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1、岩土工程原位试验,华南理工大学土木工程系,试验工作在工程勘察中占有很重要的位置。它不仅为学科理论的研究与发展所必需，而且也为岩土工程设计提供资料所必需。就土工试验而论，可分为室内试验和原位试验（或原位测试）。两者合称为实验土力学。土的室内试验具有很多优点，但由于室内试验需要取样，样品小，易受扰动，代表性差，所测力学指标严重“失真”，且费时费力。为了克服室内试验的致命弱点，土的原位测试技术就应运而生了。土的原位测试，一般指的是在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层的一种土工勘察技术。这里的土层包括粘性土、粉土、砂性土、碎石土
2、及软弱岩层等。,引言,室内试验,室内岩土试验可分为土体的室内试验和岩石的室内试验。土体的室内试验，包括土的物理性质指标的测定、土的力学性质指标的测定、土的动力特性试验、粘土矿物分析等等。岩石的室内试验，包括岩石水理性质试验、岩石强度和变形试验、岩石结构面抗剪强度试验、岩石软弱夹层剪切蠕变试验、岩石点荷载强度试验等等。优点:土的室内试验，历史较久，经验也比较丰富，其主要优点是，试验时的边界条件和排水条件都很易控制，清楚明了，试验中的应力路径可事先选定；对小应变来说，土样中的应变场是均一的，所测土的物理力学性质指标已得到公认。,原位试验,实验室一般使用小尺寸试件，不能完全确切地反映天然状态下的岩土
3、性质，特别是对难于采取原状结构样品的岩土体。因而有必要在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学性质及其他指标，以弥补实验室测试的不足。许多试验方法是随着对岩土体的深入研究而发展起来的。野外试验亦称现场试验、就地试验、原位测试。原位测试：是指在岩土体原有的位置上，在保持岩土的天然结构、天然含水量以及天然应力状态条件下测定岩土性质。原位测试可分为土体原位测试和岩体原位测试,1土的原位测试优点土的原位测试技术在工程勘察中占有很重要的位置。这是因为它与钻探、取样、室内试验的传统方法比较起来，具有下列明显的优点：（1）可在拟建工程场地进行测试，不用取样。避免由于钻探取样产生的不同程度扰动（取样时的应
4、力解除、样品运输中的碰撞及制样中的扰动等）。因此，室内试验所测“原状土”的物理力学性质指标往往不能代表土层的原始状态指标，大大降低了所测指标的工程应用价值。（2）原位测试涉及的土体积比室内试验样品要大得多，因而更能反映土的宏观结构（如裂隙、夹层等）对土的性质的影响。（3）很多土的原位测试技术方法可连续进行，因而可以得到完整的土层剖面及其物理力学性质指标，因而它是一门自成体系的实验科学。（4）土的原位测试，一般具有快速、经济的优点。如用静力触探车进行测试8h可触探120-300m，并可自动记录、打印和处理成果，速度之快是钻探、取样、室内试验所无法比拟的。,2、土的原位测试缺点（1）难于控制测试中
5、的边界条件，如测试周围土层的排水条件和应力条件。（2）测试成果和边界条件的关系和测试机理的科学解释有待于进一步明确，但到目前为止，土的原位测试技术所测出的数据和土的工程性质之间的关系，仍是建立在大量统计的经验关系之上的。3土的原位测试与传统的钻探、取样、室内试验的关系在工程勘察中，可以大量使用土的原位测试技术，只须对需要做对比的土层或关键部位配以少量钻探和室内试验即可。这样做的目的是，可以建立很多适合勘察现场的经验关系，提高土的原位测试精度，大量减少工程地质钻探和室内试验费用，缩短勘察周期。,土的原位测试方法很多，但可以归纳为下列两类：（1）土层剖面测试法：可获得连续的土层剖面，具有可连续进行
6、测试、快速、经济的优点。它主要包括静力触探、动力触探、土的压入式板状膨胀仪测试及电阻率法等。（2）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，其精度一般可超过钻探和室内试验成果的精度。它主要包括载荷测试、旁压测试、标准贯入测试、抽水和注水实验及十字板剪切测试等。土的专门测试法和土层剖面测试法，经常配合使用，点面结合，既提高了勘测精度，又加快了勘测进度。,1、工程设计中的土工计算成果的可靠性，主要取决于所选计算参数，所选参数精度的重要性远比所选的计算方法要重要得多。2、可靠的土质参数，只能通过原位测试取得。因此，在工程勘察中，不进行原位测试是没有质
7、量保证的；特别是在大型工程勘察中，它是不可缺少的手段。3、原位测试技术的重要性正在逐渐被广泛承认，测试技术逐渐成熟，相应法规日趋完善，它将发挥越来越大的作用。,观点,练习,1、下列不属于原位测试手段的是（）。A.静力载荷试验B.标贯试验C.动力触探试验D.压缩试验 答案：D,2、所谓原位测试就是在土层原来所处的位置基本保持土体的天然结构、天然含水量以及天然应力状态下，测定土的（）指标。A（A）工程力学性质（B）抗压强度（C）物理性质（D）纵波波速,取 样,不扰动土试样的采取方法击入法，压入法，回转法土试样质量等级；,不扰动是指原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度和含水量变化很小，能满足室内试
8、验各项要求,取样技术要求试样采取的工具和方法可按表2选择特殊要求在钻孔中采取、级砂样时，可采用原状取砂器，并按相应的现行标准执行。在钻孔中采取、级土试样时，应满足下列要求：1、在软土、砂土地层中宜采用泥浆护壁；如使用套管，应保持管内水位等于或稍高于地下水位，取样位置应低于套管底三倍孔径的距离；2、采用冲洗、冲击、振动等方式钻进时，应在预计取样位置1m以上改用回转钻进；3.下放取土器前应仔细清孔，清除扰动土，孔底残留浮土厚度不应大于取土器废土段长度（活塞取土器除外）；4.采取土试样宜用快速静力连续压入法；条件不允许时也可采用重锤少击方式，但应有良好的导向装置，避免锤击时摇晃；5.对黏性较强的土层
9、，上提取土器之前可回转3圈，使土试样从底端断开；6.具体操作方法应按现行标准原状土取样技术标准（JGJ89）执行。,土试样封装、保存及运输,、级土试样应妥善密封，防止湿度变化，严防曝晒或冰冻。在运输中应避免振动，保存时间不宜超过三周。对易于振动液化和水分离析的土试样宜就近进行试验。岩石试样可利用钻探岩芯制作或在探井、探槽、竖井或平洞中刻取。采取的毛样尺寸应满足试块加工的要求。在特殊情况下，试样形状、尺寸和方向由岩体力学试验设计确定。,练习题,1、采取软岩的完全扰动试样时，可采用哪一种取样工具（）？（A）岩心钻头；（B）标准贯入器；（C）回转取土器；（D）薄壁取土器；答案：A2、按照岩土工程勘察
10、规范，轻微扰动的土样可以进行下面那类实验（）？（A）土类定名、含水量、密度、强度试验、固结试验；（B）土类定名、含水量、密度；（C）土类定名、含水量；（D）土类定名；答案：B3、薄壁取土器可以在（）中使用？（A）碎石土；（B）细砂；（C）粉土；（D）硬粘土；答案：c,4、采取不扰动土样方法有（）？D（A）回转法；（B）击入法；（C）压入法；（D）A+B+C；1、原位测试试验具有许多优点,可完全替代室内试验(N)2、在钻孔中采取、级砂样时，可采用原状取砂器(Y)3、对易于振动液化和水分离析的、级土试样宜送到实验室进行试验(N)4、不扰动土样是指原位应力状态没有改变(N),载荷测试是目前世界各国用
11、以确定地基承载力的最主要方法，也是比较其他土的原位测试成果的基础。平板静力载荷测试，简称载荷测试。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。平板静力载荷测试所反映的是承压板以下大约1.52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。载荷测试的主要优点是对地基土不产生扰动，利用其成果确定的地基容许承载力最可靠、最有代表性，可直接用于工程设计。其成果还可用予预估建筑物的沉降量，效果也很好。因此，在对大型工程、重要建筑物的地基勘测中，载荷测试一般是不可少的。,静载实验,图2-1 堆载平台系统的设备布置,一、试验设备目前国内采
12、用的试验装置，大体可归纳为由承压板、加荷系统、反力系统、观测系统四部分组成。设备的具体布置方式有如下两种：,图2-2 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,（一）承压板类型和尺寸 承压板可用混凝土、钢筋混凝土、钢板、铸铁板等制成，多以钢板为主。要求压板具有足够的刚度，不破损、不挠曲，压板底部光滑平整，尺寸和传力重心准确，搬运和安置方便。承压板形状可加工成正方形或圆形，其中圆形压板受力条件较好而且边界条件简单，使用最多。,承压板,（二）承压板面积 规范规定一般宜采用0.250.50m2，对均质密实的土，可采用0.1m2，对软土和人工填土
13、，不应小于0.5m2。采用单桩复合地基试验方式时，压板面积为一根桩承担的处理面积。采用多桩复合地基试验方式时，压板面积为相应多根桩承担的处理面积。,载荷台式加压装置a木质或铁质载荷台；b低重心载荷台；1载荷台；2钢锭；3混凝土平台；4测点；5承压板,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两种。重物加荷是在载荷台架上放置重物，如铅块等，此方法比较笨重，劳动强度大，但荷载稳定。油压千斤顶反力加荷是用油压千斤顶加荷，用地锚提供反力，此方法比较方便，劳动强度小，应用广泛。油压千斤顶反力加荷要注意，油压千斤顶的行程要满足地基沉降量的要求，下在土中的地锚反力
14、要大于最大荷载。,千斤顶式加压装置 a钢桁架式装置；b拉杆式装置；1千斤顶；2地锚；3桁架；4立柱；5分立柱；6拉杆,沉降观测装置沉降观测仪表有百分表、沉降传感器或水准仪等，要满足精度要求。,2、试验方法,1）载荷测试一般在方形坑中进行方形坑的宽度应不小于承压板宽度（或直径）的三倍，以消除侧向土自重引起的超载影响。2）安装设备安装承压板，在安装承压板之前，应平整坑底，铺12cm厚的中砂层，并用水平尺找平，以保证承压板与试验面的平整均匀接触。尽量保持原状土，方法有对软粘土、饱和松散砂，在承压板周围预留2030cm 保护层地下水（可先将水降至承压板以下，铺砂，安承压板，待水位恢复）安装千斤顶、载荷
15、台架或反力构架。保持其中心与承压板一致。安装沉降观测装置。沉降观测点应对称放置。,3）试验 加荷方式。分级维持荷载沉降相对稳定法（常规慢速法）。分级加荷按等荷载增量均衡施加。荷载增量一般取预估试验土层极限荷载的10%20%，或临塑荷载的20%25%。每一级荷载，自加荷开始按时间间隔，10、10、10、15、15 min,以后每隔30min 观测一次承压板沉降，直至在连续2 h 沉降量不超过0.1mm/h,或连续1h内每30min沉降不超过0.05mm，即可施加下一级荷载。分级维持荷载沉降非稳定法（快速法）。分级加荷与慢速法同，但每一级荷载按间隔15min观察一次沉降。每级荷载维持2h，即可施加
16、下一级荷载。等沉降速率法。控制承压板以一定的沉降速率沉降，测读与沉降相对应的所施加的荷载，直至试验达破坏状态。4)试验结束条件。一般应尽可能进行到试验土层达到破坏阶段，然后终止试验。当出现下列情况之一时，可认为已达破坏阶段：在某级荷载作用下，24h沉降速率不能达到相对稳定标准；承压板周围出现明显侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；相对沉降(s/b)超过0.060.08,浅层平板载荷试验要点岩土工程勘察规范（GB50021-2001)规定浅层平板荷载试验的要点为：1）地基土浅层平板荷载试验可适用于浅部地基土层的承压板下应力主要影响范 围内的承载力。承压板面积不应小于0.25m2,对
17、于软土不应小于0.5m2。2）试验基坑深度不应小于承压板宽度或直径的3倍。应保持试验土层的原状结构和天然湿度。宜在拟试压表面用粗砂或中砂找平，其厚度不超过20mm3）加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的2倍。4）每级加载后，按间隔10、10、10、15、15 min,以后每隔30mi测读一次沉降量，当在连续内2h沉降量小于0.1mm/h时，则认为已稳定，可加下一级荷载。5）当出现下列情况之一时，即可终止加载：承压板周围的土明显地侧向挤出；沉降急剧增大，荷载沉降(ps）曲线出现陡降段；在某一级荷载下，24h 内沉降速率不能达到稳定；当沉降量与承压板或直径之比大于或等于0.06。当满
18、足前三种情况之一时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。,深层平板载荷试验的要点岩土工程勘察规范(GB50021-2001)规定深层平板载荷试验要点为：1)深层平板载荷试验可适用于确定深部地基土层及大直径桩桩端土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力。2）深层平板载荷试验的承压板采用直径为0.8m的刚性板，紧靠承压板周围外侧的土层高度应不少于0.8m3）加荷等级可按预估极限承载力的1/101/15分级施加。4）每级加荷后，第一个小时内按间隔10、10、10、15、15 min,以后每隔30mi测读一次沉降。当在连续2h内沉降量小于0.1mm/h时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。5）当出现下列情况
19、之一时，可终止加载：沉降s急剧增大，荷载-沉降(pS)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且沉降量超过0.04d(d为承压板直径);在某 荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定；本级沉降量大于前一级沉降量的5倍；当持力层土层坚硬，沉降量很小时，最大加载量不小于设计要求的2倍。,3、资料整理,1）绘制压力沉降量关系曲线（p-s）（1）首先，应对载荷测试的原始数据进行检查和校对，整理出荷载与沉降量、时间与沉降量汇总表。然后，绘制压力P与沉降量S关系曲线。该曲线是确定承载力、地基土变形模量和土的应力-应变关系的重要依据。（2）在载荷试验中，由于各种因素的影响，会使PS曲线偏离坐标原点。这时，应对PS关系
20、曲线加以校正，也就是校正沉降量观测值。（图解法和最小二乘法）,（3）根据校正后的 值绘制 PS（压力沉降量）关系曲线，即一般称的PS曲线。,P0比例界限；PL 极限界限；压实阶段；剪变阶段；破坏阶段,2）曲线特征值的确定PS曲线的三段：I段直线段（压实阶段）、II段曲线段（剪变阶段）、III段直线段（破坏阶段）具有两个特征值：比例界限值、极限界限值,特征值的确定方法如下：（1）当PS曲线具有明显的直线段及转折点时，一般将转折点所对应的压力定为比例界限值，将曲线陡降段的渐近线和横坐标的交点定为极限界限值。（2）当曲线无明显直线段及转折点时（一般为中、高压缩性土），可用下述方法确定比例极限。在某一
21、级荷载压力下，其沉降增量 Sn超过前一级荷载压力下的沉降增量 Sn-1的2倍(Sn 2Sn-1)点所对应的压力，即为比例界限。绘制（lgP lgS或P S/P）曲线，曲线上的转折点所对应的压力即为比例界限。其中，P为荷载增量，S为相应的沉降增量。,3）计算变形模量 E0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。可由PS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。当承压板位于地表时：,式中：承压板形状系数（刚性方形板=0.886，刚性圆形板=0.785）；泊松比，见表41；B承压板的宽度或直径（cm）；P、s为曲线直线段内一点的压力值（kPa）及相应的沉
22、降值（cm）。,当承压板位于地表以下时：,式中 深度修正系数，当承压板埋深hB 时，；否则,表41土的泊松比 值（侧膨胀系数）,4、成果应用,（一）确定地基容许承载力（或承载力标准值）在确定地基土的容许承载力时，通常要考虑两个因素，即：在多大荷载作用下地基土的变形达到逐渐稳定状态；所产生的变形是否影响建筑物的正常使用。地基的容许承载力可用下述方法确定：,利用载荷测试成果确定地基承载力时，当地基土为低压缩性土，地基受压破坏形式为整体剪切破坏，曲线上拐点明显，可以以PS曲线的特征点所对应的压力作为基本依据的。PS曲线上的两个特征点 比例极限 P0（临塑荷载Pcr）：PS曲线上第一直线段的终点对应的
23、荷载，可以作为砂土、超固结粘土、砾石土的承载力。极限承载力Pu：PS曲线上的第二个拐点对应的荷载确定地基的容许承载力R R=Pc Pc=Pu/F 安全系数F23,（二）计算基础的沉降量直接利用原位测试成果，特别是载荷试验成果计算地基的变形量，较据室内试验得出的压缩模量计算更接近于实际。当建筑物基础宽度两倍深度范围内的地基土为均质时，可利用载荷测试沉降量推算建筑基础的沉降量：对砂土地基 对粘性土地基 式中：Sj预估的基础沉降量（cm）；S载荷与基础底面压力值相等时的载荷测试承压板的沉降量（cm）；b基础短边宽度（cm）；B承压板宽度（cm）。,练习题,1、平板载荷实验的承压板尺寸为（）？（A）1
24、.0m2；（B）0.6m2；（C）0.25m20.5m2；（D）视土体的强度大小而变化；答案：C2、静力载荷实验的终止条件应为（）？（A）承压板周围的土体有明显的侧向挤出；（B）沉降量超过承压板直径或宽度的1/12；（C）24小时内沉降随时间近似等速或加速发展；（D）A、B、C三者之中的任何一种；答案：D3、静力载荷实验可以获得（）？（A）变形模量；（B）临塑荷载（C）极限荷载（D）B+C+A答案：D,4、利用现场静力载荷试验不可以确定或估算地基土的项目是（）？A.临塑荷载B.极限荷载C.弹性模量D.基床反力系数 答案：C5、在载荷试验中得到的p-s曲线，确定地基承载力的方法不包括（）？（A）
25、强度控制法；（B）相对沉降控制法；（C）极限荷载法；（D）拐点法；答案：D6、深层载荷试验的变形模量与（）没有关系？（A）承压板埋深；（B）板的材质；（C）土的泊松比；（D）板的大小；答案：B,7、做现场静力载荷试验时的实验位置为（）。A.基础埋置深度以上B.基础埋置深度以下C.基础埋置深度处 D.地表处答案：C 8、对地基土进行平板载荷试验时，地基土产生沉降的范围是以下（）范围？A.载荷板一倍宽度的深度以内B.载荷板二倍宽度的深度以内 C.载荷板一倍宽度的深度以外D.载荷板二倍宽度的深度以外答案：B8、进行静力载荷试验时,一般不需要找平(N)7、静力载荷试验的装置由承压板、沉降观测装置等部分
26、组成(N),1、为什么说地基静载荷试验是最直观可靠的地基测试方法？它的主要缺陷是什么？答：地基静载荷试验相当于在基础原位进行的模型试验，能综合反映一定范围内地基土的承载力和变形性质，所以相对于其它原位测试手段而言是最直观可靠的地基测试方法。它的主要缺陷在于费用较高、测试周期较长而且存在压板的尺寸效应和深度效应。2.在天然地基和复合地基上做静载荷试验时，应如何选取压板尺寸？答：在天然地基上做静载荷试验时，压板尺寸宜采用0.250.50m2。土质不均匀时选大值，对于软土不应小于0.5m2。在复合地基上做静载荷试验时，采用单桩复合地基试验方式的压板面积为一根桩承担的处理面积，采用多桩复合地基试验方式
27、的压板面积为相应多根桩承担的处理面积。,3、采用慢速加载法时，荷载应如何进行分级？为什么要满足稳定标准？答：采用慢速加载法时，荷载级别不应少于8级，最大加载量不应小于设计要求的两倍。试验过程应满足稳定标准，其原因在于：（1）慢速加载的目的在于模拟实际静力荷载作用过程，所以要求加载过程缓慢；（2）为了充分反映地基的变形特性，特别是软土的变形特性；（3）为了统一试验标准，使试验结果具有可比性。,静力触探,静力触探是通过一定的机械装备，将一定规格的金属探头用静力压入土层中，同时用传感器或直接量测仪表测试土层对触探头的贯入阻力，以此来判断，分析，确定地基土的物理力学性质。静力触探的主要优点是连续、快速
28、、精确；可以在现场直接测得各土层的贯入阻力指标；掌握各土层原始状态（相对于土层被扰动和应力状态改变而言）下有关物理力学的性质，这对于地基在竖向变化比较复杂，而用其他常规勘探手段不可能大密度取土或测试来查明土的变化；对于饱和砂土、砂质粉土以及高灵敏度软粘土层中钻探取样往往不易达到技术要求，或者无法取样的情况；用静力触探连续压入测试，则显出其独特的优越性。但是，静力触探也有不足之处：不能对土层进行直接的观测、鉴别；由于稳固的反力问题没有解决，测试深度不能超过80m；对于含碎石、砾石的土层和很密实的沙层一般不适合应用等。一、设备 静力触探设备，俗称静力触探仪，一般由贯入系统、静力触探头、量测记录仪表
29、、探杆、电缆线等组成。我国常用的静力触探仪有三种，分别是CLD型静力触探十字板剪切两用仪；托挂式静探仪（小型液压式）；静力触探车。,=,原位试验确定地基承载力,二、静力触探试验法,Qf,Qc,用静压力将装有探头的触探器压入土中，通过压力传感器及电阻应变仪测出土层对探头的贯入阻力。探头贯入阻力的大小直接反映了土的强度的大小，把贯入阻力与荷载试验所得到的地基容许承载力建立相关关系，从而即可按照实测的贯入阻力确定地基的容许承载力值。还可以把土的贯入阻力与土的变形模量及压缩模量建立相关关系，从而可以确定变形模量和压缩模量,方法介绍：,探头阻力Q可分为两个部分,1.锥头阻力Qc,2.侧壁摩阻力Qf,比贯
30、入阻力：探头单位截面积的阻力,1、贯入系统,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。,2、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
31、头可分为三种类型。,静力触探探头规格,（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。单桥探头只能测定一个触探指标比贯入阻力PS，该指标的基本概念为：1)这一贯入阻力对应于一定几何形状的探头，因此是相对贯入阻力，经大量试验研究，按规范确定的探头规格，则触探结果不受其规格尺寸的影响。2)PS值是探头锥尖底面积A与总贯入阻力P的比值：ps=p/A（6）总贯入阻力P包括锥尖阻力和侧壁摩擦力两部分的综合作用，故 值称为贯入阻力或视贯入阻力。单就圆锥体的贯入来说，它所受的阻力大
32、小只取决于土体的抗剪强度，而与土的压缩性无关。为了使 值同时能反映土的变形特性，在探头的设计制作中有意识地在圆锥头底部增设了一个圆柱摩擦套筒，摩擦筒的长度L与锥底直径d的比值L/d控制在1.62.0，以使锥头贯入土层中产生的向上挤出的犁形滑动面能直接作用于侧壁上，增加侧摩阻作用。于是圆柱套筒与土层的摩阻力便形成了一个通过探头质心的等效集中荷载，像桩对土层的压缩作用一样，从而使 值也能反映出土层的压缩性。所以，比贯入阻力是锥尖阻力和侧壁摩阻力的综合反映。,（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。双桥探头能同
33、时测出锥尖阻力 和侧壁摩阻力。故可用于单桩的模型试验，分别测得单桩锥尖承载力和侧壁摩擦力。锥尖阻力 和侧壁摩阻力 分别定义如下：(7)(8)式中q0，fs分别为锥尖总阻力和侧壁摩阻力；A、F分别为锥底截面面积和摩擦筒表面积。在静力触探的整个过程中，探头应匀速、垂直地压入土层中，贯入速率一般控制在（1.2+0.3）m/min。静力触探探头传感器必须事先进行率定，室内率定非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度飘移、归零误差范围应为 0.5%1.0%。在现场试验时，应检验现场的归零误差50m时，应量测触探孔的偏斜度，校正土的分层界限。,（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
34、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,静力触探探头,1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；锥角,静力触探探头,南光地质仪器有限公司生产的探头照片,3、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
35、其配套的记录仪器主要有以下4种类型：电阻应变仪；自动记录绘图仪；数字式测力仪；数据采集仪（微机）。,4、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。5、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。,二、试验要求,进行静力触探试验，应根据测试要求和土层软硬情况选用静力触探探头。如果
36、需要进行孔压静力触探，在试验前除对测各贯入阻力值的传感器进行率定外，还需进行饱和及孔压传感器的率定。,三、试验,野外测试的关键步骤：a、布孔位，平整场地；b、安装触探机，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；c、将探头、测量电缆、探杆连接起来，并检查测量仪表，并调零；d、将连着探杆的探头压入地下，同时记录深度值和测量仪表的数据。,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内，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，
37、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。,四、静力触探成果整理,静力触探试验的主要成果有：比贯入阻力深度（Psh）关系曲线（图6）；锥尖阻力深度（qch）关系曲线（7）；侧壁摩阻力深度（fsh）关系曲线（图7）和摩阻比深度（Rfh）关系曲线（图8）。摩阻比Rf的定义为：,5、影响因素,1）探头及探杆的规格 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2）贯入速率 静力触探的贯入速率一般采用12c
38、m/s。常用贯入速率（2cms左右）的情况下，对贯入阻力的影响很小3）温度影响 温度变化会引起探头内部的电阻应变片变长，从而使其阻值发生变化，导致测量结果的大误差。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。此外还有应变片通电时间过长，产生电阻热。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0.51.0m，停止贯入510min，使探头的温度与地下的温度一致，然后调零。4）透水滤器位置的影响 5）其他影响因素,6、成果应用,静力触探实验适用于粘性土、粉土和砂土。静力触探实验可以用于下列目的：
39、1）根据贯入阻力曲线的形态特征或数值变换幅度划分土层。2）估算地基土层的物理力学参数。3）评定地基的承载力。4）选择桩基持力层、估算单桩极限承载力，判定沉桩可能性5）判定场地地震液化势。,根据目前的研究与经验，静力触探实验成果的应用主要有下列几个方面：（1）划分土层界线根据静探曲线对地基土进行力学分层，或参照钻孔分层结合静探ps或qc及fs值的大小和曲线形态特征进行地基土的力学分层，并确定分层界线。,用静力触探曲线划分土层界线的方法为：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，或中点偏向小阻力土层510cm处作为分层界线；2）上下层贯入阻力相差一倍以上时，当由软层进入硬层或由硬
40、层进入软层时，取软层最后一个（或第一个）贯入阻力小值偏向硬层10cm处作为分层界线；3）上下层贯入阻力无甚变化时，可结合Fs或Rf的变化确定分层界线。,（2）评定地基土的强度参数1）粘性土由于静力触探实验的贯入速率较快，因此对量测粘性土的不排水抗剪强度是一种可行的方法。经过大量实验和研究，探头锥尖阻力基本上与粘性土的不排水抗剪强度呈某种确定的函数关系，而且将大量的测试数据经数理统计分析，其相关性都很理想。,2）砂土我国铁道部静力触探技术规则提出可按下表估算沙土的内摩擦角。,用静力触探比贯入阻力ps估算沙土内摩擦角,用静力触探估算粘性土的不排水抗剪强度（kPa）,（3）评定土的变形参数大量研究成
41、果表明，在临界深度以下贯入时，土体压缩变形起着重要作用，因此，无论从理论上还是将锥尖阻力qc或比贯入阻力ps与土的压缩模量Es和变形模量E0的数理统计分析方面，都反映了qc(或ps)与Es和E0等变形指标有某种很好的关系。,1）粘性土比贯入阻力PS粘性土的压缩模量Es和变形模量E0的实用关系,用ps评定粘性土的压缩模量Es和变形模量Eo,2）砂土砂土的压缩模量E、变形模量E0和初始切线模量Ei与静力触探的锥尖阻力qc和贯入阻力qs均有一定的关系。如我国铁道部静力触探技术规则提出估算砂土Es的经验值见下表,用静力触探试验的锥尖阻力qc或比贯入阻力ps估算砂土变形模量的关系式见下表：,（4）评定地
42、基土的承载力关于用静力触探的比贯入阻力确定地基土的承载力基本值f0的方法，我国开展了大量的研究工作，已取得了许多可靠、合理的实用成果。但是，由于我国疆域辽阔、土层复杂、差异很大，因此不能形成一个统一的公式来确定各地区的地基承载力。下表反映了我国部分地区一般土类的地基承载力基本值的经验关系。,（5）预估单桩承载力,1）上海市地基基础设计规范（DBJ081189）方法：,2）高层建筑岩土工程勘查规程（JDJ72-80）方法：,3）铁道部静力触探规则方法,用ps(kPa)或qc值(kPa)确定地基土承载力基本值fo(kPa),如土体中存在有陷穴或土洞，用静力触探很易将其探测出来。此时，探头阻力会变为
43、零。冻融土地基检测：我国东北、华北、西北地区的季节冻融土地基，常产生建筑物开裂。冻融土和未冻土的力学强度差别较大，兖州煤矿设计院为此作了对比，如表示。,（6）判定土质滑坡滑动面、土洞及冻融土强度,从表中可以看出，冻融土强度降低很多，用静探很易测试出来，可为工程设计提供重要资料。,冻融土、未冻土的加权平均PS(kPa)值,练习题,1、简述静力触探试验的成果如何应用？2、下列各项中，不能用静力触探试验成果确定的是（）？（A）划分土层界线；（B）确定地基承载力；（C）评价地基土的液化势；（D）测定地基土的渗透系数；答案：D3、下列哪些土层不适合应用静力触探（）？（A）；饱和粉土（B）软粘土；（C）密
44、实砂土；（D）饱和粉砂；答案：C4、对单桥探头的静力触探而言，关于比贯入阻力的论述，正确的是（）。（A）比贯入阻力 是锥尖阻力的反映（B）比贯入阻力 是侧壁摩阻力的反映（C）比贯入阻力 是锥尖阻力和侧壁阻力的综合反映（D）比贯入阻力 不能反映侧壁摩阻力 答案：C,1、对静力触探难以贯入的土层，动力触探是十分有效的勘探测试手段（Y）2、静力触探试验适用于粘性土、粉土和砂土，设备的贯入能力必须满足测试土性、深度等要求，反力必须小于贯入总阻力（N）3、静力触探仪主要由三部分组成：贯入装置、传动系统、量测系统（Y）4、静力触探探头传感器必须事先进行率定(y),圆锥动力触探是利用一定的锤击功能，将一定规
45、格的圆锥探头打入土中，根据打入土中的阻力大小判别土层的变化，对土层进行力学分层，并确定土层的物理力学性质，对地基土做出工程地质评价。,动力触探和标贯试验,一、试验设备动力触探使用的设备如图，包括动力设备和贯入系统两大部分。动力设备的作用是提供动力源，为便于野外施工，多采用柴油发动机；对于轻型动力触探也有采用人力提升方式的。贯入部分是动力触探的核心，由穿心锤、探杆和探头组成。,根据所用穿心锤的质量将动力触探试验分为轻型、中型、重型和超重型等种类。动力触探类型及相应的探头和探杆规格见表3-1。,79,图3-2 轻型动力触探仪（单位：mm）,80,国际上使用的探头规格较多，而我国的常用探头直径约5种
46、，锥角基本上只有60一种。图3-4是重型和超重型探头的结构图。标准贯入使用的仪器除贯入器外与重型动力触探的仪器相同。我国使用的贯入器如图3-5。,81,82,二、试验方法（一）轻型、重型、超重型动力触探的测试程序和要求1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，然后对所需试验土层连续进行触探。（2）试验时，穿心锤落距为（0.500.02）m，使其自由下落。记录每打入土层中0.30m时所需的锤击数。（3）若需描述土层情况时，可将触探杆拨出，取下探头，换钻头进行取样。（4）如遇密实坚硬土层，当贯入0.30m所需锤击数超过100击或贯入0.15m超过50击时，即可停止试验。如需对
47、下卧土层进行试验时，可用钻具穿透坚实土层后再贯入。（5）本试验一般用于贯入深度小于4m的土层。必要时，也可在贯入4m后，用钻具将孔掏清，再继续贯入2m。,83,2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%。触探杆应保持平直，连结牢固。（2）贯入时，应使穿心锤自由落下，落锤高度为（0.760.02）m。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。打入过程应尽可能连续，所有超过5min的间断都应在记录中予以注明。（4）及时记录每贯入0.10m所需的锤击数。其方法可在触探杆上每0.1m划出标记，然后直接（或
48、用仪器）记录锤击数；也可以记录每一阵击的贯入度，然后再换算为每贯入0.1m所需的锤击数。最初贯入的lm内可不记读数。（5）对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过1215m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻影响。,84,（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。如需对下部土层继续进行试验时，可改用超重型动力触探。（7）本试验也可在钻孔中分段进行，一般可先进行贯入，然后进行钻探，直至动力触探所测深度以上1m处，取出钻具将触探器放入孔内再进行贯入。3超重型动力触探（1）贯入时穿心锤自由下落，落距为（1.000.02）m。贯入深度一般不宜超过20m，超过此深度限值时，需考虑
49、触探杆侧壁摩阻的影响。（2）其他步骤可参照重型动力触探进行。,85,（二）标准贯入试验,试验时，先行钻孔，再把上端接有钻杆的标准贯入器放至孔底，然后用质量为63.5kg的锤，以76cm的高度自由下落将贯入器先击入土中15cm，然后测继续打30cm的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数 1试验方法（1）先用钻具钻至试验土层标高以上0.15m处，清除残土。（2）将贯入器放入孔内，避免冲击孔底，注意保持贯入器、钻杆、导向杆联接后的垂直度。测定贯入器所在深度，要求残土厚度不大于0.1m。（3）将贯入器以每分钟击打1530次的频率，先打入土中0.15m，不计锤击数；然后开始记录每打入0.10m及累计0.
50、30m的锤击数N，并记录贯入深度与试验情况。若遇密实土层，锤击数超过50击时，不应强行打入，并记录50击的贯入深度。（4）旋转钻杆，然后提出贯入器，取贯入器中的土样进行鉴别、描述记录，并测量其长度。将需要保存的土样仔细包装、编号，以备试验之用。（5）重复14步骤，进行下一深度的标贯测试，直至所需深度。一般每隔1m进行一次标贯试验。,86,2注意事项：钻孔时应注意下列各条。（1）须保持孔内水位高出地下水位一定高度，以免塌孔，保持孔底土处于平衡状态，不使孔底发生涌砂变松，影响N值；（2）下套管不要超过试验标高；（3）须缓慢地下放钻具，避免孔底土的扰动；（4）细心清除孔底浮土，孔底浮土应尽量少，其厚
