读数。后者在进行应变量计算时，按下式

消除初读数的影响

式中：£一应变量；一探头压入时的读数；一初读数。

（2）贯入阻力的计算

将电阻应变仪测出的应变

量£，换算成比贯入阻力（单桥探头），或锥头阻力及侧壁摩擦力

（双桥探头），计算公式如下：

P、二a£

q0二四%

fs-%小

式中：一应

变仪标定的单桥探头、双桥探头的锥头传感器及摩擦传感器的标定系

数,MPa；

£、£q、名单桥探头、双桥探头的

锥头及侧壁传感器的应变量。

（5）自动记录仪绘制出的贯入阻力随深度变化曲线，其自身就是土

层力学性质的柱状图，只需在其纵、横坐标上绘制比例标尺，就

可在图上直接量出或、值的大小。

(6)摩阻比的计算

摩阻比是以百分率表达的双桥探头的

各相应深度的锥头阻力和侧壁摩擦力的比值，即

Rf上xlOO%

q,

式中：一一摩阻比。

六要点

做好准备工作：1.设立反力装置(或运用车装重量)。2.安装好加压和量

测设备，并用水准尺将底板调平。3.检查电源电压是否符合规定。4.

检查仪表是否正常°5.检查探头外套筒及锥头的活动情况，并接通仪

器，运用电阻挡调节度盘指针，如调节比较灵活，说明探头正常。

注意实验环节。

七应用

1应用范围

静力触探实验的应用范围有：1.查明地基土在水平方向和垂直方向

的变化，划分土层,拟定土的类。2.拟定建筑物地基土的承载力和

变形模量以及其他物理力学指标。3.选择桩基持力层，预估单桩承载

力，判桩基沉入的也许性。4.检查填土及其别人工加固地基的密实限

度和均匀性，判砂土的密度及其在地震作用下的液化也许性。5.湿

陷性黄土地区用来查找浸水湿陷事故的范围和界线。

2按贯入阻力进行土层分类

运用静力触探进行土层分类，由于不同类型的土也许有相同的、