工程地质测试与试验

1、第八章 工程地质测试与试验,一、原位测试特点 免除取样麻烦； 试样尺寸较大； 保持天然状态，综合反映客观； 试验成果可靠； 试验周期长； 试验设备较笨重，操作复杂。,原位测试,土体原位测试方法,原位测试,1、原理 模拟建筑物基础的工作状态，保持土体天然结构，逐级加荷，观测变形特性。 2、设备 承压板；加荷装置；观测装置。,原位测试,二、载荷试验,承压板面积：50 x50cm2 ；厚度：4050mm,加荷：油压千斤顶、锚式或斜撑反力装置,观测装置：百分表,3、试验要点 成坑、准备、安装、加荷、观测、终止、卸荷,原位测试,4、成果应用 PS曲线、曲线特征值,确定承载力、变形模量,3、 试验要点：

2、成坑-试坑达板宽三倍，承载板位于基底标高处。 准备-预留30cm以保持天然状态，降低地下水位，铺2cm砂垫层放承载板。 安装-压板均匀接触坑底，安装加荷与观测装置。,锚,原位测试,加荷-分级加荷。第一级计入设备重，接近卸除土重，其后为1/8极限荷载。,终止-,a.尽可能最终荷载达地基极限承载力；,b.出现以下情况可终止： 压板周边土隆起； 荷载不变，沉降加速，曲线出拐点； 总沉降量0.08b； 某级荷载下，24h沉降不稳；,c.达不到极限荷载，最大压力达预期压力2倍。,观测- 间隔时间：10、10、10、15、15、30min、稳定标准：连续四次沉降量，0.1mm/h。,顶,原位测试,卸荷-卸

3、荷量可取每级加荷量的两倍，历时1h，隔15min观测一次，卸载完毕继续观测3h。,4、成果应用,成果整理,主要成果为PS曲线,曲线特征值 第一拐点pa为比例界限或临塑荷载； 第二拐点pb为极限界限值（临界荷载）。,原位测试,表达土体变形三阶段，即：压密、塑性变形、整体剪切破坏。,成果应用-,a.确定地基承载力基值,f0 = pa,若pb 1.5 pa ，取f0=1/2 pb；,pa 、pb无法确定，则取s/b=0.02(0.010.015)对应的p值为f0值。高压缩性土取高值。,原位测试,E 0 =BI(1-2)p/s,B：板宽； I：压板深度系数；：压板形状修正系数； ：土的泊松比； p、s

4、：PS曲线直线段上任一点的压力、沉降值。 d ：压板直径,E 0 =I0*(1-2)p/s*d,土的变形模量指土在单轴受力、无侧限情况下似弹性阶段的应力应变之比，由PS曲线直线段，按弹性理论求：,b.计算变形模量,原位测试,-工程地质手册,5、影响因素分析 承压板尺寸- 判稳标准-相对稳定； 压板埋深-同基底埋深，浅？ 土体均匀性-影响深度1.52.0倍，非均?,承压板与实际基础尺寸的差异对沉降的影响,承压板宽度与沉降量关系,原位测试,三、静力触探,原理-用静力将探头压入土中，因土层结构不同，探头贯入阻力各异。由此了解地层情况。,优点：具有勘探与测试双功用；精度高、快速、连续、高效、多用；技术

5、比较先进。,缺点：应用受限制，碎石类土不可用；不能直接观察地层。,1、原理特点,原位测试,2、设备及操作要点,设备：主机与反压装置、测量记录装置、探头。,试验步骤：探头率定；入场就位；调试仪器；贯入、测记（垂直贯入，控制速率12cm/s）。,注意事项：避开地下设施；保持探杆铅直，初贯入时不可有侧推；在已有孔旁距离大于孔径2025倍，以防土层扰动。,原位测试,停止贯入的情况：主机负荷达到额定荷载的120%；贯入时探杆出现明显弯曲；探头负荷达到额定荷载；反力装置失效。,3、资料整理,计算-采用电阻应变仪时，据应变量按率定曲线换算，即：,触探成果图-以深度为纵坐标绘 qc H, fs H, ps H

6、, FRH, UH的变化曲线。,比贯入阻力：,锥尖阻力：,侧摩阻力：,摩阻比：,孔压：,原位测试, 曲线修正,A,深度修正-,B,幅度修正 按归零点与记录纸零线位置，反号调整。,以孔口为深度零点对记录曲线深度按上式修正，曲线长度不足，按其发展趋势补入。,式中：D：实际贯入深度；l：杆长；n：杆数；h：自锥底全断面起算探头长度；l：未入土杆长。,计算式为：,原位测试,4.1 划分土层、土类判别：,b.力学分层：据曲线形状、参数值、结合分类标准进行分层定名；用临界深度概念确定分层界面, 土类判别-,a.由曲线求参数均值： 不计超前、滞后段和特殊值；, 分层-,以锥尖阻力qc为主，结合fs (FR)

7、或U值予以分类（曲线形状、参数值分类标准）。,4、成果应用,原位测试,特点：方法简洁、经济、周期短,b.求地基土承载力基本值：,a.土的抗剪强度参数：,式中：-摩擦角；qc-锥尖阻力；400 qc 8200(kPa),式中：、-土类修正系数，查表。,式中：c-粘聚力；fs-侧摩阻力；a、b-系数，与土类有关。,4.2 求土层工程性质指标：,原位测试,a.确定单桩承载力：,b .确定桩端持力层：,静探与沉桩机理相似,由静力触探曲线可找出锥尖阻力较高的层位；,根据阻值大小和桩基设计要求，可确定桩端持力层；,进一步可确定桩长及桩截面尺寸、单桩数量等。,4.3 、在桩基勘查中的应用：,原位测试,5、影

8、响因素分析：,探头探杆规格：锥头底面积增大，qc、fs会减小；筒长增， qc增， fs减；筒、杆小于锥底径，阻力值减小,贯入速率：贯入阻力随贯入速率而有所不同。2cm/s时影响较小。,孔压探头饱和：严格饱和才能测试准确，若空气未排尽会影响准确性。,原位测试,5、影响因素分析：,温度：电阻应变片受温度影响产生电阻率变化，影响测试。探头应保温，防晒防冻。,其他：探杆倾斜弯曲；地层软硬变化大，孤石、砖瓦等；深层触探，当地层较硬时，出现地层“缺失”-测试深度大于实际深度；仪器精度和操作水平的影响。,长时间通电；地温差异；探头贯入的摩擦热；传感器变形的应力热；,原位测试,1、原理-应用一定的锤击动能，将

9、探头打入土中，根据入土深度对应的锤击数判定土的性质。,特点-设备简单、易学易用、适应性广，可连续测试，标贯可观察土样。,类型-轻型-N10 重型-N63.5 超重型-N120 标准贯入-N,四、动力触探,原位测试,原位测试,常用动力触探类型及规格,设备导向杆、提引器、穿心锤、锤垫、探杆、探头,测试程序-,轻型-落距0.5m，记录每打入0.30m所需的锤击数；贯入深度4m；遇硬层，击数超过100击，停止试验。,重型-落距0.76m，记录每打入0.10m 所需的锤击数；杆正、匀速（1530击/min）、连续打入；砂砾类土贯入深度1215m；当贯入0.10m 击数连续三次超过50击，停止或改超重型。

10、,超重型-落距1.00m,记录每打入0.10m 所需的锤击数；贯入深度20m,余同上。,2、圆锥动探试验：,原位测试,现场核对记录的击数和贯入深度；,实测击数校正及统计分析：,以校正后的击数和贯入深度绘击数深度关系曲线。,轻型绘N10 曲线图；均值统计：,重型杆长校正：,超重型先换算为重型击数：,再按上式校正击数；,成果资料,原位测试,a.特点-标贯器、测试方法不同于其他探头。,b.试验要点-,提升贯入器，进行土样鉴别描述，测长度，保留土样。,贯入速率保持为1530击/min，预打0.15cm，开始计数，由0.10N得到0.30N。当击数大于50击时，停止贯入并记录对应的贯入深度；,垂直轻放，

11、孔口加导向器；,预留0.15m，清净残土，保持孔内水位高于地下水位；,国际通用方法-SPT,3、标准贯入试验：,原位测试,当在地下水位以下的土层中进行试验时，应使孔内水位保持高于地下水位，以免出现涌砂和塌孔，必要时，应下套管或用泥浆护壁。,d.资料分析-,不能连续贯入，每0.45m需提升，钻至预定深度，再贯入。,不适宜用于碎石类土。,击数等于实测值N；,绘标贯击数-深度NH关系曲线。,未贯入0.30m，,e.标贯击数判别砂土液化：,c.注意事项-,原位测试,-砂土,划分土层：按锤击数，高-粗粒土，低-细粒土；求均值，定名,确定承载力：规范查表；动贯入阻力求标值：,4、动探成果应用,动贯入阻力：

12、,原位测试,求单桩承载力： 桩打入与动探打入有相似机理，可据动探估计桩端阻力。,确定砂土密度及液化势： 密度与击数的关系查规范；液化判别用标贯法。,确定粘性土稠度及c，值：多为经验，未入规范。,桩基持力层-密砂-N30；土层-N63.520；卵石-N1208,原位测试,主要为土层及测试机理、设备与试验方法两方面的影响,有效锤击能：能量消耗于锤与垫碰撞、杆变形、孔壁摩擦等，此外才是克服土体阻力的锤击能。,动探方法非标准，成果无法对比。,设备的贯入能力及适用性： 轻-较适于软土；超重-砾石层,动贯入阻力：,有效锤击能：,贯入度：,阵击贯入深度,5、影响因素,原位测试,钻进方法（参见标贯）,土层埋深

13、：上覆土压力、侧压力增大，贯入阻力增，动探击数增,杆偏斜的影响： 增加侧壁摩阻，减有效锤击能，对击数有影响。,探杆长度影响：依规范进行校正。 ,最佳贯入深度下限： 轻：610m； 重：1425m； 超重：40m；,规范规定： 偏斜度2%， 保持速率： 1530击/min。,5、影响因素（续),原位测试,小结： 原位测试主要特点 试样较大、免取样； 保持天然状态、综合反映客观；试验成果可靠；设备、技术要求高。 载荷试验成果应用 确定地基承载力基值、计算变形模量 动探试验的特点、原理及适用范围 标贯试验的注意事项 不适宜用于碎石类土；不能连续贯入，每0.45m需提升，钻至预定深度，再贯入。,思考题：,原位测试方法的主要特点是什么？ 载荷试验成果？PS曲线对应的地基变形三阶段和特征值意义为何？,标准贯入器结构,1-穿心锤 2-锤垫 3-触探杆 4-贯入器头 5-出水孔 6-贯入器身 7-贯入器靴,动力触探直方图及土层划分,静力触探试验,习题1 某建筑场地土层为稍密砂层，用方形板面积0.5m2进行载荷板试验，压力和相应沉降见表，试求土层承