第7、8章原位測試與室內試驗

1、 主要介紹常用主要介紹常用原位測試基本原理及成果的應用原位測試基本原理及成果的應用: :載荷試驗載荷試驗(CPT)(CPT)、靜力觸探試驗、靜力觸探試驗(DPT)(DPT)、 圓錐動力觸探圓錐動力觸探(DPT) (DPT) 、標準貫入試驗、標準貫入試驗(SPT) (SPT) 、十字板剪切試驗、十字板剪切試驗(VST) (VST) 、扁鏟側脹試驗扁鏟側脹試驗 、旁壓試驗、波速測試、現場剪切試驗、旁壓試驗、波速測試、現場剪切試驗 、巖體原位應力測試、激振法測試。巖體原位應力測試、激振法測試。 概述概述巖土工程巖土工程 勘察試驗類型：勘察試驗類型：室內試驗室內試驗原位測試原位測試巖土工程巖土工程 勘

2、察試驗目的：勘察試驗目的：取得土和巖石的物理力學性質指標及地取得土和巖石的物理力學性質指標及地下水等性質指標，以供土木工程師設計下水等性質指標，以供土木工程師設計時采用。時采用?，F場原位測試現場原位測試就是在巖土層原來所處的位置基本保持的天然結就是在巖土層原來所處的位置基本保持的天然結構、天然含水量以及天然應力狀態(tài)下，測定巖土的工程力學性質指構、天然含水量以及天然應力狀態(tài)下，測定巖土的工程力學性質指標。標。優(yōu)點：優(yōu)點：可以可以測定難以取得不擾動樣的有關工程力學性測定難以取得不擾動樣的有關工程力學性質質；可；可避免取樣過程中應力釋放避免取樣過程中應力釋放的影響；的影響；影響影響范圍大，代表性強范

3、圍大，代表性強?？梢怨?jié)省勘察時間?？梢怨?jié)省勘察時間。缺點：缺點：各種原位測試有其適用各種原位測試有其適用條件；有些理論往往建條件；有些理論往往建立在統(tǒng)計經驗的關系上立在統(tǒng)計經驗的關系上等。等。 靜力載荷試驗靜力載荷試驗(CPT)(CPT)； 靜力觸探試驗靜力觸探試驗(DPT)(DPT)； 標準貫入試驗標準貫入試驗(SPT)(SPT)； 十字板剪切試驗十字板剪切試驗(VST)(VST)； 波速測試；波速測試； 現場滲透試驗現場滲透試驗等等 。 常用原位常用原位測試方法：測試方法：10.1.1 10.1.1 原位測試方法應根據巖土條件、設計原位測試方法應根據巖土條件、設計對參數的要求、地區(qū)經驗和測

4、試方法的適用性對參數的要求、地區(qū)經驗和測試方法的適用性等因素選用。等因素選用。 7.1 7.1 靜力載荷試驗靜力載荷試驗(CPT)(CPT)靜力載荷試驗分為靜力載荷試驗分為平板載荷試驗、平板載荷試驗、螺旋板載荷試驗、深層平板載荷試螺旋板載荷試驗、深層平板載荷試驗等。驗等。 試驗目的：試驗目的：確定地基土承載力及土的變形模確定地基土承載力及土的變形模量。估算土的不排水抗剪強度，量。估算土的不排水抗剪強度，確定土的基床反力系數。確定土的基床反力系數。 適用條件：適用條件：各種土，各種復合地基，各各種土，各種復合地基，各種基礎工程種基礎工程( (主要是樁基礎主要是樁基礎單樁，群樁單樁，群樁).).7

5、.1.1 根據實測結果繪制荷載與沉根據實測結果繪制荷載與沉降降(p-s(p-s) )關系曲線，通過分析試驗關系曲線，通過分析試驗曲線即可確定曲線即可確定地基承載力、地基土地基承載力、地基土的變形模量、估算地基土的不排水的變形模量、估算地基土的不排水抗剪強度、估算地地基土基床反力抗剪強度、估算地地基土基床反力系數。系數。 7.1.4 7.1.4 試驗資料處理及成果應用試驗資料處理及成果應用1 1、確定地基土的承載力、確定地基土的承載力由載荷試驗由載荷試驗P PS S曲線確定地基土承載力，可曲線確定地基土承載力，可按按P PS S曲線的線型可分別采用曲線的線型可分別采用拐點法、相對沉降拐點法、相對

6、沉降法和極限荷載法法和極限荷載法等。等。 (1)(1)拐點法拐點法( (強度控制法）強度控制法） 取第一拐點取第一拐點P0(P0(比例界限點比例界限點) )所所對應的荷載為地基土的容許承對應的荷載為地基土的容許承載力值。載力值。當當PS曲線上拐點不太明顯時曲線上拐點不太明顯時,怎么處理？怎么處理？在在P PS S曲線上取曲線上取S Sb b一定比值所對應的荷載為地基土的容一定比值所對應的荷載為地基土的容許承載力：許承載力： 若承壓板面積為若承壓板面積為0.25-0.50m0.25-0.50m2 2 1) 1)對一般粘性土、粉土等中、高壓縮性土宜采用對一般粘性土、粉土等中、高壓縮性土宜采用S S

7、b=0.02b=0.02對應的壓力為容許承載力；對應的壓力為容許承載力； 2 2）對砂土等低壓縮性土宜采用）對砂土等低壓縮性土宜采用 S Sb=0.01-0.015b=0.01-0.015對應的對應的壓力為地基土的容許承載力。壓力為地基土的容許承載力。(2)(2)相對沉降法相對沉降法1 1）比例界限）比例界限P0P0與極限荷載與極限荷載PuPu接近時，將接近時，將PuPu除以安全除以安全系數系數Fs(FsFs(Fs=2-3)=2-3)作為地基土的容許承載力；作為地基土的容許承載力；2 2）當比例界限）當比例界限P0P0與極限荷載與極限荷載PuPu相差較遠時，可按下相差較遠時，可按下式確定地基土

8、承載力基本值：式確定地基土承載力基本值： (3)(3)極限荷載法極限荷載法不同埋深的載荷試驗，計算地基土變形模量的方法不同不同埋深的載荷試驗，計算地基土變形模量的方法不同（圓和方承壓板）：（圓和方承壓板）： (1)(1)淺層平板載荷試驗，地基土變形模量淺層平板載荷試驗，地基土變形模量EoEo可按下式計可按下式計算：算：2 2、確定地基土的變形模量、確定地基土的變形模量E E。sbpEspbE)1 (4)1 (2020b b承壓板的直徑或寬度承壓板的直徑或寬度 (2)(2)深深層平板載荷試驗，變形模量層平板載荷試驗，變形模量Eo可按下式計算：可按下式計算：與試驗深度和土類別有關的系數與試驗深度和

9、土類別有關的系數 用快速法載荷試驗得到的極限荷載用快速法載荷試驗得到的極限荷載PuPu估算飽和粘性土的估算飽和粘性土的不排水抗剪強度不排水抗剪強度Cu(0=0)Cu(0=0)可用下式計算：可用下式計算：3 3、估算地基土的不排水抗剪強度、估算地基土的不排水抗剪強度CuCu4 4、確定地基土基床反力系數、確定地基土基床反力系數KsKs基床反力系數：彈性半空間地基上某點所受的法基床反力系數：彈性半空間地基上某點所受的法向壓力與相應位移的比值。類似于虎克定理里的向壓力與相應位移的比值。類似于虎克定理里的K K，地基剛度。地基剛度。 7.27.2 靜力觸探試驗靜力觸探試驗(DPT)(DPT) （1 1

10、）試驗適用條件）試驗適用條件10.3.1 靜力觸探試驗適用于軟土、一靜力觸探試驗適用于軟土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土的土.靜力觸探可根據工程需要采用單靜力觸探可根據工程需要采用單橋探頭、雙橋探頭或帶孔隙水壓力量橋探頭、雙橋探頭或帶孔隙水壓力量測的單、雙橋探頭，可測定比貫入阻測的單、雙橋探頭，可測定比貫入阻力力(ps)、錐尖阻力、錐尖阻力(qc)、側壁摩阻力、側壁摩阻力(fs)和貫入時的孔隙水壓力和貫入時的孔隙水壓力(u)。 10.3.1 靜力觸探試驗靜力觸探試驗(CPT) (cone penetration test)是用靜力勻速將標準是用靜力勻速

11、將標準規(guī)格的探頭壓人土中規(guī)格的探頭壓人土中 同時量測探頭阻力同時量測探頭阻力 測定土的力學特性測定土的力學特性 具有勘探和測具有勘探和測試雙重功能。試雙重功能。常用的靜力觸探探頭分為常用的靜力觸探探頭分為單單橋探頭和雙橋探頭。橋探頭和雙橋探頭。 單橋只能測得單橋只能測得總貫入阻力總貫入阻力，而雙橋則能同時測得而雙橋則能同時測得側壁阻力側壁阻力fsfs和錐尖阻力和錐尖阻力QcQc。（2 2）試驗資料處理及成果應用）試驗資料處理及成果應用 根據試驗結果繪制比貫入阻力根據試驗結果繪制比貫入阻力-深度關系曲線、錐尖阻力深度關系曲線、錐尖阻力-深度關系曲線、側壁摩阻力深度關系曲線、側壁摩阻力-深度關系曲

12、線和摩阻比深度關系曲線和摩阻比-深度關深度關系曲線。系曲線。由靜力觸探成果可劃分土層界線、評定地基土的強度參數、由靜力觸探成果可劃分土層界線、評定地基土的強度參數、評定土的變形參數、評定地基土的承載力、預估單樁承載力評定土的變形參數、評定地基土的承載力、預估單樁承載力及判定飽和砂土和粉土的液化。及判定飽和砂土和粉土的液化。 7.3圓錐動力觸探圓錐動力觸探(DPT)優(yōu)點：優(yōu)點：設備簡單、操作方便、工效較高、適應性廣，并具有連續(xù)貫設備簡單、操作方便、工效較高、適應性廣，并具有連續(xù)貫入的特性。對難以取樣的砂土、粉土、碎石類土等，對靜力入的特性。對難以取樣的砂土、粉土、碎石類土等，對靜力觸探難以貫入的

13、土層，動力觸探是十分有效的原位測試手段。觸探難以貫入的土層，動力觸探是十分有效的原位測試手段。缺點：缺點：不能采樣對土進行直接鑒別描述，試驗誤差稍大，再現性差。不能采樣對土進行直接鑒別描述，試驗誤差稍大，再現性差。 10.4.1 圓錐動力觸探試驗圓錐動力觸探試驗(DPT) (dynamic penetration test)是是用一定質量的重錘以一定高度的自由落距，將標準規(guī)格的圓錐用一定質量的重錘以一定高度的自由落距，將標準規(guī)格的圓錐形探頭貫入土中，根據打入土中一定距離所需的錘擊數判定土形探頭貫入土中，根據打入土中一定距離所需的錘擊數判定土的力學特性，具有勘探和測試雙重功能。的力學特性，具有勘

14、探和測試雙重功能。(a)定性評價：評定場地土層的均勻性；查明土洞、定性評價：評定場地土層的均勻性；查明土洞、滑動面和軟硬土層界面；確定軟弱土層或堅硬土層的分布；滑動面和軟硬土層界面；確定軟弱土層或堅硬土層的分布；檢驗評估地基土加固與改良的效果。檢驗評估地基土加固與改良的效果。(b)定量評價：確定砂土孔隙比、相對密實度、粉土和定量評價：確定砂土孔隙比、相對密實度、粉土和粘性土的狀態(tài)、土的強度和變形參數、評定地基土的承載力粘性土的狀態(tài)、土的強度和變形參數、評定地基土的承載力或單樁承載力或單樁承載力。 （1）目的與適用條件）目的與適用條件目的：目的：適用于強風化、全風化的硬質巖石、各種軟質巖石及各適

15、用于強風化、全風化的硬質巖石、各種軟質巖石及各類土。類土。適用條件：適用條件： （2）試驗裝置動力觸探設備）試驗裝置動力觸探設備主要由探頭和落錘兩部分組成，可分為輕型、重型及超重型主要由探頭和落錘兩部分組成，可分為輕型、重型及超重型三類。三類。 （3）試驗資料處理及成果應用）試驗資料處理及成果應用 (a)確定砂土和碎石土的密實度；確定砂土和碎石土的密實度； 根據試驗結果繪制錘擊數和錘擊隨深度變化的關系曲線。根據試驗結果繪制錘擊數和錘擊隨深度變化的關系曲線。 其成果應用：其成果應用：(b)確定地基土的承載力和變形模量；確定地基土的承載力和變形模量；(c)檢驗評估地基土加固與改良的效果；檢驗評估地

16、基土加固與改良的效果；(d)確定單樁承載力標準值。確定單樁承載力標準值。7.4標準貫入試驗標準貫入試驗(SPT) 標準貫入試驗是動力觸探類型之一。標準貫入試驗是動力觸探類型之一。但有所但有所不同不同。觸探頭不是觸探頭不是圓錐形探頭圓錐形探頭，而是標準規(guī)格的而是標準規(guī)格的圓筒形探頭圓筒形探頭(由兩個半圓管合成的取土器由兩個半圓管合成的取土器)，稱為稱為貫入器貫入器。10.5.1 標準貫入試驗標準貫入試驗(SPT) (standard penetration test) 是用質量為是用質量為63.5kg 的穿心錘，的穿心錘，以以76cm 的落距將標準規(guī)格的貫入器，自鉆孔的落距將標準規(guī)格的貫入器，自

17、鉆孔底部預打底部預打15cm ，記錄再打入，記錄再打入30cm 的的錘擊數，判定土的力學特性錘擊數，判定土的力學特性 砂土、粉土和一般粘性土，最適用砂土、粉土和一般粘性土，最適用N=250擊的土層。擊的土層。目的：目的：(a) 根據標準貫入擊數根據標準貫入擊數N，利用地區(qū)經驗，對砂土，利用地區(qū)經驗，對砂土的密實度和粉土、粘性土的狀態(tài)、土的強度參數、的密實度和粉土、粘性土的狀態(tài)、土的強度參數、變形模量、地基承載力等作出評價。變形模量、地基承載力等作出評價。(b) 估算單樁極限承載力和判定沉樁可能性。估算單樁極限承載力和判定沉樁可能性。(c) 判定飽和粉砂、砂質粉土的地震液化可能性及判定飽和粉砂、

18、砂質粉土的地震液化可能性及液化等級。液化等級。（1）試驗目的與適用條件）試驗目的與適用條件適用條件：適用條件：操作操作簡簡便，設備簡單，土層的適應性廣，而且通過貫入器可便，設備簡單，土層的適應性廣，而且通過貫入器可以采取擾動土樣，對它進行直接鑒別描述和有關的室內土工以采取擾動土樣，對它進行直接鑒別描述和有關的室內土工試驗，如取砂土做顆粒分析試驗。試驗，如取砂土做顆粒分析試驗。標準貫入試驗一般結合鉆孔進行，其優(yōu)點標準貫入試驗一般結合鉆孔進行，其優(yōu)點:該試驗特別對該試驗特別對鉆探中難以取樣的砂土和粉土的工程性質的評鉆探中難以取樣的砂土和粉土的工程性質的評定具有獨特意義。定具有獨特意義。（3）試驗資

19、料處理及成果應用）試驗資料處理及成果應用標貫擊數標貫擊數N與深度的關系曲線、標貫孔工程地質柱狀剖面圖與深度的關系曲線、標貫孔工程地質柱狀剖面圖。成果應用成果應用:l由標貫成果可評定砂土的密實度和相對密度由標貫成果可評定砂土的密實度和相對密度;l評定粘性土的狀態(tài)評定粘性土的狀態(tài)l評定砂土抗剪強度指標評定砂土抗剪強度指標經驗關系式經驗關系式l評定粘性土的不排水抗剪強度指標評定粘性土的不排水抗剪強度指標Cu太沙基和佩克太沙基和佩克:Cu=(6:Cu=(66.5)N6.5)N日本規(guī)范日本規(guī)范: Cu=(6: Cu=(610)N10)Nl評定土的變形模量和壓縮模量評定土的變形模量和壓縮模量l確定地基承載

20、力確定地基承載力l估算單樁承載力估算單樁承載力經驗關系式經驗關系式l判定飽和砂土的地震液化可能性及液化等級判定飽和砂土的地震液化可能性及液化等級cwscrddNN31 . 09 . 00當當飽和砂土或飽和粉土飽和砂土或飽和粉土實測標準貫入錘擊數實測標準貫入錘擊數NoNo值小于下式確值小于下式確定的臨界值定的臨界值時，則應判別為可液化土，否則為不液化土。時，則應判別為可液化土，否則為不液化土。7.5十字板剪切試驗十字板剪切試驗(VST) 10.6.1 十字板剪切試驗十字板剪切試驗(VST) (vane shear test)是用插入土中是用插入土中的標準十字板探頭，以一定速率扭轉，量測土破壞時的

21、抵抗力的標準十字板探頭，以一定速率扭轉，量測土破壞時的抵抗力矩，測定土的不排水抗剪強度矩，測定土的不排水抗剪強度 。十字板剪切試驗適用于靈敏度不大于十字板剪切試驗適用于靈敏度不大于10，固，固結系數不大于結系數不大于100m2/年的均質飽和軟粘土。年的均質飽和軟粘土。 目的：目的：測定原位應力條件下軟粘土的不排水抗剪強度測定原位應力條件下軟粘土的不排水抗剪強度Cu、估算軟粘性土的靈敏度。估算軟粘性土的靈敏度。（1）試驗目的與適用條件）試驗目的與適用條件適用條件：適用條件：（2）試驗資料處理及成果應用）試驗資料處理及成果應用（a a）測定軟粘土的不排水抗剪強度）測定軟粘土的不排水抗剪強度(Cu)

22、f(Cu)f；十字板實測不排水十字板實測不排水抗剪強度?？辜魪姸?。（b b）估算軟粘性土的靈敏度）估算軟粘性土的靈敏度StSt；（c c）評定地基土的承載力。）評定地基土的承載力。 7.6 7.6 旁壓試驗旁壓試驗 ( (橫壓試驗橫壓試驗) )（1）試驗目的與適用條件）試驗目的與適用條件用于測定用于測定粘性土、粉土、砂土、碎石土、粘性土、粉土、砂土、碎石土、軟質巖石和風化巖軟質巖石和風化巖的承載力的承載力fk、旁壓模、旁壓模量量Em等等(軟土地基一般不適宜）。軟土地基一般不適宜）。10.7.1 旁壓試驗旁壓試驗(PMT) (pressuremeter test)是用可側向膨是用可側向膨脹的旁壓

23、器脹的旁壓器，對鉆孔孔壁周圍的土體施加徑向壓力的原位測對鉆孔孔壁周圍的土體施加徑向壓力的原位測試試，根據壓力和變形關系根據壓力和變形關系，計算土的模量和強度計算土的模量和強度 。（2）試驗資料處理及成果應用）試驗資料處理及成果應用主要為壓力和擴張體積曲線主要為壓力和擴張體積曲線(p-V)、壓力和半徑增量曲線、壓力和半徑增量曲線(p-r)。a.評定地基承載力評定地基承載力:特征值的確定特征值的確定：特征值包括初始壓力：特征值包括初始壓力(p0)，臨塑壓力，臨塑壓力(pf)和極和極限壓力限壓力(pl)。p0的確定：旁壓曲線中段直線段的起始點或蠕變曲線的第的確定：旁壓曲線中段直線段的起始點或蠕變曲線

24、的第一拐點相應的壓力。一拐點相應的壓力。臨塑壓力臨塑壓力pf:為旁壓曲線中段直線的末尾點或蠕變曲線的第為旁壓曲線中段直線的末尾點或蠕變曲線的第二拐點相應的壓力。二拐點相應的壓力。極限壓力極限壓力pl:擴張后體積相當于二倍固有體積時的壓力。擴張后體積相當于二倍固有體積時的壓力。b.確定旁壓模量確定旁壓模量根據壓力與體積曲線的直線段斜率，按下式計算旁壓模量根據壓力與體積曲線的直線段斜率，按下式計算旁壓模量： Vc旁壓器量測腔初始固有體積，旁壓器量測腔初始固有體積， p/V旁壓曲線直線段的斜率旁壓曲線直線段的斜率。 （1）試驗目的與適用條件）試驗目的與適用條件 目的求測巖土體的抗剪強度參數；目的求測巖土體的抗剪強度參數； 適用條件：求測各類巖土體。適用條件：求測各類巖土體。 7.9 7.9 現場直剪試驗現場直剪試驗 （2）試驗資料處理及成果應用確定抗剪強度指