岩土工程原位测试-(5-9节)

7.5十字板剪切试验原位十字板剪切试验7.5十字板剪切试验

十字板剪切试验是一种在钻孔内快速测定饱和软黏土抗剪强度的原位测试方法。自1954年由南京水科院等单位对这项技术开始开发应用以来，在我国沿海地区得到广泛的应用。理论上，十字板剪切试验测得的抗剪强度相当于室内三轴不排水剪总应力强度。由于十字板剪切试验不需要采取土样，可以在现场基本保持原位应力状态的情况下进行测试，这对于难以取样的高灵敏度的黏性土来说具有不可替代的优越性。7.5.1试验目的及用途试验项目测定参数主要试验目的十字板剪切试验不排水抗剪强度峰值cu(kPa)和残余值c’u(kPa)1测定原位应力条件下软黏土的不排水抗剪强度。2估算软黏土的灵敏度。7.5.2试验基本原理

十字板剪切试验是将具有一定高径比的十字板插入待测试土层中，通过钻杆对十字板头施加扭矩使其匀速旋转，根据施加的扭矩即可以得到土层的抵抗扭矩，进一步可换算成土的抗剪强度。

扭转十字板时，十字板周围的土体将出现一个圆柱状的剪切破坏面，土体产生的抵抗扭矩M由圆柱侧面的抵抗扭矩M1和圆柱的圆形底面和顶面产生的抵抗力矩M2两部分组成。即M＝M1+M2。7.5.2试验基本原理7.5.2试验基本原理7.5.3十字板剪切试验试验设备十字板剪切试验主要由十字板头、传力系统、加力装置和力的测量装置等四部分构成。根据力的测量系统的不同又分为机械式和电测试两类。7.5.3十字板剪切试验试验设备7.5.3十字板剪切试验试验设备7.5.4试验的技术要求(1)十字板剪切试验点的布置在竖向上的间距可为1m。(2)十字板头形状宜为矩形，径高比为1:2，板厚宜为2~3mm。(3)十字板头插入钻孔底（或套管底部）深度不应小于孔径或套管直径的3~5倍。(4)十字板插入至试验深度后，至少应静置2~3min，方可开始试验。7.5.4试验的技术要求(5)扭转剪切速率宜采用1º~2º/10s，并在测得峰值强度后继续测记1min。(6)在峰值强度或稳定值测试完毕后，再顺扭转方向连续转动6圈，测定重塑土的不排水抗剪强度。(7)对开口钢环十字板剪切仪，应修正轴杆与土间摩阻力的影响。7.5.5试验成果及应用

十字板剪切试验的成果主要有：各试验点土的不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵敏度极其随深度变化曲线；抗剪强度与扭转角的关系曲线等。

由于十字板剪切试验得到的不排水抗剪强度一般偏高，因此要经过修正才能用于工程设计，其修正方法如下：7.5.5试验成果及应用7.5.5试验成果及应用7.6旁压试验

旁压试验又称为横压试验，它是通过圆柱状旁压器对钻孔壁施加均匀横向压力，使孔壁土体发生径向变形直至破坏，同时通过测量系统量测横向压力和径向变形之间的关系，进一步推求地基土力学参数的一种原位测试方法。这种测试方法具有如下优越性：(1)旁压试验的物理模型为轴对称的圆柱形孔的扩张问题，这个问题的弹塑性理论解已经得到很好的解决。(2)旁压试验可以用来估计原位水平应力。(3)测试方便，不受地下水位的限制，与室内试验相比，具有试样大、代表性强、扰动小的优点。(4)旁压试验具有较广泛的适应性，可适合于黏性土、粉土、砂土、碎石土、极软岩、软岩等各类岩土的测试。7.6.1试验目的及用途旁压试验的目的主要有如下几方面：(1)测定土的旁压模量和应力应变关系。(2)估算黏性土、粉土、砂土、软质岩石和风化岩石的承载力。7.6.2试验基本原理典型的旁压试验P-V曲线7.6.2试验基本原理旁压模量：

此外，根据初始压力、临塑压力、极限压力和旁压模量结合地区经验可评定地基承载力和变形参数。7.6.3旁压试验的设备旁压试验设备主要由旁压器、加压稳定装置、变形测量装置几部分构成。监测装置压力表高压气瓶辅助腔测量腔旁压器同轴塑料管量管7.6.4试验技术要求1.旁压试验点要求布置在有代表性的位置和深度进行，旁压仪的量测腔要求位于同一土层内。试验点的垂直间距应根据地层条件和工程要求确定，但不宜小于1m，试验孔与已有钻孔的水平距离不宜小于1m。2.预钻式旁压试验应保证成孔质量，孔壁要垂直、光滑、呈规则圆形，钻孔直径与旁压器直径应良好配合，防止孔壁坍塌。7.6.4试验技术要求3.加荷等级可采用预期临塑压力的1/7~1/5，初始阶段加荷等级可取小值，必要时，可做卸荷再加载试验，测定再加荷旁压模量。4.每级压力应维持1min或2min后再施加下一级荷载，维持1min时，加荷15、30、60s后测读变形量，维持2min时，加荷后15、30、60、120测读变形量。5.当量测腔的扩张体积相当于量测腔的固有体积时，或压力达到仪器容许的最大压力时应终止试验。7.6.5试验成果及其应用(1)计算土的旁压模量和变形模量1)Menard公式：土的结构性修正系数7.6.5试验成果及其应用7.6.5试验成果及其应用(2)评定地基承载力利用旁压试验p-V曲线的特征值可以评定地基承载力的标准值。1)临塑压力法地基承载力标准值2)极限压力法地基承载力标准值式中F经验系数，一般取值为2-3之间。7.7扁铲侧胀试验7.7扁铲侧胀试验

扁铲侧胀试验是由意大利Silvano

Marchetti教授于20世纪70年代创立。该方法是将带有膜片的扁铲压入土中预定深度，然后充气使扁铲两侧的膜片向土中侧向扩张，同时测得不同压力下的侧向变形，根据测得的应力应变关系，可以得到土的模量及其他有关指标。扁铲侧胀试验最适宜在软弱、松散土层中进行，随着土的坚硬程度的增加或密实程度的增加，其适用性逐渐减弱。扁铲侧胀试验的优点在于测试简单、快速、重复性好、价格低廉。7.7.1试验目的及用途扁铲侧胀试验的目的主要有如下几方面：(1)用于划分土类。(2)估算静止测压力系数、不排水抗剪强度、土的变形参数。(3)为侧向受荷桩的设计提供所需参数。7.7.2试验基本原理7.7.2试验基本原理7.7.3试验设备扁铲侧胀试验的设备主要为扁铲探头，其他的探杆和加压贯入装置可借用静力触探的设备进行。扁铲探头如图所示7.7.4试验技术要求7.7.4试验技术要求7.7.5试验成果及其应用(1)划分土类(2)确定静止侧压力系数K0(3)估算不排水抗剪强度Cu(4)计算土的变形参数(5)提供侧向受荷桩的设计参数7.7.5试验成果及其应用(1)划分土类7.7.5试验成果及其应用7.7.5试验成果及其应用7.7.5试验成果及其应用7.7.5试验成果及其应用7.7.5试验成果及其应用7.8波速测试波速测试现场7.8波速测试波速测试就是测定各类弹性波在地基中的传播速度。地基中的弹性波可分为两种，一种是体波，它是在地基介质内部传播；另一种是面波，它是在地基表面传播的。不同种类的波在地基中的传播速度也是不同的，通常波速测试是指测试纵波、横波、瑞利波三种弹性波的传播速度。而根据不同的测试要求，可分别采用单孔法、跨孔法和面波法三种测试方法。7.8.1目的及用途波速测试的目的是通过测定地基土中的弹性波传播速度，从而间接测定岩土体在小应变条件下﹙10-6-10-4﹚的动弹性模量、动剪切模量、动泊松比。7.8.2基本原理及方法(1)基本原理7.8.2基本原理及方法7.8.2基本原理及方法7.8.3测试设备7.8.3测试设备7.8.3测试设备7.8.4技术要求单孔法波速测试的主要技术要求如下：(1)测试孔要垂直。(2)所采用的三分量检测传感器要固定在需要测试的钻孔内预定深度处并紧贴孔壁。(3)应结合土层分布布置测点，测点的垂直间距宜取1-3m，层位变化处可适当加密，并宜自下而上逐点测试。跨孔法波速测试的主要技术要求如下：(1)有两个以上测试孔时，测试孔和震源孔应布置在同一条直线上。(2)测试孔的孔距在土层中宜取2-5m，在岩层中宜取8-15m。测点垂直间距宜取1-2m。近地表测点宜布置在0.4倍孔距深度处，震源和接收传感器应布置在同一地层的相同标高处。(3)当孔深超过15m时，应进行激振孔和测试孔的倾斜度和倾斜方位校正，测点间距宜取1m。面波法测试宜采用低频传感器。7.8.5波速测试成果及应用

波速测试的直接成果就是各被测土层的弹性波速，它们主要被用于以下几个方面：7.8.5波速测试成果及应用7.9现场直接剪切试验现场直剪7.9现场直接剪切试验

现场直接剪切试验是在现场对岩土样施加一定得法向应力和剪切力，使其在剪切面上破坏，从而求得岩土体在各种剪切面特别是岩土体软弱结构面上抗剪强度的一种原位测试方法，根据试验对象的不同，现场直接剪切试验又分为土体现场剪切试验和岩土现场剪切试验两种，下面仅介绍土体的现场剪切试验。7.9.1试验目的及用途

试验目的：测定岩土体特定剪切面上的抗剪强度指标。优点:

由于现场直剪试验土样的受剪面积比室内试验大得多，且又是在现场直接进行试验的，因此较室内试验更能符合天然状态，得出的结果更加符合实际工程的技术要求。适用条件：现场直剪试验主要适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土以及它们所组成的混合土层。7.9.2基本原理及方法

(1)基本原理

土的现场直接剪切试验的原理与室内直剪试验的原理基本相同，一般是在现场对几个试样(每组不少于3个试样）施加不同的法向荷载，待其固结稳定后再施加水平剪力使其破坏，同时记录下每个试样破坏时的剪切应力，绘制出破坏剪应力与法向应力的关系曲线，继而可以得到土体在特定破坏面上的抗剪强度参数即内摩擦角和粘聚力。7.9.2基本原理及方法(2)试验方法1）试验的第一步是试坑的开挖和试样的制备，一般情况下工作面的尺寸为2.5m×1.6m.试样的制备一般在试坑中进行，用下端带有刃口的剪力盒，边压入土体边削去剪力盒外侧土体，一直到剪力盒全部切入到预定的试验深度为止，沿刃口的深度将周围土体削除，形成与剪切面一致的试坑基底平面，同时修剪剪力盒中试样的顶面，使试样顶面超出剪力盒顶面1cm左右，并使其保持平整。试样制备完成后，可安装法向应力施加装置和水平推力施加装置及相应的应力、位移测量装置（见图7-25），试验装置安装完成之后，即可开始试验。

2）对试样分级施加法向荷载，荷载的等效集中应力作用位置应位于剪切面的中心，最大法向荷载应大于设计荷载，一般可分4-5级逐渐达到试验所需的最终法向荷载。7.9.2基本原理及方法7.9.2基本原理及方法每级法向荷载施加后每5min测量一次试验变形，当每1min变形不超过0.05mm时可施加下一级荷载。最后一级法向荷载施加后，当1h内竖直变形不超过0.05mm时，即达到相对稳定状态，可施加剪切荷载。3）施加水平剪切力，每级剪切荷载按预估价最大荷载的8%—10%分级等量施加，也可按法向荷载的5%-10%分级等量施加。当剪切变形急剧增长或变形继续增长而剪应力无法增加或剪切变形达到试样边长（直径）的1/10时可终止试验。4）当需要根据剪切位移大于10mm时的试验成果确定土的残余抗剪强度时，可能需要沿剪切面继续进行摩擦试验。5）绘制有关试验成果曲线（详见试验成果及应用部分）7.9.3试验设备土的现场直接剪切试验的主要设备有下列几部分构成：1、剪力盒，用以制备和装盛土样。2、法向荷载施加系统，由千斤顶、加压反力装置及滚动滑板构成，用以施加法向应力。3、水平剪力施加系统，由千斤顶及附属装置（反力支座等）构成。4、测量系统，由位移量测系统（位移计、百分表等）和力测量系统（力传感器）构成，用以测量法向荷载、法向位移、水平剪力、水平位移等。7.9.4试验的技术要求土的现场直接剪切试验应满足下列技术要求：1、剪切面积（试样截面积）不宜小于0.3m2高度不宜小于20cm或为试样土颗粒最大粒径的4-8倍。2、开挖试坑时，应避免对试样土体的扰