第7、8章原位测试与室内试验.ppt

主要介绍常用原位测试基本原理及成果的应用主要介绍常用原位测试基本原理及成果的应用:载荷试验载荷试验(CPT)(CPT)、静力触探试验、静力触探试验(DPT)(DPT)、圆锥动力触探圆锥动力触探(DPT)(DPT)、标准贯入试验、标准贯入试验(SPT)(SPT)、十字板剪切试验、十字板剪切试验(VST)(VST)、扁铲侧胀试验扁铲侧胀试验 、旁压试验、波速测试、现场剪切试验、旁压试验、波速测试、现场剪切试验 、岩体原位应力测试、激振法测试。岩体原位应力测试、激振法测试。概述概述岩土工程岩土工程勘察试验类型：勘察试验类型：室内试验室内试验原位测试原位测试岩土工程岩土工程勘察试验目的：勘察试验目的：取得土和岩石的物理力学性质指标及地取得土和岩石的物理力学性质指标及地下水等性质指标，以供土木工程师设计下水等性质指标，以供土木工程师设计时采用。时采用。现场原位测试现场原位测试就是在岩土层原来所处的位置基本保持的天然结构、就是在岩土层原来所处的位置基本保持的天然结构、天然含水量以及天然应力状态下，测定岩土的工程力学性质指标。天然含水量以及天然应力状态下，测定岩土的工程力学性质指标。优点：优点：可以可以测定难以取得不扰动样的有关工程力学性测定难以取得不扰动样的有关工程力学性质质；可；可避免取样过程中应力释放避免取样过程中应力释放的影响；的影响；影响影响范围大，代表性强范围大，代表性强。可以节省勘察时间。可以节省勘察时间。缺点：缺点：各种原位测试有其适用各种原位测试有其适用条件；有些理论往往建条件；有些理论往往建立在统计经验的关系上立在统计经验的关系上等。等。静力载荷试验静力载荷试验(CPT)(CPT)；静力触探试验静力触探试验(DPT)(DPT)；标准贯入试验标准贯入试验(SPT)(SPT)；十字板剪切试验十字板剪切试验(VST)(VST)；波速测试；波速测试；现场渗透试验等现场渗透试验等 。常用原位常用原位测试方法：测试方法：10.1.1 10.1.1 原位测试方法应根据岩土条件、设计原位测试方法应根据岩土条件、设计对参数的要求、地区经验和测试方法的适用性对参数的要求、地区经验和测试方法的适用性等因素选用。等因素选用。7.1 7.1 静力载荷试验静力载荷试验(CPT)(CPT)静力载荷试验分为平板载荷试验、静力载荷试验分为平板载荷试验、螺旋板载荷试验、深层平板载荷试螺旋板载荷试验、深层平板载荷试验等。验等。试验目的：试验目的：确定地基土承载力及土的变形模确定地基土承载力及土的变形模量。估算土的不排水抗剪强度，量。估算土的不排水抗剪强度，确定土的基床反力系数。确定土的基床反力系数。适用条件：适用条件：各种土，各种复合地基，各各种土，各种复合地基，各种基础工程种基础工程(主要是桩基础主要是桩基础单桩，群桩单桩，群桩).).7.1.1根据实测结果绘制荷载与沉根据实测结果绘制荷载与沉降降(p-s(p-s)关系曲线，通过分析试验关系曲线，通过分析试验曲线即可确定曲线即可确定地基承载力、地基土地基承载力、地基土的变形模量、估算地基土的不排水的变形模量、估算地基土的不排水抗剪强度、估算地地基土基床反力抗剪强度、估算地地基土基床反力系数。系数。7.1.4 7.1.4 试验资料处理及成果应用试验资料处理及成果应用1 1、确定地基土的承载力、确定地基土的承载力由载荷试验由载荷试验P PS S曲线确定地基土承载力，可曲线确定地基土承载力，可按按P PS S曲线的线型可分别采用拐点法、相对沉降曲线的线型可分别采用拐点法、相对沉降法和极限荷载法等。法和极限荷载法等。(1)(1)拐点法拐点法(强度控制法）强度控制法）取第一拐点取第一拐点P0(P0(比例界限点比例界限点)所所对应的荷载为地基土的容许承对应的荷载为地基土的容许承载力值。载力值。当当PS曲线上拐点不太明显时曲线上拐点不太明显时,怎么处理？怎么处理？在在P PS S曲线上取曲线上取S Sb b一定比值所对应的荷载为地基土的容一定比值所对应的荷载为地基土的容许承载力：许承载力：若承压板面积为若承压板面积为0.25-0.50m0.25-0.50m2 2 1)1)对一般粘性土、粉土等中、高压缩性土宜采用对一般粘性土、粉土等中、高压缩性土宜采用S Sb=0.02b=0.02对应的压力为容许承载力；对应的压力为容许承载力；2 2）对砂土等低压缩性土宜采用）对砂土等低压缩性土宜采用 S Sb=0.01-0.015b=0.01-0.015对应的对应的压力为地基土的容许承载力。压力为地基土的容许承载力。(2)(2)相对沉降法相对沉降法1 1）比例界限）比例界限P0P0与极限荷载与极限荷载PuPu接近时，将接近时，将PuPu除以安全系除以安全系数数Fs(FsFs(Fs=2-3)=2-3)作为地基土的容许承载力；作为地基土的容许承载力；2 2）当比例界限）当比例界限P0P0与极限荷载与极限荷载PuPu相差较远时，可按下式相差较远时，可按下式确定地基土承载力基本值：确定地基土承载力基本值：(3)(3)极限荷载法极限荷载法不同埋深的载荷试验，计算地基土变形模量的方法不同不同埋深的载荷试验，计算地基土变形模量的方法不同（圆和方承压板）：（圆和方承压板）：(1)(1)浅层平板载荷试验，地基土变形模量浅层平板载荷试验，地基土变形模量EoEo可按下式计算：可按下式计算：2 2、确定地基土的变形模量、确定地基土的变形模量E E。b b承压板的直径或宽度承压板的直径或宽度 (2)(2)深深层平板载荷试验，变形模量层平板载荷试验，变形模量Eo可按下式计算：可按下式计算：与试验深度和土类别有关的系数与试验深度和土类别有关的系数 用快速法载荷试验得到的极限荷载用快速法载荷试验得到的极限荷载PuPu估算饱和粘性土的估算饱和粘性土的不排水抗剪强度不排水抗剪强度Cu(0=0)Cu(0=0)可用下式计算：可用下式计算：3 3、估算地基土的不排水抗剪强度、估算地基土的不排水抗剪强度CuCu4 4、确定地基土基床反力系数、确定地基土基床反力系数KsKs基床反力系数：弹性半空间地基上某点所受的法基床反力系数：弹性半空间地基上某点所受的法向压力与相应位移的比值。类似于虎克定理里的向压力与相应位移的比值。类似于虎克定理里的K K，地基刚度。，地基刚度。7.27.2 静力触探试验静力触探试验(DPT)(DPT)（1 1）试验适用条件）试验适用条件10.3.1 静力触探试验适用于软土、一静力触探试验适用于软土、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.静力触探可根据工程需要采用单静力触探可根据工程需要采用单桥探头、双桥探头或带孔隙水压力量桥探头、双桥探头或带孔隙水压力量测的单、双桥探头，可测定比贯入阻测的单、双桥探头，可测定比贯入阻力力(ps)、锥尖阻力、锥尖阻力(qc)、侧壁摩阻力、侧壁摩阻力(fs)和贯入时的孔隙水压力和贯入时的孔隙水压力(u)。10.3.1 静力触探试验静力触探试验(CPT)(conepenetrationtest)是用静力匀速将标准规是用静力匀速将标准规格的探头压人土中格的探头压人土中同时量测探头阻力同时量测探头阻力测定土的力学特性测定土的力学特性具有勘探和测试具有勘探和测试双重功能。双重功能。常用的静力触探探头分为常用的静力触探探头分为单单桥探头和双桥探头。桥探头和双桥探头。单桥只能测得单桥只能测得总贯入阻力总贯入阻力，而双桥则能同时测得而双桥则能同时测得侧壁阻力侧壁阻力fsfs和锥尖阻力和锥尖阻力QcQc。（2 2）试验资料处理及成果应用）试验资料处理及成果应用 根据试验结果绘制比贯入阻力根据试验结果绘制比贯入阻力-深度关系曲线、锥尖阻力深度关系曲线、锥尖阻力-深度关系曲线、侧壁摩阻力深度关系曲线、侧壁摩阻力-深度关系曲线和摩阻比深度关系曲线和摩阻比-深度关深度关系曲线。系曲线。由静力触探成果可划分土层界线、评定地基土的强度参数、由静力触探成果可划分土层界线、评定地基土的强度参数、评定土的变形参数、评定地基土的承载力、预估单桩承载力评定土的变形参数、评定地基土的承载力、预估单桩承载力及判定饱和砂土和粉土的液化。及判定饱和砂土和粉土的液化。7.3圆锥动力触探圆锥动力触探(DPT)优点：优点：设备简单、操作方便、工效较高、适应性广，并具有连续贯设备简单、操作方便、工效较高、适应性广，并具有连续贯入的特性。对难以取样的砂土、粉土、碎石类土等，对静力入的特性。对难以取样的砂土、粉土、碎石类土等，对静力触探难以贯入的土层，动力触探是十分有效的原位测试手段。触探难以贯入的土层，动力触探是十分有效的原位测试手段。缺点：缺点：不能采样对土进行直接鉴别描述，试验误差稍大，再现性差。不能采样对土进行直接鉴别描述，试验误差稍大，再现性差。10.4.1圆锥动力触探试验圆锥动力触探试验(DPT)(dynamicpenetrationtest)是是用一定质量的重锤以一定高度的自由落距，将标准规格的圆锥用一定质量的重锤以一定高度的自由落距，将标准规格的圆锥形探头贯入土中，根据打入土中一定距离所需的锤击数判定土形探头贯入土中，根据打入土中一定距离所需的锤击数判定土的力学特性，具有勘探和测试双重功能。的力学特性，具有勘探和测试双重功能。(a)定性评价：评定场地土层的均匀性；查明土洞、定性评价：评定场地土层的均匀性；查明土洞、滑动面和软硬土层界面；确定软弱土层或坚硬土层的分布；滑动面和软硬土层界面；确定软弱土层或坚硬土层的分布；检验评估地基土加固与改良的效果。检验评估地基土加固与改良的效果。(b)定量评价：确定砂土孔隙比、相对密实度、粉土和定量评价：确定砂土孔隙比、相对密实度、粉土和粘性土的状态、土的强度和变形参数、评定地基土的承载力粘性土的状态、土的强度和变形参数、评定地基土的承载力或单桩承载力或单桩承载力。（1）目的与适用条件）目的与适用条件目的：目的：适用于强风化、全风化的硬质岩石、各种软质岩石及各适用于强风化、全风化的硬质岩石、各种软质岩石及各类土。类土。适用条件：适用条件：（2）试验装置动力触探设备）试验装置动力触探设备主要由探头和落锤两部分组成，可分为轻型、重型及超重型主要由探头和落锤两部分组成，可分为轻型、重型及超重型三类。三类。（3）试验资料处理及成果应用）试验资料处理及成果应用(a)确定砂土和碎石土的密实度；确定砂土和碎石土的密实度；根据试验结果绘制锤击数和锤击随深度变化的关系曲线。根据试验结果绘制锤击数和锤击随深度变化的关系曲线。其成果应用：其成果应用：(b)确定地基土的承载力和变形模量；确定地基土的承载力和变形模量；(c)检验评估地基土加固与改良的效果；检验评估地基土加固与改良的效果；(d)确定单桩承载力标准值。确定单桩承载力标准值。7.4标准贯入试验标准贯入试验(SPT)标准贯入试验是动力触探类型之一。标准贯入试验是动力触探类型之一。但有所但有所不同不同。触探头不是圆锥形探头，触探头不是圆锥形探头，而是标准规格的圆筒形探头而是标准规格的圆筒形探头(由两个半圆管合成的取土器由两个半圆管合成的取土器)，称为贯入器。称为贯入器。10.5.1标准贯入试验标准贯入试验(SPT)(standardpenetrationtest)是用质量为是用质量为63.5kg的穿心锤，的穿心锤，以以76cm的落距将标准规格的贯入器，自钻孔的落距将标准规格的贯入器，自钻孔底部预打底部预打15cm，记录再打入，记录再打入30cm的的锤击数，判定土的力学特性锤击数，判定土的力学特性砂土、粉土和一般粘性土，最适用砂土、粉土和一般粘性土，最适用N=250击的土层。击的土层。目的：目的：(a)根据标准贯入击数根据标准贯入击数N，利用地区经验，对砂土，利用地区经验，对砂土的密实度和粉土、粘性土的状态、土的强度参数、的密实度和粉土、粘性土的状态、土的强度参数、变形模量、地基承载力等作出评价。变形模量、地基承载力等作出评价。(b)估算单桩极限承载力和判定沉桩可能性。估算单桩极限承载力和判定沉桩可能性。(c)判定饱和粉砂、砂质粉土的地震液化可能性及判定饱和粉砂、砂质粉土的地震液化可能性及液化等级。液化等级。（1）试验目的与适用条件）试验目的与适用条件适用条件：适用条件：操作操作简简便，设备简单，土层的适应性广，而且通过贯入器可便，设备简单，土层的适应性广，而且通过贯入器可以采取扰动土样，对它进行直接鉴别描述和有关的室内土工以采取扰动土样，对它进行直接鉴别描述和有关的室内土工试验，如取砂土做颗粒分析试验。试验，如取砂土做颗粒分析试验。标准贯入试验一般结合钻孔进行，其优点标准贯入试验一般结合钻孔进行，其优点:该试验特别对钻探中难以取样的砂土和粉土的工程性质的评该试验特别对钻探中难以取样的砂土和粉土的工程性质的评定具有独特意义。定具有独特意义。（3）试验资料处理及成果应用）试验资料处理及成果应用标贯击数标贯击数N与深度的关系曲线、标贯孔工程地质柱状剖面图与深度的关系曲线、标贯孔工程地质柱状剖面图。成果应用成果应用:l由标贯成果可评定砂土的密实度和相对密度由标贯成果可评定砂土的密实度和相对密度;l评定粘性土的状态评定粘性土的状态l评定砂土抗剪强度指标评定砂土抗剪强度指标经验关系式经验关系式l评定粘性土的不排水抗剪强度指标评定粘性土的不排水抗剪强度指标Cu太沙基和佩克太沙基和佩克:Cu=(6:Cu=(66.5)N6.5)N日本规范日本规范:Cu=(6:Cu=(610)N10)Nl评定土的变形模量和压缩模量评定土的变形模量和压缩模量l确定地基承载力确定地基承载力l估算单桩承载力估算单桩承载力经验关系式经验关系式l判定饱和砂土的地震液化可能性及液化等级判定饱和砂土的地震液化可能性及液化等级当当饱和砂土或饱和粉土饱和砂土或饱和粉土实测标准贯入锤击数实测标准贯入锤击数NoNo值小于下式确值小于下式确定的临界值定的临界值时，则应判别为可液化土，否则为不液化土。时，则应判别为可液化土，否则为不液化土。7.5十字板剪切试验十字板剪切试验(VST)10.6.1十字板剪切试验十字板剪切试验(VST)(vanesheartest)是用插入土中是用插入土中的标准十字板探头，以一定速率扭转，量测土破坏时的抵抗力的标准十字板探头，以一定速率扭转，量测土破坏时的抵抗力矩，测定土的不排水抗剪强度矩，测定土的不排水抗剪强度。十字板剪切试验适用于灵敏度不大于十字板剪切试验适用于灵敏度不大于10，固，固结系数不大于结系数不大于100m2/年的均质饱和软粘土。年的均质饱和软粘土。目的：目的：测定原位应力条件下软粘土的不排水抗剪强度测定原位应力条件下软粘土的不排水抗剪强度Cu、估算软粘性土的灵敏度。估算软粘性土的灵敏度。（1）试验目的与适用条件）试验目的与适用条件适用条件：适用条件：（2）试验资料处理及成果应用）试验资料处理及成果应用（a a）测定软粘土的不排水抗剪强度）测定软粘土的不排水抗剪强度(Cu)f(Cu)f；十字板实测不排水十字板实测不排水抗剪强度。抗剪强度。（b b）估算软粘性土的灵敏度）估算软粘性土的灵敏度StSt；（c c）评定地基土的承载力。）评定地基土的承载力。7.6 7.6 旁压试验旁压试验 (横压试验横压试验)（1）试验目的与适用条件）试验目的与适用条件用于测定粘性土、粉土、砂土、碎石土、用于测定粘性土、粉土、砂土、碎石土、软质岩石和风化岩的承载力软质岩石和风化岩的承载力fk、旁压模、旁压模量量Em等等(软土地基一般不适宜）。软土地基一般不适宜）。10.7.1旁压试验旁压试验(PMT)(pressuremetertest)是用可侧向膨是用可侧向膨胀的旁压器胀的旁压器，对钻孔孔壁周围的土体施加径向压力的原位测对钻孔孔壁周围的土体施加径向压力的原位测试试，根据压力和变形关系根据压力和变形关系，计算土的模量和强度计算土的模量和强度。（2）试验资料处理及成果应用）试验资料处理及成果应用主要为压力和扩张体积曲线主要为压力和扩张体积曲线(p-V)、压力和半径增量曲线、压力和半径增量曲线(p-r)。a.评定地基承载力评定地基承载力:特征值的确定：特征值包括初始压力特征值的确定：特征值包括初始压力(p0)，临塑压力，临塑压力(pf)和极和极限压力限压力(pl)。p0的确定：旁压曲线中段直线段的起始点或蠕变曲线的第的确定：旁压曲线中段直线段的起始点或蠕变曲线的第一拐点相应的压力。一拐点相应的压力。临塑压力临塑压力pf:为旁压曲线中段直线的末尾点或蠕变曲线的第为旁压曲线中段直线的末尾点或蠕变曲线的第二拐点相应的压力。二拐点相应的压力。极限压力极限压力pl:扩张后体积相当于二倍固有体积时的压力。扩张后体积相当于二倍固有体积时的压力。b.确定旁压模量确定旁压模量根据压力与体积曲线的直线段斜率，按下式计算旁压模量根据压力与体积曲线的直线段斜率，按下式计算旁压模量：Vc旁压器量测腔初始固有体积，旁压器量测腔初始固有体积，p/V旁压曲线直线段的斜率旁压曲线直线段的斜率。（1）试验目的与适用条件）试验目的与适用条件目的求测岩土体的抗剪强度参数；目的求测岩土体的抗剪强度参数；适用条件：求测各类岩土体。适用条件：求测各类岩土体。7.9 7.9 现场直剪试验现场直剪试验 （2）试验资料处理及成果应用确定抗剪强度指标。）试验资料处理及成果应用确定抗剪强度指标。计算出各级垂直荷载下的垂直应力和剪应力，绘制垂直应计算出各级垂直荷载下的垂直应力和剪应力，绘制垂直应力与剪应力关系直按库仑定律即按上式确定出土体的力与剪应力关系直按库仑定律即按上式确定出土体的c和和tan或或。根据库仑定律根据库仑定律(1776)：f=c+tan11.1.2试验项目和试验方法，应根据工程要求和岩土试验项目和试验方法，应根据工程要求和岩土性质的特点确定。性质的特点确定。分为：分为：1.土的物理性质试验土的物理性质试验2.土压缩固结试验土压缩固结试验3.抗剪强度试验抗剪强度试验4.土的动力性质试验土的动力性质试验5.岩石试验（岩石试验（1岩矿鉴定；岩矿鉴定；2颗粒密度和块颗粒密度和块体密度试验；体密度试验；3吸水率和饱和吸水率试验；吸水率和饱和吸水率试验；4耐崩解耐崩解性试验；性试验；5膨胀试验；膨胀试验；6冻融试验。）冻融试验。）8.2 8.2 土的物理性质试验土的物理性质试验11.2.1 11.2.1 各类工程均应测定下列土的分类指标和物理性质指标：各类工程均应测定下列土的分类指标和物理性质指标：砂土砂土:颗粒级配、比重、天然含水量、天然密度、最大和最小密颗粒级配、比重、天然含水量、天然密度、最大和最小密度。度。粉土粉土:颗粒级配、液限、塑限、比重、天然含水量、天然密度和颗粒级配、液限、塑限、比重、天然含水量、天然密度和有机质含量。有机质含量。粘性土：液限、塑限、比重、天然含水量、天然密度和有机质粘性土：液限、塑限、比重、天然含水量、天然密度和有机质含量。含量。注：注：1 1 对砂土，如无法取得对砂土，如无法取得级、级、级、级、级土试样时，可只级土试样时，可只进行颗粒级配试验；进行颗粒级配试验；2 2 目测鉴定不含有机质时，可不进行有机质含量试验。目测鉴定不含有机质时，可不进行有机质含量试验。