岩土工程勘察原位测试

1、l土体原位测试方法很多，可以归纳为下列两类： (1)土层剖面测试法(logging or stratigraphic profiling methods)：主要包括静力触探、动力触探、扁铲松胀 仪试验及波速法等。 土层剖面测试法具有可连续进行、快速经济的优点。 (2)专门测试法(specific test methods) ：主要包括载荷试 验、旁压试验、标准贯入实验、抽水和注水试验、十 字板剪切试验等。 土的专门测试法可得到土层中关键部位土的各种工程 性质指标，精度高，测试成果可直接供设计部门使用。 其精度超过室内试验的成果。 三、土体原位测试的种类三、土体原位测试的种类 四、土体原位测试的

2、应用四、土体原位测试的应用 l根据不同的测试方法（包括CPT、DPT、PLT、 PMT、FVST、SDPT），其应用可归纳为： （1）、土层土类划分； （2）、求天然地基承载力； （3）、测定土的物理力学性质指标； （4）、在桩基勘察中的应用； （5）、评价砂土和粉土的地震液化； （6）、求解土的固结系数、渗透系数及不排水抗剪 强度等； （7）、检验压实填土的质量及强夯效果； （8）、进行浅基础的沉降计算； （9）、其它。 第二章第二章 静力触探静力触探 一、定义一、定义 l静力触探(Static Cone Penetration Test,简称 CPT)是借助机械把一定 规格的圆锥形探头匀速

3、 压入土中，通过测定探 头的端阻q，侧壁摩阻 力f来确定土体的物理 力学参数，划分土层的 一种土体勘测技术。 l静力触探首先在荷兰研制成功，因此静力触探 也叫“荷兰锥”试验。 l按测量机理分：机械式静力触探和电测式静力 触探 l按探头功能分：单桥静力触探、双桥静力触探、 孔压静力触探 l电测式静力触探的优点： （1）测试连续、快速，效率高，功能多，兼 具勘探与测试双重作用； （2）测试数据精度高，再现性好； （3）采用电测技术，便于实现测试工程的自 动化，测试成果可由计算机自动处理，减少了 工作强度。 二、测试设备与种类二、测试设备与种类 设备组成： 1. 触探主机和反力装置 触探主机可分为液

4、压 式和机械式 反力装置可分为自重 式和锚式 2. 测量与记录显示装置 3. 探头和探杆 触探主机为液压传动式的，反力装置为自重式。 触探主机为液压传动式的，反力装置为地锚式。 触探主机为机械传动式的，反力装置为地锚式。 探头是静力触探仪的关键部件 分为三种类型：单用（桥）探 头、双用（桥）探头、多用（ 孔压）探头 Ps：比贯入阻力，qc：锥尖阻力 ，fs：侧壁摩阻力，uw ：孔隙水 压力 国际标准探头的规格：锥头顶角60、底面积 10cm2、侧壁摩擦筒面积150cm2、透水石在锥底 单用（桥）探头 双用（桥）探头 多用（孔压）探头 三、测试原理三、测试原理 电阻应变片电阻应变片 电桥电桥 I

5、电流电流 R电阻电阻 U电压（根据欧姆定律）电压（根据欧姆定律） 电压变化（测量值） 电流变化 应力应变关系 2 1 L L KR U L L KU R E L L E 四、测试步骤四、测试步骤 （一）探头率定（一）探头率定 l率定的目的是求出测量率定的目的是求出测量 仪表的读数与荷载之间仪表的读数与荷载之间 的关系的关系率定系数率定系数 l率定的设备可分为两个率定的设备可分为两个 主要部分主要部分 1.可移动的活动架可移动的活动架 2.量力环量力环 探头率定的步骤探头率定的步骤: la.安装设备 lb.把连着电缆线和记录仪表的探头安装上 lc.旋转手轮施加压力，边记录仪表上的读数 ld.画压

6、力读数曲线，一般情况下应该是直线 le.求率定系数K K等于直线的斜率 ) mV kN/A ( x k x )(kPa A P 0 （二）野外测试的关键步骤（二）野外测试的关键步骤: la.布孔位，平整场地布孔位，平整场地 lb.安装触探机安装触探机 ，并调平机座（为使贯入压力保，并调平机座（为使贯入压力保 持垂直方向），把机座与反力装置衔接持垂直方向），把机座与反力装置衔接 lc.将探头、测量电缆、探杆连接起来，并检查将探头、测量电缆、探杆连接起来，并检查 测量仪表，并调零测量仪表，并调零 ld.将连着探杆的探头压入地下将连着探杆的探头压入地下 ，同时记录深度同时记录深度 值和测量仪表的数据

7、值和测量仪表的数据 注意事项注意事项 1. 触探机就位后，应调平机座，并使用水平尺校准， 使贯入压力保持竖直方向，并使机座与反力装置衔 接、锁定。 2. 触探机的贯入速率应控制在1-2cm/s，一般为2cm/s； 使用手摇式触探机时，手把转速应力求均匀。 3. 使用记读式仪器时，每贯入0.1m或0.2m时应记录一 次读数。 4. 遇下列情况时应停止贯入： a、触探主机负荷达到其额定荷载的120%时； b、贯入时探杆出现明显弯曲； c、反力装置失效； d、探头负荷达到额定荷载时； e、记录仪器显示异常。 五、测试数据的处理五、测试数据的处理 1.原始数据的整理原始数据的整理 回零修正 触探参数的

8、计算 摩阻比FR %100%100 c s R q f F 锥尖阻力 侧壁摩阻力 ffs qqc XKf XKq 侧壁摩阻力： 锥尖阻力： xkx 深度 （m） 锥头阻力qc（kPa）侧壁摩阻力fs（kPa） FR 读数回零校正值qc读数回零fs 0.14004020.00.84 0.24214120.51.2 0.34324120.50.9 1.03663015.0 1.14104120.5 1.242 1.338 例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R 2绘制触探参数随深度的变化曲线绘制触探参数随深度的变化曲线 l包括包括qc-H，fs-H，FR-H 3.可以用计算机

9、来数据处理和绘图可以用计算机来数据处理和绘图 ( page 245- 249) 240页表页表 8-10，填表并绘图填表并绘图 六、测试精度影响因素六、测试精度影响因素 1.探头规格探头规格 单桥单桥PS 双桥双桥 qc，fs lPS qc lqc，fs都随锥底面积的增大而减小； l侧壁摩擦筒长度增大时， qc增大， fs减小。 l探杆外径、摩擦筒与锥底面直径应保持一致 l锥尖角度 60 l探头形状及尺寸的标准化与科学化对测试成果探头形状及尺寸的标准化与科学化对测试成果 的应用、交流和对比都有很重要的意义。的应用、交流和对比都有很重要的意义。 2. 贯入速率贯入速率 如果贯入速率大于1cm/s

10、 以上时，读数受贯入速率 的影响就很小了 事实上，静力触探的贯入 速率一般用2cm/s 3.温度影响温度影响. l温度变化会引起探头内部的电阻应变片长度发 生变化，从而使其阻值发生变化，导致测量结 果的大误差。 l 产生温度变化的重要原因之一是地面温度与地 下温度的不同，特别在夏天与冬天。特别在夏天与冬天。 l措施：措施：（1）采用温度补偿或自动温度补偿应变 片来补偿温度变化对探头测试数据的影响； （2）防止暴晒与受冻； （3）探头贯入地下约 0.5-1.0m，停止贯入5-10min，使探头的温度与 地下的温度一致，然后调零。 七、测试成果的应用七、测试成果的应用 lCPT 在土木工程中的应用

11、特别广泛在土木工程中的应用特别广泛 1.土层划分土层划分: l绘制CPT的贯入曲线（包括qc-H，fs-H，FR-H ）， 然后根据相近的qc、fs和FR，将触探孔分层 力学分层，并计算各参数的平均值。 l结合钻探取样，考虑临界深度进一步分层工 程地质分层，并定土名。 l临界深度临界深度 l模型试验及实测表明， 地表厚层均质土的贯 入阻力自地表向下是 逐渐增大的。当超过 一定深度后，阻力才 趋近一个常数值，这 个土层表面一定深度 就称为临界深度。 l临界深度在砂土中表 现明显，在粘土中基 本不存在。 1：100 2.土类划分土类划分 a)单桥探头单桥探头 根据Ps， Ps 大的一般为砂层， P

12、s 小的一般 为粘土层。 b)双桥探头双桥探头 l在划分土类时，以qc为主，结合fs（或FR）， 并在同一层内的触探参数值基本相近为原则。 l不同的土有不同的FR，砂类土 FR通常小于或 等于1，粘性土FR常大于2。 l常用的有以下几种方法 i.铁道部铁道部TBJ37-93规则法规则法 ii.中国中国 地质地质 大学大学 法法 iii.国外法国外法 3.确定土的物理力学性质指标确定土的物理力学性质指标 lCPT可以确定如 c, , Cu, Dr, Es, sat, 等土的物 理力学性质指标。 l表2-13为用静力触探评定砂土的密实度 l图2-59为砂土的内摩擦角与锥尖阻力的关系图 表2-14

13、砂土的内摩擦角 l确定粘性土的Cu等，自学66-73页 Ps(Mpa)12346111530 ()2931323334363739 4.确定浅基的承载力确定浅基的承载力 l用静力触探确定地基承载力一般依据的是经验 公式，是建立在静力触探与载荷试验的对比关 系上。 l确定的是地基承载力的基本值，需经过深、宽 修正 l用于一般的建筑物 l地基土的成因、时代及含水量等对静力触探求 地基承载力的经验公式有影响，经验公式有地 区性。 l表表2-24地基基本承载力地基基本承载力f0与与PS (qc)经验关系式经验关系式(Mpa) . 序 号 提出者经验关系式范围值PS(qc)土层 1武汉联合试验组f0=0

14、.1043Pa+0.02690.36.0粘性土 2交通部三航院f0=0.1Pa+0.0250.52.5长江三角洲土 3兖州煤矿设计院f0=0.1012Pa+0.0590.353.0淮北粘性土 4江苏省建筑设计院f0=0.084Pa+0.050.355.7南京粘性土 5青岛城建局f0=0.074Pa+0.08241.00.5青岛粘性土 6 连云港规划建筑设 计院 f0=0.0807Pa+0.049滨海软土 7铁三院f0=5.8(Pa)1/2-0.046PS单位(kPa)IP7粘性土 8铁四院f0=0.112Pa+0.0050.0850.9软土 9武汉冶金勘察公司f0=0.02Pa+0.055.0

15、 长江中下游粉 细砂土 032. 01 . 0 0 s Pf 序号提出者经验关系式范围值PS(qc)土层 10铁一、四院f0=0.044Pa+0.051.011.0中粗砂 11同济大学等f0=0.055Pa+0.045上海粉土 12陕西综合堪察院f0=0.0878Pa+0.024湿陷性黄土 13原一机部勘测公司f0=0.098qc+0.019黄土地基 14 大庆油田、长春地 院 （1996） f0=0.089qc+0.075 f0=0.108qc+0.0644 f0=0.0813qc+0.069 大庆粘性土、 粉土、 大庆粘性土 大庆粉土 15荷兰，比利时 f0=(0.0330.025)qc

16、f0=0.1qc 砂土 粘性土 经统计分析，有人提出： 式中、为土类修正系数，可参见表2-25 l静力触探机理和桩的作用机理类似，静力触探 相当于沉桩的模拟试验。 l与静力触探相比，桩的表面粗糙，直径大，沉 桩对桩周土的扰动大，沉降速度慢。 l应与桩载荷测试配合使用，互相验证。 l静力触探法计算单桩极限承载力的基本公式如 下： 5.确定单桩的承载力确定单桩的承载力 n i isspcfdp LfUAqqqq ii 1 a: 国外法国外法 b.国内的方法国内的方法 l铁路系统法铁路系统法 单桩的容许承载力单桩的容许承载力 l看相关的表看相关的表 2-282-35 )( 1 1 n i isipc

17、pp LfUAq K q i 第三章第三章 孔压静力触探孔压静力触探 一、定义一、定义 l孔隙水压力静力触探(Piezo Cone penetration Test)，简称孔压触探(CPTU)，它是在普通的 CPT探头上安装了可以测量孔隙水压力的传感器， 使贯入时能在测量q，s的同时，测量贯入引 起的超孔隙水压力，当停止贯入时，可测量 超孔隙水压力的消散过程及完全消散时的静 止孔隙水压力u l孔压触探是可测孔隙水压力的电测式静力触探。 l 孔压触探与一般的静力触探相比，具有下面一些 突出优点： 1.由于不同土体的渗透性差别很大，CPTU量测孔 隙水压力的灵敏度很高，能够分辨12cm厚的薄 土层

18、土性的变化，因而可以详细分层。特别是在 区分砂层和粘土层方面精度很高。 2.可以量测到孔隙水压力，从而有可能进行有效应 力分析。 3.可以估算土体的渗透系数和固结系数。 4.可以测定土层不同深度的静止水压力，获得地下 水条件的资料。 5.可以区分排水、部分排水和不排水的贯入条件。 6.可计算土的超固结比，评价土层应力历史，计算 静止侧压力系数k等。 二、孔压探头二、孔压探头 三、孔压探头的饱和与标定三、孔压探头的饱和与标定 l探头饱和的方法有 加热排气法和真空 排气法 l可以用水、硅油、 甘油等对探头进行 饱和 l孔压探头饱和与检 验的装置 l孔压探头测力传感器的检验与率定同常规探 头 l对孔

19、压探头，还应进行如下检验与标定 1.饱和度检验（采用孔压响应试验） 2.测力传感器与孔压传感器之间的干扰 3.探头孔压传感器的绝缘性检验 l孔压传感器的率定孔压率定系数ku 四、孔压的测试与数据处理四、孔压的测试与数据处理 1.贯入过程中测孔压 )%( c s R uu ffs ccc q f F xku xkf xkq 回零修正 触探参数的计算 要画随深度变化触探参数曲线 孔隙水压力和静水压力 10：1 孔压消散曲线 2.孔压消散测试 a.停止贯入停止贯入 b.记录超孔压随时间的消散过程记录超孔压随时间的消散过程 l超孔压的消散速度不仅与土类有关，还与消散 时间有关 c.绘制超孔压绘制超孔压

20、 随时间的消随时间的消 散过程曲线散过程曲线 d.绘制归一化超孔压消散曲线绘制归一化超孔压消散曲线 静止孔隙水压力及均衡孔隙水压力 静止孔隙水压力按测试土层中的静水压力计值 均衡孔隙水压力取孔压消散达稳定时的孔压值 各时刻的归一化超孔压比 按下式计算 以 为纵轴，以时间t(s)的对数lgt为横轴，绘制 归一化的超孔压消散曲线 U U wwt uuuuU 0 / 注意事项：注意事项： 1. 在地下水埋藏较深的地区使用探头触探时， 应先使用外径不小于孔压探头的单或双桥探 头开孔至地下水位以下，而后向孔内注水与 地面平，再换用孔压探头触探。 2. 使用孔压探头时，在整个贯入过程中不得提 升探头。 3

21、. 当在预定深度进行孔压消散试验时，应从探 头停止贯入之时起，用秒表记时。 4. 当移位于第二个孔时，应对孔压探头的应变 腔和滤水器重新进行脱气处理。 五、测试成果的应用五、测试成果的应用 1.利用孔压静力触探贯 入曲线划分土层 l孔压探头在区分砂层 和粘土层方面精度极 高，能区分1-2cm厚 的砂土层 2.确定土名 l采用孔隙水压力参数比来划分土类，常用的孔 压参数比用Bq来表示，表达式如下： 土层上覆压力； ； ；假定的静水压力 ；孔隙水压力在某一深度测得的最大 0 00 max 0 0max )1 ()1 ( )( )( v q n cct w vt q A A UqUqq hUkPaU

22、 kPaU q UU B a.铁道部规则法（透水滤器位于锥面） b.国外方法（如图2-56，2-57，2-58） 3.用孔压消散求饱和土层固结系数Ch(Cv) 与渗透系 数 A.绘制超孔压消散试验曲线，确定 t50 B.用下式计算固结系数Ch C. 如何确定T、r0 时间因数T：根据图2-68。（Af：与土类有关的孔压 系数） 透水滤器的半径r0：孔穴半径，由透水滤器的位置确 定。（锥底r0=r；锥面r0=r/2；r为探头锥底半径） 50 2 0 t Tr C h 六、测试精度影六、测试精度影 响因素响因素 l除与一般静力 触探相同的影 响因素外，还 有： 1.孔压探头的饱 和问题 2.透水滤

23、器位置的影响 第四章第四章 动力触探动力触探 一、定义一、定义 l动力触探测试(DPT: dynamic penetration test)：是利用 一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据打入 土的难易程度（可用贯入度、锤击数或探头单位面积动贯 入阻力来表示）判定土层性质的一种原位测试的方法。 l优点：优点： （1）设备简单，且坚固耐用； （2）操作及测试方法容易，一学就会； （3）适用性广； （4）快速，经济，能连续测试土层； （5）有些动力触探，可同时取样，观察描述； （6）经验丰富，使用广泛。 l分类：分类： 依据为穿心锤的重量和探头类型 ，可取样），贯入，落距标准贯入测试（ ）

24、超重型（ ）重型（ ）中型（ ）轻型（穿心锤重 圆锥动力触探 cmcmkg kg kg kg kg 30765 .63 120 5 .63 28 10 l标贯与一般动探的主要区别在于探头不同 圆锥动力触探圆锥动力触探 l简称动力触探或动探 标准贯入测试标准贯入测试(Standard penetration Test) l简称标贯标贯 (SPT)：63.5kg的穿心锤自0.76m高 处自由下落，撞击锤座，通过探杆将标准贯入 器贯入孔底土层中，记录贯入0.30m的锤击数， 用来测试土层物理力学参数的一种测试方法。 l每次测试共贯入0.45m，其中仅0.3m记锤击数 二、测试设备与测试原理二、测试设

25、备与测试原理 （一）测试设备（一）测试设备 la. 探杆（包括导向杆） lb.提引器（分内挂式和外挂式两种） lc.穿心锤 ld. 锤座（包括钢砧与锤垫） le. 探头 沧州滨海公路试验仪器厂研制的电动触探仪 （二）测试原理（二）测试原理 lDPT 的基本原理可以用能量平衡法来分析。在一次锤击 作用下的功能转换按能量守恒原理，其关系可写成： l Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee l 式中： l Em-穿心锤下落能量； l Ek-锤与触探器碰幢时损失的能量； l Ec-触探器弹性变形所消耗的能量； l Ef-贯入时用于克服杆侧壁磨阻力所耗能量； l Ep-由于土的塑性变形而消耗的能量； l E

26、e-由于土的弹性变形而消耗的能量； l考虑在动力触探测试中，只能量测到土的永久变 形，故将和弹性有关的变形略去，通过推导可得 土的动贯入阻力Rd为： l其中：e贯入度（mm），每击贯入的深度； M重锤质量；m触探器质量； A圆锥探头底面积（m2） )( )( 2 kPa AmMe ghM Rd 三、测试程序与要求三、测试程序与要求 （一）轻型动力触探（一）轻型动力触探 （1）先用轻便钻具钻至试验土层标高以上0.3m处，然后对 土层进行连续触探； （2）试验时，穿心锤落距为0.500.02m，记录每打入 0.30m所需的锤击数； （3）如想取样，则需把触探杆拔出，换钻头进行取样。 （4）一般用于

27、触探深度小于4m的土层。 （二）中型动力触探（省略）（二）中型动力触探（省略） （三）重型动力触探（三）重型动力触探 （1）试验前将触探架安装平稳，使触探保持垂直地进行。垂 直度的最大偏差不得超过2%； （2）贯入时应使穿心锤自由落下。地面上的触探杆的高度不 宜过高，以免倾斜与摆动太大； （3）锤击速率宜为每分钟15-30击； （4）及时记录每贯入0.10m所需的锤击数； （5）对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过12-15m； 超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响； （6）每贯入0.1m所需锤击数连续三次超过50击时，即停止试 验。 四、测试数据处理四、测试数据处理 1. 实测击数

28、的统计分析实测击数的统计分析 a. 每层实测击数的算术平均值。每层实测击数的算术平均值。 x-脚标代表锤重。脚标代表锤重。 式中，式中， -Nx 的平均值；的平均值； Nx实测锤击数；实测锤击数； n参加统计的测点数。参加统计的测点数。 对于轻型动力触探为每贯入对于轻型动力触探为每贯入30cm的锤击数的锤击数 中型、重型为每贯入中型、重型为每贯入10cm的锤击数的锤击数 n i xx N n N 1 1 x N 分别为10， 28，63.5， 120等 b.如果土很硬，完全贯入很难，则：如果土很硬，完全贯入很难，则： 对于标贯有对于标贯有 式中， NSPT锤击数； n实际贯入深度的实测击数 s

29、实际贯入深度 s n N 3 . 0 table 3-2 中型动力触探杆长修正系数中型动力触探杆长修正系数 factor. corecting 1 / NN 探杆长度l（m） 1 234568101215 1.000.960.90 0.85 0.830.810.780.760.750.74 2.击数的杆长修正（对于中、重型动力触探）击数的杆长修正（对于中、重型动力触探） 重型见表重型见表3-3，超重型见表，超重型见表3-4 3. 绘制Nx-H曲线 五、测试精度影响因素五、测试精度影响因素 1.动力触探的有效锤击能量动力触探的有效锤击能量 l有效锤击能量的大小是影响动力触探成果有效锤击能量的大小

30、是影响动力触探成果N值的最主要值的最主要 因素。因素。 l探头的单位动贯入阻力和锤击数成正比关系，因此可以探头的单位动贯入阻力和锤击数成正比关系，因此可以 用探头的动贯入阻力作为动力触探的成果，评价土的工用探头的动贯入阻力作为动力触探的成果，评价土的工 程性质。程性质。 l动力触探探头大小、穿心锤重量等差别较大，可以用动动力触探探头大小、穿心锤重量等差别较大，可以用动 贯入阻力将各种动探做归一化处理，即可相互通用。贯入阻力将各种动探做归一化处理，即可相互通用。 )( )( 2 kPa AmMe ghM Rd 2.测试设备与方法的标准化测试设备与方法的标准化 l落锤技术比较关键落锤技术比较关键

31、l人力牵引落锤与自动落锤的锤击数之间的关系（参考人力牵引落锤与自动落锤的锤击数之间的关系（参考 （3-22）、（）、（3-23）等）：人力牵引的锤击数要小于）等）：人力牵引的锤击数要小于 自动落锤的锤击数。自动落锤的锤击数。 l自动落锤的锤击数再现性好，结果可靠。自动落锤的锤击数再现性好，结果可靠。 l人力牵引落锤的锤击数需修正，建议采用自动落锤技人力牵引落锤的锤击数需修正，建议采用自动落锤技 术。术。 3.动力触探设备贯入能力动力触探设备贯入能力 l动力触探的设备贯入能力由锤重、落距、探头截面形动力触探的设备贯入能力由锤重、落距、探头截面形 状等决定。状等决定。 l在软土中测试，应采用轻型动

32、力触探，以获得较高的在软土中测试，应采用轻型动力触探，以获得较高的 精度。精度。 l在砾石等土中，应用重型或超重型的动力触探，以获在砾石等土中，应用重型或超重型的动力触探，以获 得有效的贯入。得有效的贯入。 l不同类型的动力触探适宜于不同土层，轻型不大于不同类型的动力触探适宜于不同土层，轻型不大于 10m，重型的为，重型的为14-25m，超重型的可达，超重型的可达40m。 4.探杆长度的影响探杆长度的影响 l我国我国建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GBJ7-89） 中规定应对杆长进行修正。中规定应对杆长进行修正。 table 3-6 钻（探）杆长度校正系数钻（探）杆长度校正系数表表

33、factor. corecting 1 / NN 探杆长度l（m） 3 6912151821 10.920.860.810.770.730.70 5.钻进方式的影响钻进方式的影响 l在标贯试验中，在测试前不能采用冲击钻进，在标贯试验中，在测试前不能采用冲击钻进， 必须采用回转钻进方式。必须采用回转钻进方式。 l在砂层中钻进应采用泥浆护壁。在砂层中钻进应采用泥浆护壁。 6.土的深度（土的有效上覆压力）的影响土的深度（土的有效上覆压力）的影响 7.探杆偏斜影响探杆偏斜影响 六、测试成果的应用六、测试成果的应用 1. 划分土类或土层剖面划分土类或土层剖面 l锤击数越少，土的颗锤击数越少，土的颗 粒越

34、细；锤击数越多，粒越细；锤击数越多， 土的颗粒越粗。土的颗粒越粗。 动力触探直方图及土层划分 2. 确定地基土承载力 645. 1)( 10 NN 或 式修正锤击数：探确定承载力时应按下根据标贯或轻型动力触 N 土类 10153050 中、粗砂180250340500 粉、细砂140180250340 表3-7 砂土地基容许承载力（kPa）（标贯法） 表3-8 粘性土、粉土地基承载力（中型动力触探） N28234681012 fk(kPa)120150180240290350400 3. 确定单桩容许承载力确定单桩容许承载力 kPaNq kPaNtN B Nh q f d 1002 )(400

35、/(4 4 . 0 2 ）英尺 )(25 2 )100(4 21 kNANANq NN NkPaNq ssccf d 其中 （1）Meyerhof法法 式中：式中：B为桩宽度或直径为桩宽度或直径m，h为桩进入砂层的深度为桩进入砂层的深度m （2）日本法）日本法 式中：式中：N1为桩端处的为桩端处的N值值，N2为桩尖上为桩尖上10B范围内的平均范围内的平均N值值 （3）国内法）国内法 书上书上126129页页 利用标贯锤击数确定粘性土稠度及c、值见表3- 21至3-24，确定Es见表3-25 表3-22 N手与稠度状态的关系 N手35 IL（液性指数）11-0.750.75-0.50.5-0.2

36、50.25-00 稠度状态流动软塑软可塑硬可塑硬塑坚硬 4. 确定粘性土稠度及确定粘性土稠度及c、 、Es值值 5. 砂土密实度与液化判断 （1）砂土密实度 砂土密实度是确定砂土承载力和判断砂 土液化的主要指标 表3-28 N63.5与砂土密实度的关系 土类N63.5密实度孔隙比e 砾砂 0.65 5-8稍密0.65-0.50 8-10中密0.50-0.45 10密实0.45 粗砂 中砂 。时，取土中粘粒百分含量，当 ）；地下水位埋藏深度（ ）；标准贯入试验点深度（ 数基准值，由下表查；液化判别标准贯入锤击 数临界值；液化判别标准贯入锤击 3P%3: : : : : 3 1 . 09 . 0

37、cc 0 0 PP md m d N N P ddNN c w s cr c wscr 地震烈度7度8度9度 N0 值 近震区（基本烈度比震中小2度以上）61016 远震区（基本烈度比震中小2度以内）812 标准贯入锤击数基准值N0 （2）砂土液化 第五章第五章 载荷试验载荷试验 一、定义一、定义 l平板静力载荷试验(PLT: plate load test)，简称载 荷试验，在保持地基土天 然状态下，在一定面积的 承压板上向地基土逐级施 加荷载，并观测每级荷载 下地基土的变形特性，是 模拟建筑物基础工作条件 的一种测试方法 。 l载荷试验按承压板的形状有平板与螺旋板之分 按用途可分一般载荷和

38、桩载荷 l我们主要讲的是浅层平板静力载荷测试 l优点：优点：对地基土不产生扰动，结果最可靠、最 具有代表性，可直接用于工程设计。是确定承 载力的最主要方法。 l缺点：缺点：价格昂贵、费时 二、测试设备与方法二、测试设备与方法 （一）仪器设备（一）仪器设备 1.承压板承压板 要有足够的刚度，面 积一般为1000- 5000cm2 2.加荷装置加荷装置 包括压力源、载荷台 架或反力构架。 加荷方式有重物加荷 和油压千斤顶反力加 荷 3.沉降观测装置沉降观测装置 （二）试验方法（二）试验方法 1.载荷测试一般在方形坑中进行 2.安装设备 3.分级加荷 加荷原则：第一级为坑底原有重力，后每级 按：中低

39、压缩性土50kPa，高压缩性土25kPa， 特软土为10kPa 4.观测每级荷载下的沉降 观测时间间隔：加荷开始后，第一个30min内， 每10min观测沉降1次；第二个30min内，每 15min观测1次；以后每30min进行一次。 l稳定的标准：连续4次观测的沉降量，每小时 累计不大于0.1mm，对于软粘土最好观测24h 以上，对于正常固结粘土要8h，对于老粘土、 砂土、砾石等要4h。 5.尽可能使最终荷载达到地基土的极限承载力， 以评价承载力的安全度。 结束试验的标准：结束试验的标准：当下述情况出现时即可停止 实验 la) 承压板周围的土体出现裂缝或隆起，沉降 的很快； lb)在荷载不变

40、的情况下，沉降速率加速发展或 接近一个常数。压力沉降曲线出现明显拐 点； lc) 总沉降量超过承压板宽度（或直径）的 1/12。 6.当需要卸载观测回弹时，每级卸荷量可为加荷 量的2倍，历时1h，每隔15min观测一次。荷载 完全卸除后，继续观测3h。 三、测试数据整理三、测试数据整理 1.压力沉降量关系曲线 P-s曲线的特征： I段直线段 II段曲线段 III段直线段 （1）以压力为依据 Ps 曲线上的两个特征点 l比例极限P0(临塑荷载Pcr)： P-s曲线上第一直线段的终 点对应的荷载，可以作为 砂土、超固结粘土、砾石 土的承载力。 l极限承载力PU ： P-s曲线 上的第二个拐点对应的

41、荷 载 2.地基的承载力可用下述方法确定 确定地基的容许承载力R lR= Pcr lR= PU /F，安全系数F=23 （2）以相对沉降量为依据 l对于中、高压缩性土，地基受压破坏形式为局部 剪切破坏或冲剪破坏，P-s曲线无明显拐点。 l这时用P-s曲线上沉降量s与承压板的宽度B之比 为0.02所对应的压力为地基容许承载力。 l对砂土和新近沉积的粘性土则采用s/B=0.01- 0.015所对应的压力 3计算变形模量计算变形模量E0 l土的变形模量是指土在单轴受力，无侧限情 况下的应力与应变之比。 l可由P-s曲线的直线变形段，按弹性理论公式 求得，下式适用于同一层位的均匀地基。 l当承压板位于

42、地表时： l当承压板位于地表以下时： s P BE 2 0 1 s P BIE 2 10 1 四、测试精度影响因素四、测试精度影响因素 1. 承压板的尺寸承压板的尺寸 lB45cm(5000cm2)时，沉降量随B的增加而降低 lB45cm(5000cm2)时，沉降量随B的增加而增加 由于基础宽度一般均超过30cm，所以B不宜太小 S (mm) 0 45 B(cm) l一般来说，大的比小的好，最好与实际基础面积 相同；但太大则需大的压力，有时难以达到。 所以承压板的面积应适中 1000cm2A5000cm2。 2. 沉降稳定（时间）标准沉降稳定（时间）标准 l每级压力下的沉降稳定标准不同，则所观

43、测的沉 降量就不同，那么所得出压力沉降量曲线就 不一样，从而得出的变形模量或承载力就不同。 l采用统一的标准，消除这种影响。 l每施加一级荷载，待沉降速率达到稳定后再加下 一级荷载。 l(1) s0.1mm/h, s0.2mm/h 很慢 l(2)快速方法：每级持续2h，然后根据标准方法 的外推，基本原理自学教材P140-142。 3. 承压板埋深承压板埋深 l载荷测试的影响深度一般为1.5-2倍承压板宽度 （或直径）； l在影响深度范围内土性应保持一致，否则测试成 果就不能反映出土层的真实性质； l如果场地土层多，且都是重要的持力层，应分层 做载荷试验； l如果土层较薄，达不到2倍承压板的宽度

44、，就应 采用小的承压板或螺旋板载荷试验 4.地基土的均匀性地基土的均匀性 五、测试成果的应用五、测试成果的应用 （一）PLT 可以确定地基的承载力(fk),变形模量(Ea), 沉降量(s)。 1. fk lR= Pcr lR= PU /F 2. Ea .S-P ;-B ;- 0.886, 0.875 , ;-: 1 2 0 曲线直线段的斜率 承压板的宽度 土体的泊松比 方形 圆形 承压板的形状系数式中 S P S P BE 3. 计算地基沉降量(sj) （二）确定湿陷性黄土的湿陷起始压力 （自学P143-144） 设计基础宽度 压板的沉降量 作用下承在与基底压力相同压力式中 砂土 粘土 -b

45、-S: 30b 30B 22 B b SS B b SS j j 六、其它类型的载荷试验 （一）桩载荷试验 （桩静载荷试验） l可以确定桩基的承载力 （二）水平载荷试验 1. 单桩水平载荷试验 2.地基土水平载荷试验 第六章 旁压试验 一、定义 l旁压测试（PMT: pressuremeter test） 是利用钻孔做的原位横是利用钻孔做的原位横 向载荷试验，是工程勘向载荷试验，是工程勘 察中的一种常用原位测察中的一种常用原位测 试技术。试技术。 l测试原理：通过旁压器在竖直的孔内加压，使通过旁压器在竖直的孔内加压，使 旁压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给周围土体，旁压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给

46、周围土体， 使土体产生变形直至破坏，并通过量测装置测使土体产生变形直至破坏，并通过量测装置测 出施加的压力和土体变形之间的关系，然后绘出施加的压力和土体变形之间的关系，然后绘 制应力制应力应变关系曲线。根据这种关系对孔周应变关系曲线。根据这种关系对孔周 所测土体的承载力、变形性质等进行评价。所测土体的承载力、变形性质等进行评价。 l优点：可在不同深度上进行测试，所求基本承优点：可在不同深度上进行测试，所求基本承 载力精度高。载力精度高。 l缺点：受成孔质量影响大，在软土中测试精度受成孔质量影响大，在软土中测试精度 不高。不高。 二、旁压测试的仪器设备二、旁压测试的仪器设备 分为两类： 预钻式旁

47、压仪 自钻式旁压仪 预钻式旁压仪由4部分组成 1.旁压器 2.压力和体积控制箱 3.管路系统 4.成孔工具等 l旁压器是旁压仪中的旁压器是旁压仪中的 最重要部件，由圆形最重要部件，由圆形 金属骨架和包在其外金属骨架和包在其外 的橡皮膜组成。的橡皮膜组成。 l分为三个腔分为三个腔 l中间为主腔（测试腔）中间为主腔（测试腔） l上、下为护腔上、下为护腔 1、仪器校正（率定） 率定旁压仪的目的是为了校正弹性膜和管路系统所引起率定旁压仪的目的是为了校正弹性膜和管路系统所引起 的压力损失或体积损失。分为旁压器弹性膜约束和旁压的压力损失或体积损失。分为旁压器弹性膜约束和旁压 器综合变形的率定。器综合变形的

48、率定。 1)弹性膜约束力的率定弹性膜约束力的率定 方法：旁压器竖立于地 面，让弹性膜在自由 膨胀状态下率定，对 弹性膜分级加压，稳 定后读取测管水位下 降值。绘制P-V(S)曲 线。 三、测试步骤和注意事项三、测试步骤和注意事项 在压力作用下，连接控制箱和旁压器的管路会膨胀，造成测 管中液体的体积损失，所以要进行综合变形的率定。 方法：方法：将旁压器放在无缝钢管或有机玻璃管内，使旁压器的 横向变形受到约束，分级加压，测量管路变形与压力的关系。 求仪器综合变形校正系数求仪器综合变形校正系数 2)仪器综合变形的率定仪器综合变形的率定 2. 开孔至预定深度以下开孔至预定深度以下35cm处处 3. 把

49、旁压器放入孔中把旁压器放入孔中 4. 测试测试 分级加压，记录测管中的水位下降值 注意加压等级和变形稳定标准 5. 终止试验终止试验 标准为标准为：a.压力达到仪器的最大额定值 b.测管水位下降值接近最大容许值 （S35cm） 注意事项注意事项 （1）钻孔结束后，应将旁压器尽快放入孔中的预定深度； （2）必须保证旁压器三腔都位于同一土层中，不应该放置在 强度差异较大的土层中； （3）注水时，测管的水位绝对不可超过最高刻度线； （4）测试时，不得使用杂质水，应使用蒸溜水或冷开水； （5）不能任意将旁压器裸露放置； （6）将快速接头取下后，应立即套上保护套罩，严防泥沙进 入管道中，使仪器损坏； （

50、7）不得任意拆卸调压阀，以防其精度降低； （8）若旁压仪长时间不用，应排尽水箱、管路系统和旁压器 的水 四、数据处理四、数据处理 1.绘制弹性膜约束曲线和仪器综合变形曲线绘制弹性膜约束曲线和仪器综合变形曲线 2.数据校正数据校正 把测试数据Pm, Sm校正为P, S (kPa) -P (kPa);-P (kPa);-P (kPa);-P : 23)-(5 ) 1 i wm 的弹性膜约束力 管水位下降值对应弹性膜约束曲线上与测 静水压力压力表读数 校正后的压力式中 iwm PPPP P(kPa)S(cm) Pm(kPa)Pt=Pm+PwPiPSm(3min)Si=(Pm+Pw) S 000.0

51、Pw13850.20.0260.174 25383171.80.0761.724 506344194.10.1263.974 100 . . 113 . . 57 . . 56 . . 7.0 . . 0.226 . . 6.774 . . 例如： (cm/kPa)- ; )(-S (cm);-S : 26)-(5 )(S )2 m 仪器综合变形校正系数 实测测管水位下降值 值校正后的测管水位下降式中 cm PPS wmm P(kPa)S(cm) Pm(kPa)Pt=Pm+PwPiPSm(3min)Si=(Pm+Pw) S 000.0 Pw13850.20.0260.174 25383171.

52、80.0761.724 506344194.10.1263.974 100 . . 113 . . 57 . . 56 . . 7.0 . . 0.226 . . 6.774 . . 例如： 3. 绘制旁压测试曲线（如图绘制旁压测试曲线（如图5-23） 曲线可以分为三部分：曲线可以分为三部分： 1)第一曲线段第一曲线段 2)直线段直线段 3)尾段曲线段尾段曲线段 两个特征点：两个特征点： PL，Pf P0（静止土压力）（静止土压力） 五、测试的影响因素五、测试的影响因素 1、成孔质量（、成孔质量（这对于预钻式旁压试验来说是非常重要这对于预钻式旁压试验来说是非常重要） l软土的扰动对测试结果的影

53、响很大，必须根据土类选择软土的扰动对测试结果的影响很大，必须根据土类选择 不同的钻孔方法不同的钻孔方法 l成孔应该是垂直，且其直径与旁压器吻合的好。成孔应该是垂直，且其直径与旁压器吻合的好。 2.加压方式加压方式 分为加压速率与加压等级两个方面分为加压速率与加压等级两个方面 l加压等级加压等级一般按预估土的临塑压力或极限压力而定，一般按预估土的临塑压力或极限压力而定， 为它们的为它们的1/81/12 l加荷速率加荷速率反映了不同的试验条件，如排水或不排水反映了不同的试验条件，如排水或不排水 l快速法：快速法：1、2、3min l慢速法：慢速法：5、10min l不同的加压速率对临塑荷载影响不大

54、，而对于极限荷不同的加压速率对临塑荷载影响不大，而对于极限荷 载影响比较大。载影响比较大。 旁压器的有效长旁压器的有效长(l)、径径(D)比是设计旁压器的关键比是设计旁压器的关键 参数。参数。 当单腔式有效长径比为当单腔式有效长径比为10时，与三腔式旁压器所时，与三腔式旁压器所 取得变形模量的结果没有明显的差别，但单腔式取得变形模量的结果没有明显的差别，但单腔式 的临塑压力和极限压力则偏小。的临塑压力和极限压力则偏小。 土体变形近似为圆柱形 104 D l 3.旁压器构造和规格旁压器构造和规格 在均质土层中测试，在均质土层中测试，Pf自地表向下逐渐增大，当超过自地表向下逐渐增大，当超过 一定深

55、度后，才趋近一个常数值，这个土层表面一定一定深度后，才趋近一个常数值，这个土层表面一定 深度就称为临界深度。深度就称为临界深度。 砂土中表现明显，临界深度随砂土密实度的增加而增砂土中表现明显，临界深度随砂土密实度的增加而增 加，一般为加，一般为13m。 在临界深度内，由于地面是临空面，土体可以产生较在临界深度内，由于地面是临空面，土体可以产生较 明显的垂向变形，而在临界深度以下，因上覆土层压明显的垂向变形，而在临界深度以下，因上覆土层压 力加大，限制了垂向变形，基本上只有径向变形。力加大，限制了垂向变形，基本上只有径向变形。 4.旁压测试临界深度的影响旁压测试临界深度的影响 1、确定地基土的承

56、载力 2、确定单桩的轴向承载力 旁压器周围的土体受的作用为剪切为主，与桩的作旁压器周围的土体受的作用为剪切为主，与桩的作 用机理相近用机理相近 六、旁压试验的应用六、旁压试验的应用 红粘土、软土 硬土、一般土 3)-2(F )2 ) 1 0 0 F PP f PPf L k fk 20 3 )1978( L f L d P q P q Baguelin 桩侧容许摩阻力 桩端容许承载力 3、确定地基土层旁压模量确定地基土层旁压模量 地基土层旁压模量是反映土层中应力和体积变形（可地基土层旁压模量是反映土层中应力和体积变形（可 表达为应变的形式）之间的关系的一个重要指标，代表达为应变的形式）之间的关

57、系的一个重要指标，代 表地基土水平方向的变形性质表地基土水平方向的变形性质。 P Gr r 2 1 根据根据Lam提出的柱穴扩张理论，有提出的柱穴扩张理论，有 又有试验实测孔穴体积变化引起的又有试验实测孔穴体积变化引起的 径向位移为：径向位移为： rLVr2/ mcm VVV 令令r=旁压曲线直线段中点对应的旁压曲线直线段中点对应的rm，则则 合并上面两式：合并上面两式： V P rLG V P V V P LrG mm 2 )( )( 3 3 cm V cmV m c 的体积增量 近似直线段中点对应 中腔初始体积 又根据弹性理论剪切模量和弹性模量的关系式：又根据弹性理论剪切模量和弹性模量的关

58、系式： S P SS SE cm V cmV V P VVE f cm m c mcm 2 12or )( )( 12 0 3 3 的体积增量 近似直线段中点对应 中腔初始体积式中： m EEEG12 4、确定地基土的变形模量确定地基土的变形模量 Menard提出，用土的结构系数 将旁压模量将旁压模量Em和变形和变形 模量模量E0联系起来。联系起来。（EmE0 ） 0 EEm 土的结构系数土的结构系数 =0.251，它是土的类型和，它是土的类型和Em/PL比值的比值的 函数（表函数（表5-4，P188) S P rmE 22 0 )1 ( 前苏联法 r P krE 00 K值见值见表表5-4（

59、P189) 0 1EEm 黄熙龄法 5、浅基础的沉降计算浅基础的沉降计算 依据：Menard两区沉降法 6、用旁压曲线模拟载荷曲线用旁压曲线模拟载荷曲线(P193-P195) a. 两种曲线的相似性 形状很相似，都可分为弹性区、塑性发展区和塑性区 b. (5-61)-(5-67)等式 圆形基础： 0 1 3 )21 (2 E PR S 00 0 2 3 )31 ( R R E PR S 2II21I1 SSSS 方方 方形基础： 21 SSS 第七章第七章 十字板剪切试验十字板剪切试验 一、定义一、定义 l十字板剪切试验十字板剪切试验(FVST： field vane shear test)是

60、是 用插入软粘土中的十字板用插入软粘土中的十字板 头，以一定的速率旋转，头，以一定的速率旋转， 测出土的抵抗力矩，然后测出土的抵抗力矩，然后 换算成土的抗剪强度的一换算成土的抗剪强度的一 种测试方法。种测试方法。 FVST主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强 度。它具有下列优点：度。它具有下列优点： l(1) 不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的 粘性土，可以在现场对基本上处于天然应力状粘性土，可以在现场对基本上处于天然应力状 态下的土层进行扭剪。所求软土抗剪强度指标态下的土层进行扭剪。所求软土抗剪强度指标 比其他方法