7.岩土工程勘察-第七章-岩土工程原位测试-王亚军

岩土工程勘察第7章岩土工程原位测试GeotechnicalInvestigation2§7.1静力载荷试验

§7.2静力触探试验

§7.3圆锥动力触探试验

§7.4标准贯入试验

§7.5十字板剪切试验

§7.6旁压试验

§7.7扁铲侧胀试验

§7.8波速测试

§7.9现场直接剪切试验

§7.10激振法测试

§7.11岩体原位应力测试简介

第7章岩土工程原位测试优点：可以测定难以取得不扰动土样的土，如饱和砂土、粉土、流塑状态的淤泥或淤泥质土的工程力学性质。可以避免取样过程中应力释放的不良影响。原位测试的土体影响范围远比室内试验大，因此具有较强的代表性。可以节省时间，缩短岩土工程勘察周期。原位测试：

在岩土体所处的位置，基本保持岩土原来的结构、湿度和应力状态，对岩土体进行的测试。

载荷试验（loadingtest）起源于20世纪30年代的美、苏等国，是一种模拟实体基础受荷的原位试验。§7.1静力载荷试验

其方法是在保持地基土的天然状态下，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。测试所反映的是承压板以下大约1.5～2倍承压板宽的深度内土层的应力—应变—时间关系的综合性状。分类载荷试验是确定地基承载力的最主要方法。1.按试验深度分为浅层和深层载荷试验；2.按承压板形状有平板与螺旋板之分；3.按用途可分为一般载荷测试和桩载荷试验；4.按荷载性质又可分为静力和动力载荷测试。平板静力载荷试验

螺旋板载荷试验浅层平板载荷试验适用于浅层地基土深层平板载荷试验适用于埋深等于或大于3m和地下水位以上的地基土。螺旋板载荷试验适用于深层地基土或地下水位以下的地基土。7.1.1试验目的

确定地基土的承载力，包括地基的临塑荷载和极限荷载；推算试验荷载影响深度范围内地基土的平均变形模量；估算地基土的不排水抗剪强度；确定地基土基床反力系数。7.1.2静力载荷试验的基本原理1、基本原理：在拟建建筑场地开挖至预计基础埋置深度的整平坑底放置一定面积的方形（或圆形）承压板，在其上逐级施加荷载，测定各相应荷载作用下地基沉降量。根据试验得到的荷载～沉降关系曲线（p-s曲线），确定地基土的承载力；计算地基土的变形量。平板载荷试验PlateLoadingTestoa段：浅层平板静力载荷试验的基本原理

载荷试验

平板载荷试验糯扎渡现场碾压平板载荷试验现场载荷试验按地基载荷试验确定地基的承载力特值

静载荷试验装置桁架地锚千斤顶位移计7.1.3试验设备常用的静载试验设备百分表堆载承压板主梁平台千斤顶

堆载平台系统的设备布置试验设备

加荷稳压系统

反力系统量测系统承压板

锚桩反力梁系统的设备布置钢绞线锚桩基准梁千斤顶承压板支墩钢板工字钢锚具反力梁7.1.4载荷试验技术要求2、试坑宽度浅层平板载荷试验的试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的三倍；深层平板载荷试验的试井直径应等于承压板直径；当试井直径大于承压板直径时，紧靠承压板周围土的高度不应小于承压板直径；1、试验数量载荷试验应布置在有代表性的地点，每个场地不宜少于3个，当场地内岩土体不均时，应适当增加。浅层平板载荷试验应布置在基础底面标高处。3、岩土扰动

避免扰动，保持其天然状态，承压板下铺设不超过20mm的砂垫层找平，对于软塑、流塑粘性土和饱和松砂，承压板周围采用200-300mm原土保护，尽快安装试验设备；螺旋板头人土时，应按每转一圈下人一个螺距进行操作，减少对土的扰动；4、承压板

宜采用圆形刚性承压板，根据土的软硬或岩体裂隙密度选用合适的尺寸；土的浅层平板载荷试验承压板面积不应小于0.25㎡，对软土和粒径较大的填土不应小于0.5㎡；土的深层平板载荷试验承压板面积宜选用0.5㎡；岩石载荷试验承压板的面积不宜小于0.07㎡。5、加荷方式

采用分级维持荷载沉降相对稳定法(慢速法)；有地区经验时，可采用分级加荷沉降非稳定法(快速法

)或等沉降速率法；加荷等级宜取10～12级，并不应少于8级，荷载量测精度不应低于最大荷载的±1%。6、精度要求

百分表或位移计精度不应低于±0.01mm；7、测读对于慢速法，当试验对象为土体时，每级加载后，间隔5、5、10、10、15、15min各测读一次沉降，以后间隔30min测读一次沉降，当连读两小时每小时沉降量小于等于0.1mm时，可认为沉降已达相对稳定标准，施加下一级荷载；当试验对象是岩体时，间隔1、2、2、5min测读一次沉降，以后每隔10min测读一次，当连续三次读数差小于等于0.01mm时，可认为沉降已达相对稳定标准，施加下一级荷载。8、终止试验出现下列情况之一：承压板周围的土出现明显侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展。本级荷载的沉降量大于前一级荷载下沉降量的5倍，荷载一沉降曲线出现明显陡降。某级荷载下24h沉降速率不能达到相对稳定标准。总沉降量与承压板的直径或宽度之比超过0.06。

根据地基土的应力状态，P-S曲线一般可以划分为三个阶段：

I直线段：这一阶段受荷土体中任意点处的剪应力小于土的抗剪强度，土体变形主要由于土体压密引起，土粒主要是竖向变位，称之为压密阶段。7.1.5试验成果及应用II段曲线段：这一阶段除土的压密外，在承压板周围的小范围土体中，剪应力已达到或超过了土的抗剪强度，土体局部发生剪切破坏，土粒兼有竖向和侧向变位，称之为局部剪切阶段。Ⅲ段曲线段：极限荷载Pu以后，该阶段即使荷载不再增加，承压板仍不断下沉，同时土中形成连续的剪切破坏滑动面，发生隆起及环状或放射状裂隙，此时滑动土体中各点的剪应力达到或超过土体的抗剪强度，土体变形主要由土粒剪切引起的侧向变位，称之为整体破坏阶段。

对于硬塑一坚硬的黏性土、粉土、砂土、碎石土等地基土层，p-s曲线具有较明显的直线段，取直线结束点对应的比例界限荷载作为地基的承载力特征值。

拐点法

（1）确定地基承载力

对于饱和软黏土地基，曲线多呈缓变形可采用下面两曲线确定地基承载力。

相对沉降法

我国《建筑地基基础设计规范》中规定，当承压板面积为0.25~0.5㎡时对于低压缩性土和砂性土．在p-s

曲线上取

s/b=0.01~0.015

所对应的荷载作为地基承载力特征值，对于中、高压缩性的土取s/b=0.02

所对应的荷载作为地基承载力特征值，但其值不应大于最大加载量的一半。

极限荷载法

我国《建筑地基基础设计规范》中规定，当极限荷载小于对应比例界限荷载的2倍时，取极限荷载的一半作为地基的承载力特征值。极限荷载确定①当载荷试验的曲线已加载到破坏阶段，如出现明显的陡降段（某一级荷载下的沉降为前一级荷载下沉降量的5倍），则取破坏荷载的前一级荷载作为极限荷载。②采用p-s曲线、lgp-lgs曲线、或曲线的第二拐点所对应的荷载作为极限荷载。③当载荷试验没有做到破坏阶段时，则可用外插作图法确定。

（2）确定变形模量

地基土的变形模量应根据p-s曲线的初始直线段斜率进行计算得到。①浅层平板载荷试验的变形模量计算公式为：圆形承压板方形承压板MpammkPa②深层平板载荷试验的变形模量计算公式为：ω-与试验深度和土类别有关的系数例题：载荷试验中采用直径1.128m的圆形压板，得出的p-s曲线如下图，已知压板下的地基土较为均匀，其横向变形系数

可取为0.25。试根据该图确定该地基土的极限荷载pl、承载力特征值fak、变形模量E0。5758图1载荷试验的典型p-s曲线59

解：按该图得到A点对应的荷载为350kPa，相应的压板沉降量为12.4mm，B点对应的荷载为450kPa。故得到地基土的比例界限为350kPa，极限荷载pu为450kPa。因为极限荷载容易确定且极限荷载小于对应比例界限值的2倍，故取极限荷载的一半作为该试验点的承载力特征值，即:fak=225kPa算得变形模量：60从上述计算过程可以看出，在数据处理和分析过程中不是太精确，规范的规定对很多情况也不是太明确，一般应借助于经验和理论知识，且应偏于安全。

③确定基床反力系数

基准基床系数可根据承压板边长30cm的平板载荷试验的曲线的初始直线段的荷载与其相应沉降量之比来确定，即：

④确定不排水抗剪强度

饱和软黏土的不排水抗剪强度可用快速法载荷试验的极限压力按下式估算：pu—快速静载荷试验得到的极限压力；p—承压板周边外的超载或土的自重压力；Nc—承压系数。对于方形或圆形承压板，当周边无超载时Nc=6.15，当承压板埋深大于或等于四倍板径或边长时，Nc=9.25；当承压板埋深小于四倍板径或边长时，由内插法确定。§7.2静力触探试验静力触探试验（StaticConePenetrationTest）简称静探（CPT）。是把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。

静力触探自1917年瑞典正式使用以来，迄今已有余年历史。目前，该项测试技术在很多国家都被列入国家技术规范中，并在世界范围内得到了广泛的应用。静力触探试验主要适合于黏性土、粉土和中等密实度以下的砂土等土质情况。由于目前尚无法提供足够大的稳固压入反力，对于含较多碎石、砾石的土和很密实的砂土一般不适合采用。此外总的测试深度不能超过80m。优点：连续、快速、准确，可以在现场直接得到各土层的贯入阻力指标，从而能够了解土层在原始状态下的有关物理力学参数。7.2.1试验目的

划分土层；评价地基土的承载力；估算地基土层的物理力学参数；选择桩基持力层、估算单桩承载力，判定沉桩的可能性；判定场地土层的液化势。静力触探试验示意和得到的测试曲线7.2.2试验原理

通过一定的机械装置，用准静力将标准规格的金属探头垂直均匀地压入土层中，同时利用传感器或机械量测仪表测试土层对触探头的贯入阻力，并根据测得的阻力情况来分析判断土层的物理力学性质。69（1）

承载力理论

CPT的贯入类似于桩的贯入过程，故很早就有人将两者进行比拟，提出用深基础极限承载力的相关理论来解释静力触探的工作机理并由静力触探的测试结果推求深基础的极限承载力。基本思路是假设地基为刚塑体，在极限荷载的作用下地基中出现滑裂面，不同学者假定了不同的滑裂面，由此导出探头阻力和基础承载力之间的关系式。但由传统极限状态出发的理论不能解释稳定贯入的许多特征，计算结果依赖于对滑裂面几何特征的假设。70深基础的破坏模式71（2）

孔穴扩张理论

孔穴扩张理论包括圆柱形和球形孔穴两种类型。该理论最初用于金属压力加工分析，随后引入土力学中，用柱状孔穴扩张解释旁压试验机理和沉桩，用球形孔穴扩张来估算深基础承载力和沉桩对周围土体的影响。球形孔穴在均布内压p作用下的扩张情况如图。当p逐步增加时，孔周区域将由弹性状态进入塑性状态。塑性区随p值的增加而不断扩大。设孔穴初始半径为R0，扩张后半径为Ru，塑性区最大半径为Rp，相应的孔内压力最终值为pu，在半径Rp以外的土体仍保持弹性状态。圆柱形孔穴在内压力下的扩张情况与上类似，只不过一个属于球对称情况，另一个属于轴对称情况。

72up塑性区

C，

puRuRpr

r弹性区

E，

球形孔穴附近的塑性区域（3）

探头测试机理不管哪种型号的探头，其机理原理是一样的，都是将土体的强度转换成连续变化的电信号输出。这一转换过程运用了，虎克定律，电阻定律和电桥原理。电桥原理当在A、C间输入恒电压U时，如果R1、R2、R3、R4满足等式：电桥电路则该电桥平衡，即当电阻发生改变时，电桥平衡就破坏。此时B、D就产生变电压信号。虎克定律在应力低于比例极限的情况下，固体中的应力σ与应变ε成正比，即σ＝Εε。即：电阻定律导体的电阻R跟它的长度L成正比，跟它的横截面积S成反比，还跟导体材料的电阻率ρ有关。即：又：或综上所述，探头传感器是通过如下过程将土体的强度转换成连续变化的电压信号。地层阻力大小输出模拟信号电阻变化探头内空心柱变形电压变化7.2.3试验设备静力触探试验系统组成：探头；贯入装置；量测系统。80静力触探仪示意一、静力触探探头

静力触探探头为地层阻力传感器，是静力触探仪的关键部件。它包括摩擦筒和锥头两部分，有严格的规格与质量要求。目前，国内外使用的探头可分为三种类型。（1）单用（桥）探头：是我国所特有的一种探头类型。它是将锥头与外套筒连在一起，因而只能测量一个参数PS——比贯入阻力。这种探头结构简单，造价低，坚固耐用，是我国使用最多的一种探头。（2）双用（桥）探头：它是一种将锥头与摩擦筒分开，可同时测锥头阻力qC和侧壁摩擦力fS两个参数的探头。国内外普遍采用，用途很广。（3）多用（孔压）探头：它一般是在双用探头基础上再安装一种可测触探时产生的超孔隙水压力装置的探头。孔压探头最少可测三种参数，即锥头阻力qC

、侧壁摩擦力fS及孔隙水压力u，功能多，用途广，在国外已得到普遍应用。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。841－锥头；2－顶柱；3－电阻应变片；4－传感器；5－外套筒；6－单用探头的探头管或双用探头侧壁传感器；7－单用探头的探杆接头或双用探头的摩擦筒；8－探杆接头；L－单用探头有效侧壁长度；D－锥头直径；α－锥角。静力触探探头规格岩土工程勘察规范探头定义：比贯入阻力Ps反映锥尖阻力和侧壁摩擦力的综合效应南光地质仪器有限公司生产的探头照片10cm2单桥探头

定义：锥尖阻力定义：侧壁摩擦力定义：摩阻比孔压静力触探探头二、贯入装置加压装置：液压传动式、手摇链条式及电动丝杆式；反力系统：地锚、重力堆载（物探车）。静力触探贯入设备静力触探贯入设备静力触探贯入设备贯入系统包括触探主机与反力装置，共同负责将探头压入土中；触探主机借助探杆将装在其底端的探头压入土中；反力装置则提供主机在贯入探头过程中所需之反力。触探主机按其传动方式的不同，可分为机械式和液压式；反力装置可分为自重式和锚式。CLD型静力触探-十字板剪切两用仪触探主机为机械传动式的，反力装置为地锚式。小型液压式静力触探仪触探主机为液压式的。反力装置为地锚式；大型的静力触探车触探主机为液压式的，反力装置为自重式。贯入系统

探杆：

探杆也有一定的规格和要求，应有足够的强度，应采用高强度无缝管材，其屈服强度不宜小于600MPa。探杆与接头的连接要有良好的互换性。每根探杆的长度一般为1m，其直径应和探头直径相同；但单用探头探杆直径应比探头直径小。探杆

三、量测装置土层阻力量测是通过量测变形柱的变形计算；变形柱的变形一般是通过应变片来测量。电缆：

电缆的作用是连接探头和量测记录仪表。由于探头功能不同，相应电缆的蕊数也不同，最少的为配单桥探头的四蕊电缆，多则几十蕊，各蕊之间应互相屏蔽。电缆应有良好的防水性和绝缘性，接头处应密封。

量测记录仪表：量测记录仪表测量与记录探头所受各种阻力。我国的静力触探几乎全部采用电阻应变式传感器。因此，与其配套的记录仪器主要有以下4种类型：①电阻应变仪；②自动记录绘图仪；③数字式测力仪；④数据采集仪（微机）。武汉派尔科技有限公司生产DY-87型数字显示仪，间隔读数，手工记录。

7.2.4静力触探技术要求

触探头应匀速垂直压入土中，贯入速率为1.2m/min；触探头的测力传感器连同仪器、电缆应进行定期标定，室内探头标定测力传感器的非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度零漂、归零误差均应小于1%FS（fullscale），现场试验归零误差应小于3%，绝缘电阻不小于500MΩ。

深度记录误差不应大于触探深度的±1%;

当贯入深度大于30m，或穿过厚层软土层再贯入硬土层时，应防止孔斜或触探杆断裂，也可配置测斜探头量测触探孔偏斜角，以修正土层界线深度。

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充满，并在现场保持探头应变腔的饱和状态，直至探头进入地下水位以下土层。在孔压静探试验中不得上提探头，以免出现真空负压，破坏应变腔的饱和状态。当进行孔压消散试验时，应量测停止贯入后不同时间的孔压值，其计时间隔应由密而疏。试验过程中不得松动探杆。7.2.5试验成果及应用静力触探试验的成果应包括以下几项基本内容：（1）各触探参数随深度的分布曲线；（2）土层名称及潮湿程度（或稠度状态）；（3）各层土的触探参数值和地基参数值；（4）对于孔压触探，如果进行了孔压消散试验，尚应附上孔压随时间而变化的过程曲线；必要时，可附锥尖阻力随时间而改变的过程曲线。

《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)的第10.3.3条：

“静力触探试验成果分析应包括下列内容：

1.绘制各种贯入曲线：单桥和双桥探头应绘制ps-z曲线、qc-z曲线、fs-z曲线、Rf-z曲线；孔压探头尚应绘制ui-z曲线、qt-z曲线、ft-z曲线、Bq-z曲线和孔压消散曲线ut-lgt曲线；

2.根据贯入曲线的线型特征，结合相邻钻孔资料和地区经验，划分土层和评定土类；计算各土层静力触探有关试验数据的平均值，或对数据进行统计分析，提供静力触探数据的空间变化规律。单桥探头试验曲线双桥探头试验曲线曲线曲线

另外对于孔压静力触探试验还可以得到：初始孔压-深度曲线和孔压-时间对数曲线。

一、划分土层界线

土层分界线的确定必须考虑到试验时超前和滞后的影响，其具体确定方法如下：（1）上、下层贯入阻力相差不大时，取超前深度和滞后深度的中心位置，或中心偏向小阻力土层5-10cm处作为分层界线；（2）上、下层贯入阻力相差一倍以上时，当由软土层进入硬土层（或由硬土层进入软土层）时，取软土层最后一个（或第一个）贯入阻力小值偏向硬土层10cm处作为分层界线；（3）上、下层贯入阻力变化不明显时，可结合fs和Rf

的变化情况确定分层界线。

划分土层的根据在于探头阻力的大小与土层的软硬程度密切相关。由此进行的土层划分也称之为力学分层。分层时要注意两种现象，其一是贯入过程中的临界深度效应，另一个是探头越过分层面前后所产生的超前与滞后效应。这些效应的根源均在于土层对于探头的约束条件有了变化。土层划分以后可按平均法计算各土层的触探参数，计算时应注意剔除异常的数据。（1）对每一个静力触探孔都要绘制各种贯入阻力曲线图(qc

~h，fs~h

，FR~h

，U~h)，然后根据相近的qc

、FR

、Bq

（孔隙水压力系数）等，将触探孔分层，并计算每一分层参数的平均值。其计算公式可统一表示为：

式中：——各触探参数每层平均值代号；

——各层触探参数；

n——各层触探参数统计数。（2）力学分层与工程地质分层：单纯根据贯入阻力曲线（触探阻力的大小）或参数的分层为力学分层。必须结合钻探取样资料或当地经验，进一步将力学分层变为工程分层(工程地质分层)，其办法是：

①根据贯入曲线特征和参数值大小，结合下述土类划分的具体标准进行下一步工程地质分层。如图

A－硬壳层；

B－非粘性土表层；

C－软粘土；D－砂填土；

E－中密粉土，砂；

F－密实粉砂，砂或砾石；

G－密实砾石或冰碛土；

H－向冰碛土过渡；

J－粘土与砂土互层：

K－粉砂；L－冰碛粘土

土层

qc

(Ps

)~H线形特征

qc

(Ps

)~H线形淤泥和淤泥质粘性土

qc

(Ps

)值极低的平缓曲线，无突变现象

粘土及物质粘土

Ps值较高的平缓曲线，有缓慢的波形起伏，粘土层由于结核存在，有时呈现个别突变现象，

qc

正负差10%－20%

粉土曲线起伏较大（像驼背状）其波峰和波谷呈圆形（地下水位以下起伏较小）变化频率不很大，

qc

正负差30%－40%

砂曲线起伏较大，类似粉土，变化频率大，波峰和波谷带刺

qc正负差达100%

杂填土曲线变化无规律，往往出现突变现象

基层风化层曲线起伏较大，波峰个波谷呈圆形，变化频率较大

各土层锥头阻力曲线特征

②在确定土层分界面时需考虑临界深度和层面影响段。

模型试验及实测表明：地表厚层均质土的贯入阻力自地面向下是逐渐增大的。当超过一定深度后，阻值才趋于近似常数值。这个土层表面下的“一定深度”，称为临界深度（hcr

）。如下层土硬，阻值随探头贯入深度增大而继续增大；如下层土软，则变小。这一变化称为滞后段。同样下层也有一个变化段，称为超前段，可统称为层面影响段。土层分界面应基本位于层面影响段（滞后段和超前段曲线）的中间位置。如图所示。需要说明的是，临界深度在砂土中表现比较明显，而在粘土中基本不存在。这主要是由于砂土颗粒之间无或少内聚力，其抗剪强度主要由砂土的内摩擦角决定的。绘制触探曲线、地层分层pszBA超前滞后超前滞后地层变化时的电桥探头静力触探比贯力—深度曲线分层试验数据统计计算各土层触探参数取本层触探曲线数据点的加权平均值。譬如：psi—第i

孔穿计算土层的贯入阻力平均值（kPa）；hi—第i

孔计算土层的厚度；psmax—比贯入阻力最大值；

psmin—比贯入阻力最小值。土质不均，测试数据离散大，I类建筑

二、划分场地土的类别

以Rf和ps（或qc）的值共同判别土的类别；以ps-h曲线和曲线qc-h形态判别土的类别；以Rf

和qc-h曲线形态综合判别土的类型。

静力触探的几种测试方法均可用于划分土类，但就其总体而言，单桥探头测试的参数太少，精度较差，常常需要和钻探及经验相结合。目前主要有一下三种：双桥探头测试结果划分土层类别128

下面介绍《铁路工程地质原位测试规程》TB10041-2003中利用双桥探头测试结果进行划分的方法。

该方法利用了qc和Rf两个参数，其根据在于不同的土类不但具有差异较大的qc值，而且其摩阻比Rf对此更为敏感。例如大部分砂土Rf均小于1%，而粘土通常都大于2%，所以使用这两个参数划分土类有较好的效果。该法的优点是提供了边界方程，缺点是比较粗糙。

按双桥触探参数判别土类130例

试根据下图1的测试曲线进行土层划分并确定各土层的平均贯入阻力，由此给出各土层的类别。图1131例

试根据下图1的测试曲线进行土层划分并确定各土层的平均贯入阻力，由此给出各土层的类别。

解：图1的测试曲线如图，首先分析该测试曲线的特征。从图1看，从地表到1.2m深度的触探阻力逐渐增加；1.2m到4.0m的触探阻力较为均匀；从4.0m到5.0m的qc急剧减小而fs略微增加；5.0m到6.8m的阻力较为均匀，且qc保持较小数值而fs略有增加；6.8m到7.1m的两种阻力均有明显增加；7.1m以下的阻力也较为均匀。从上述曲线分布特征分析，地表至1.2m深度的曲线变化应是静力触探深度效应的影响，所以可以认为该土层的触探临界深度为1.2m，又因为曲线具有较为均匀的3个分布区间，所以触探深度范围的地基土可以分为3层，考虑超前滞后效应和前述土层划分原则，在图上画出各土层的分界线如图中的两条水平线所示，于是确定土层①和土层②的厚度分别为4.9m和2.0m，土层③的厚度未能探明。

划分土层后可以进一步求出各土层的平均触探参数值，其做法有两种，一种是将各分层范围内的记录数据进行平均，另一种是直接在图上找出各分段曲线的重心，通过该重心做竖线与横轴相交，交点的坐标值即为所求的触探参数。本例用作图法求解，其结果如图所示。图2根据图2中各竖直线所截得的横坐标数值，定出各土层的触探参数为：土层①：

qc＝4.75MPa，fs＝31kPa，Rf=fs/qc×100%＝31/4750×100%=0.65%土层②：

qc＝0.6MPa，fs＝37kPa，Rf=fs/qc×100%＝37/600×100%=6.2%土层③：

qc＝3.9MPa，fs＝49kPa，Rf=fs/qc×100%＝49/3900×100%=1.2%根据各土层的qc和Rf，在曲线图中作出相应的坐标点，即可定出各土层的名称，其结果为，土层①为砂土，土层②为软土，土层③为粉土。

三、评价地基土的强度参数（1）估算饱和黏性土的不排水抗剪强度原位总的上覆压力锥头系数对于灵敏性粘性土，Ladanyi建议取5.5~8；对于中软粘性土，Bagligh建议取5~21；对于超固结粘性土，Kjeskstad建议取17±5。根据静力触探结果估算饱和黏性土不排水抗剪强度的经验公式表（2）评价砂土的内摩擦角

我国铁道部《静力触探技术规则》提出用ps估算砂土的内摩擦角。根据静力触探的比贯入阻力估算砂土的内摩擦角

四、评价地基土的变形参数（1）估算黏性土的压缩模量经验系数计算黏性土压缩模量时不同土的经验系数取值国内有关单位估算黏性土压缩模量的经验公式（2）估算粘性土的变形模量国内有关单位估算黏性土变形模量的经验公式表（3）

估算砂土的压缩模量我国铁道部《静力触探技术规则》根据比贯入阻力估算砂土压缩模量对照表（4）估算砂土的变形模量工程中常用的计算砂土变形模量的经验公式

用静力触探法求地基承载力的突出优点是快速、简便、有效。我国对使用静力触探法推求地基承载力已积累了相当丰富的经验，经验公式很多（P97表7-12）。

在使用这些经验公式时应充分注意其使用的条件和地域性，并在实践中不断地积累经验。比如早期的《工业与民用建筑工程地质勘察规范》中采用的公式如下：砂土：f0=0.0197ps+0.0656（MPa）一般粘性土：f0=0.104ps+0.0269（MPa）老粘土：f0=0.1ps

（MPa）上列式中的f0为地基承载力基本值，ps为单桥探头的比贯入阻力。

五、评定地基土的承载力铁路部门提出的经验公式如下：

对于Q3及以前沉积的老粘土地基，单桥探头的比贯入阻力ps在3000~6000kPa的范围内时采用如下公式计算地基的基本承载力

0：

0=0.1ps

对于软土及一般粘土、亚粘土地基的基本承载力

0采用下式计算：

0=5.8ps0.5-46

对于一般亚砂土及饱和砂土地基的基本承载力

0采用下式计算：

0=0.89ps0.63+14.4

当确认该地基在施工及竣工后均不会达到饱和时，则由上式确定的砂土地基的

0可以提高25%~50%。上列各式的单位均为kPa。

六、预估单桩承载力《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）《高层建筑岩土工程勘察规范》

铁道部标准《静力触探技术规则》《铁路桥涵设计规范》《上海市地基基础设计规范》

根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验，可按下式计算：当时当时

单桥探头的圆锥底面积15cm2，底部带7cm高的滑套，锥角60°。查表7-14查表7-16。适用于地表下6m范围内的土层适用于地表下6m范围内的土层适用于地表下6m范围内的土层

适用于粉土及砂土土层以上（或无粉土及砂土土层地区）的黏性土适用于粉土及砂土土层以下的黏性土适用于粉土、粉砂、细砂及中砂

七、评价饱和砂土、粉土的液化势

铁道部《静力触探技术规则》和《铁路工程抗震设计规范》中规定，比贯入阻力ps的计算值小于液化临界比贯入阻力p's值时，应判定为液化土。而临界比贯入阻力p's由下式计算得到：

静力触探部分结束§7.3圆锥动力触探试验§7.3圆锥动力触探试验

利用一定的落锤能量，将一定尺寸、一定形状的圆锥探头打入土中，根据打入的难易程度来评价土的物理力学性质的一种原位测试方法。设备比较简单，操作也很方便。此外由于冲击力比较大，所以它的适用范围更加广泛，对于静力触探难以贯入的碎石土层及密实砂层甚至较软的岩石也可应用。7.3.1试验目的

定性划分不同性质的土层；查明土洞、滑动面和软硬土层分界面；检验评估地基土加固改良效果。定量估算地基土层的物理力学参数，如确定砂土孔隙比、相对密度等以及土的变形和强度的有关参数，评定天然地基土的承载力和单桩承载力。7.3.2试验原理

圆锥动力触探试验中，一般以打入土中一定距离（贯入度）所需落锤次数（锤击数）来表示探头在土层中贯入的难易程度。7.3.3试验设备圆锥动力触探试验系统组成：探头；穿心落锤；导向触探杆。圆锥动力触探类型及设备规格7.3.4圆锥动力触探技术要求1.应采用自动落锤装置以保持平稳下落。2.触探杆最大偏斜度不应超过2%，锤击贯入应保持连续进行；同时应防止锤击偏心、探杆倾斜和侧向晃动，保持探杆垂直度；锤击速率宜为每分钟15~30击；在砂土或碎石土中锤击速率可采用每分钟60击。锤击贯入应连续进行，不能间断，因为间隙时间过长，可能会使土（特别是黏性土）的摩阻力增大，影响测试结果的准确性。3.每贯入1m，宜将探杆转动一圈半；当贯入深度超过10m时，每贯入20cm宜转动探杆一次。4.对轻型动力触探，当N10>100或贯入15cm锤击数超过50时，可停止试验；对重型动力触探，当连续三次时，N63.5>100可停止试验或改用超重型动力触探。5.为了减少探杆与孔壁的接触，探杆直径应小于探头直径。在砂土中探头直径与探杆直径之比应大于1.3，在黏性土中这一比例可适当小些。6.由于地下水位对锤击数与土的物理性质（砂土孔隙比等）有影响，因此应当记录地下水位埋深。

一、按力学性质划分土层

绘制单孔触探锤击数N与H深度的关系曲线，再结合地质资料对土层进行分层。注意：采用多孔资料或与钻探及其他原位测试资料进行综合分析。分析触探曲线时，同样应考虑到曲线上的超前或滞后

现象。7.3.5试验成果及应用动力触探曲线

二、确定砂土、圆砾卵石孔隙比

根据重型动力触探的试验结果可确定砂土、圆砾、卵石的孔隙比。注：如在地下水位以下，则应采用经过地下水位校正后的锤击数

对地下水位以下的中、粗、砾砂、圆砾、卵石，上述锤击数还要经过进一步校正，其计算公式如下：重型动力触探试验触探杆长度校正系数

三、评价地基土的承载力

中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》规定，可用轻型圆锥动力触探（轻便触探）的结果来确定黏性土地基及由黏性土和粉土组成的素填土地基的承载力标准值。轻型动力触探试验击数与地基承载力标准值对照表表重型动力触探试验击数与地基承载力基本值对照表表7-22

铁道部《动力触探技术规定》提出，可用重型动力触探的锤击数评定各类地基土的承载力基本值。注：1、该表适合于冲积、洪积土层；2、动力触探深度为1~20m；3、锤击数需经过前述探杆长度及地下水位校正。

四、估算单桩承载力标准值

广东省建筑科学研究院通过对广州地区的重型动力触探试验的锤击数N63.5与现场打桩资料的分析研究，认为打桩机最后30锤平均每锤的贯入度Sp与持力层的N63.5有如下经验关系：再利用打桩公式，即可估算单桩承载力标准值Rk：对大型打桩机：对中型打桩机：圆锥动力触探试验部分结束§7.4标准贯入试验§7.4标准贯入试验（StandardpenetrationTest，SPT）

标准贯入试验原来被归入动力触探试验一类，实际上，它在设备规格上与前述重型圆锥动力触探试验也具有很多相同之处，而仅仅是圆锥形探头换成了由两个半圆筒组成的对开式管状贯入器。此外与重型圆锥动力触探试验不同的一点在于，规定将贯入器贯入土中所需要的锤击数（又称为标贯击数）作为分析判断的依据。标准贯入试验具有圆锥动力触探试验所具有的所有优点，另外它还可以采取扰动的土样，进行颗粒分析，因而对于土层的分层及定名更为准确可靠。7.4.1试验目的

采取扰动土样，鉴别和描述土类，按照颗分试验结果给土层定名。判别饱和砂土、粉土的液化可能性。定量估算地基土层的物理力学参数，如判定黏性土的稠度状态、砂土相对密度及土的变形和强度的有关参数，评定天然地基土的承载力和单桩承载力。7.4.2试验原理

采用标准贯入器打入土中一定距离（30cm）所需落锤次数（标贯击数）来表示土阻力大小。7.4.3试验设备标准贯入试验系统组成：贯入器；穿心落锤；穿心导向触探杆。贯入器穿心落锤穿心导向触探杆锤垫标准贯入试验设备规格及适用土类表圆锥动力触探类型及设备规格7.4.4标准贯入试验技术要求1.采用回转钻进，钻进过程中要防止孔底涌土。当孔壁不稳定时，可采用泥浆或套管护壁，钻至试验标高15cm以上时应停止钻进，清除孔底残土后再进行贯入试验。2.应采用自动脱钩的自由落锤装置并保证落锤平稳下落，减小导向杆与锤间的摩阻力，避免锤击偏心和侧向晃动，保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直度，锤击速率应小于每分钟30击。3.探杆最大相对弯曲度应小于1/1000。4.正式试验前，应预先将贯入器打入土中15cm，然后开始记录每打入10cm锤击数，累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验锤击数N。当锤击数已达到50击，而贯入深度未达到30cm时，可记录50击的实际贯入度，并按下式换算成相当于30cm贯入度的标准贯入试验锤击数N。并终止试验：其中△S—50击时的实际贯入深度。5.标准贯入试验可在钻孔全深度范围内等间距进行，也可仅在砂土、粉土等需要试验的土层中等间距进行，间距一般为1.0~1.2m。6.由于标准贯入试验锤击数N值的离散性往往较大，故在利用其解决工程问题时应持慎重态度，仅仅依据单孔标贯试验资料提供设计参数是不可信的，如要提供定量的设计参数，应有当地经验，否则只能提供定性的结果，供初步评定用。关于贯入击数的修正问题：

杆长修正7.4.5试验成果及应用

地下水影响修正

上覆有效应力影响修正

一、判断砂土密实度标贯击数与砂土密实度的关系对照表人力松绳N1需要补充说明的是，表7-24中的标贯击数N是人力松绳落锤所得，人力松绳落锤得到的标贯击数N1和自由落锤得到的标贯击数N2可按表7-25换算。

上海市标准《岩土工程勘察规范》（DBJ08-37-2012）考虑了土层埋深因素产生的上覆压力影响，对实测的标贯击数进行了上覆压力修正，并在此基础上根据修正后的标贯击数给出了对应的砂土密实程度。考虑土层上覆压力的修正公式如下：用经上覆压力修正后的标贯击数判别砂土相对密度表

二、评定黏性土的稠度状态和无侧限抗压强度黏性土的稠度状态和无侧限抗压强度与标贯击数的关系表此表为Terzaghi和peck的结果。黏性土的稠度状态与标贯击数的关系表此表为原冶金部武汉勘察公司成果。

三、评定砂土的抗剪强度指标砂土的内摩擦角与标贯击数的关系表此表为Meyerhof和Peck成果。注：均质砂取高值，非均质砂取低值，粉砂减5º，砂和砾石混合土增加5º。Peck还提出了经验公式：日本的建筑基础设计规范采用大畸的经验公式：此表为美国Gibbs和Holtz成果。美国的Gibbs和Holtz根据室内试验结果，得到考虑上覆压力影响时，用标贯击数确定砂土内内摩擦角的方法，它们给出了如图7-16所示的关系曲线。

四、评定黏性土的不排水抗剪强度Cu日本道路桥梁设计规范则采用下列经验关系式：Terzaghi和Peck提出用标贯击数评定性土不排水抗剪强度的经验关系式如下：五、

评定土的变形参数国内用标贯击数确定地基土变形参数的经验公式

六、评定地基土的承载力我国《建筑地基基础设计规范》砂土承载力标准值与标准贯入击数的关系粘性土承载力标准值与标准贯入击数的关系日本住宅公团的经验关系式如下：Terzaghi提出用标贯击数确定地基土承载力标准值经验关系，安全系数取3：对条形基础：对独立方形基础：

七、估算单桩承载力

北京市勘察院提出的预估钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力的计算公式为：单桩竖向极限承载力(kN)桩端的截面积(m2)桩在砂土中的侧面积(m2

)桩在黏性土中的侧面积(m2

)桩端附近土层中的标贯数；桩周砂土层标贯击数桩周黏土层标贯击数孔底虚土的厚度(m)式中Pu——Ap——As——Ac——Np——Ns——Nc——h——

八、饱和砂土、粉土的液化

标准贯人试验是判别饱和砂土、粉土液化的重要手段，我国《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）规定：标贯试验部分结束§7.5十字板剪切试验§7.5十字板剪切试验(vanesheartest)

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

测定原位应力条件下软黏土的不排水抗剪强度。估算软黏土的灵敏度。7.5.2试验原理

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。板头侧面的剪切阻力为均匀分布图中所示为在板头上、下面的剪切阻力分布。CvCH匀速扭转Jackson(1969)

提出修正公式：与圆柱顶底面剪应力分布相关的系数7.5.3试验设备十字板剪切试验系统组成：十字板头；传力系统；加力装置；测量装置。（机械式和电测试）十字板头规格表注：7.5.4十字板剪切试验技术要求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。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：修正系数取值2.IL＞1的土1.其他软土土Daccal影响测试结果因素：板头尺寸剪应力分布排水条件土的各向异性剪切速率触变效应

一、计算地基承载力

根据中国建筑科学研究院和华东电力设计院的经验，地基容许承载力可按下式估算：

二、估算地基土的灵敏度软黏土地基的灵敏度按下式计算：

另外，十字板剪切试验成果还可以用来检验地基加固效果、估算单桩极限承载力以及用于估算软土的液性指数等2<St<4

中等灵敏度土St≤2低灵敏度土St≥4高灵敏度土

三、判定软土的固结历史根据Cu-h

曲线判定软土的固结历史:1.

若Cu-h

曲线大致呈一通过地面原点的直线，可判定为正常固结土；2.

若Cu-h

直线不通过原点而与纵坐标的向上延长轴线相交，则可判定为超固结土。§7.6旁压试验PressuremeterTest§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。分为预钻式和自钻式。优点：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。旁压试验可以用来估计原位水平应力。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。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

测定土的旁压模量和应力应变关系；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试验原理典型的旁压试验P-V曲线土体泊松比，碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉质黏土取0.38，黏土取0.42；旁压仪测量腔的固有体积；与初始压力对应的测量腔体积；与临塑压力对应的测量腔体积；旁压曲线直线段的斜率。△V=Vf-V0μVcV0Vf△p/△V

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试验设备旁压试验系统组成：旁压器；加压稳压装置；变形测量装置。旁压试验系统组成：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

自钻式旁压测试不同于其他原位测试方法，该方法不需要经验校正系数，更能在短时间内获得大量精确数据，而且在软土盒沙层中，只能用自钻式旁压法。剑桥自钻式旁压仪在1975年开始生产，从1980年开始在世界范围内广泛应用。自钻式旁压试验仪7.6.4旁压试验技术要求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。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。

一、计算土的旁压模量和变形模量Menard公式：土的结构性修正系数7.6.5试验成果及应用

二、评定地基承载力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扁铲侧胀试验目录1.概述2.基本原理3.试验的仪器和设备4.试验方法与技术要求5.成果整理及应用6.工程实例1.概述扁铲侧胀试验(TheFlateDilatometerTest,简称DMT)最早是1980年由意大利人SilvanoMarchetti发明的一种原位测试的方法，在我国，越来越多的单位开始使用扁铲侧胀试验进行岩土工程勘察。扁铲侧胀试验是利用静力或锤击动力将一扁平铲形测头贯人土中，达到预定深度后，利用气压使扁铲测头上的钢膜片向外膨胀，分别侧得膜片中心向外膨胀不同距离(分别为0.05mm和1.10mm这两个特定值)时的气压值，进而获得地基土参数的一种原位试验。可用于土层划分与定名、不排水剪切强度、应力历史、静止土压力系数、压缩模量、固结系数等的原位测定。扁铲侧胀试验适用于一般粘性土、粉土、中密以下砂土、黄土等，不适用于含碎石的土等。扁铲测头其实是一个不锈钢钢板，在钢板的一侧安装了一片平坦的圆形钢膜，扁铲测头通过一条气电管路连接着在地表的侧控箱，气电管路穿过贯人设备的探杆到达测头，连续地传输气压和电信号。测控箱通过气压管和一个气源相连接，以提供气压使膜片膨胀，测控箱由一个压力调控器，压力计，信号发生器和排气阀组成。可以使用常用的贯人设备把扁铲测头压人土内，一般可以使用静力触探设备贯入。2.基本原理试验由贯人扁铲测头开始，在贯人至某一深度后暂停，通过测控箱操作使膜片充气膨胀.在充气鼓胀过程中，得到如下两个读数:(1)A读数，膜片距离基座0.05mm时的气压值;(2)B读数，膜片距离基座1.10mm时的气压值。另外，在到达B点之后，通过测控箱上的气压调控器释放气压，使膜片缓慢回缩到距离基座0.05mm。时，可读取C读数。然后，测头继续往下贯人至下一试验深度(试验点间隔通常是取20cm)。在每一试验深度，都重复上述试验过程，读取A,B(有时包括C)读数。考虑到膜片本身的刚度，根据试验前后得到的标定值△A,△B来对它们进行修正，以计算p0、p1、p2。p0为膜片在基座时土体所受的压力;p1为膜片距离基座1.10mm时土体所受的压力，p2为膜片回缩到A点(距离基座0.05mm)时土体所受的压力，然后由p0、p1、p2值可获得4个扁铲试验中间参数:材料指数ID、水平应力指数KD、孔隙水压力指数UD和扁铲模量ED。这些参数经过经验公式计算，可以得到一些土性参数，如静止侧压力系数K0、超固结比OCR、不排水抗剪强度cu侧限压缩模量M和砂土内摩擦角等。当进行扁铲消散试验时，还可以对土的水平固结系数ch、水平渗透系数kh进行估计。3.试验的仪器和设备扁铲测头测控箱气压源贯入设备扁铲测头1.扁铲测头和弹性钢膜扁铲测头的外观尺寸为95mm宽,15mm厚，扁铲测头具有锲形底端，用以贯穿土层，锲形底端的顶角介于24-32.测头下端逐渐变薄的区段长50mm.圆形钢薄膜直径为60mm，正常厚度为0.2mm(在可能剪坏测头的土层中，常使用0.25厚的钢膜)，薄膜固定在扁铲测头一个侧面上。2.测头工作原理扁铲的工作原理就如一个电开关，绝缘垫将导体基座与扁铲(钢)体和钢膜隔离，导体圆盘与测控箱电源的正极相连，而膜片通过地面接触与测控箱的负极相连。在自然状态下，彼此之间被绝缘体分开，而当膜片受土压力作用而向内收缩与导体基座接触时，或是受气压作用使膜向外鼓胀，钢柱在弹簧作用下与导体基座接触时，则正负极接通，蜂鸣声响起;当膜片处于中间位置时，正负极不能相通，因此不会有蜂鸣声。在进行DMT试验时，当扁铲贯人土层，膜片受土压力的作用向里收缩，膜片与导体基座接触，蜂鸣声响起。当到达试验位置，操作人员开始向内充气，在一段时间内，膜片仍保持与基座接触(蜂鸣声不断)。当内部压力达到与外部压力平衡时，膜片开始向外移动并与基座脱离(蜂鸣声停止)，蜂鸣声停止，提醒操作者读取A读数。继续向内充气加压，膜片继续向外移动，膜片中心向外移动达到1.10mm时，钢柱在弹簧作用下与导体基座底部接触时,则正负极接通，蜂鸣声再次响起，提醒操作者记录B读数。测控箱

测控箱,一般包括两个压力计(也有采用一个压力计)、与压力源的连接口、与气电管路的连接口、接地电缆接口、检流计和蜂鸣器(由扁铲测头电路的闭合决定是否发出响声，这样，蜂鸣器可以有效地