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岩土工程测试与监测（例题和习题）吴兴序 编西南交通大学岩土工程系20133绪 论习 题1 什么是岩土工程，它与哪些工程领域有关？2 为什么说岩土工程具有明显的工程属性？3 岩土工程原位测试在岩土工程中处于何种地位？它与室内试验的关系如何？4 岩土工程原位测试所包含的测试技术，除了本教材所论及的以外，据你所知还有哪一些？第1章 地基静载荷试验例1-1 如某载荷试验采用直径1.128m的圆形压板，得出的ps曲线如图1-5，已知压板下的地基土较为均匀，其横向变形系数n可取为0.25。试根据该图确定该地基土的极限荷载pl、承载力实测值f0、基床系数k和变形模量E0。解：按图1-5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。取地基土的比例界限为350kPa，极限荷载pl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的2倍，故取极限荷载的一半作为该试验点的承载力实测值，即为f0=225kPa。按定义算得基床系数：k=350/0.0124=28225.8kN/m328.2 MN/m3按公式（1-3）算得变形模量：从上述计算过程可以看出，数据处理和分析过程不是太精确，规范的规定对很多情况也不是太明确，一般应注意借助于经验和理论知识，且应偏于安全。例1-2 某工程采用CFG桩构成复合地基，已知桩的布置方式为行列式，桩在两个方向上的中心距均为1.2m，设计方要求该复合地基的承载力特征值不低于230kPa。现决定采用单桩复合地基测试法进行检测，请选择压板的形状、尺寸和千斤顶的级别，如果采用堆载的方式作为反力，试计算确定堆载物（包括平台）的重量。解：根据公式（1-6），压板面积应为：对行列式布桩，可考虑采用正方形压板，其边长为1.2m。于是算得最大加载量为：千斤顶的加载能力应大于662.4kN，可选用100T级的千斤顶，其最大理论出力为1000kN。堆载物的重量应大于：选N=750kN。习 题1-1 基础的作用是什么？为什么建筑物要设置基础？1-2 什么是地基？什么是天然地基？什么是人工地基？1-3 什么是复合地基？列举出常见的4种复合地基的名称。1-4 在哪些情况下应该使用人工地基？1-5 地基静载荷试验可以解决工程中的那些问题？1-6 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？1-7 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？1-8 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？1-9 某建筑场地的地基土为较均匀的硬塑状粉质粘土，现采用面积为0.5m2的刚性圆形压板进行测试，所得3个试验点在各级荷载作用下的沉降观察数据如表1-1所示。试绘出3个点的p-s曲线，并计算该场地的地基承载力特征值fak和基床系数k，如果地基的泊松比n=0.28，试确定地基的变形模量E0。表1-1 某场地复合地基静载试验数据荷载（kPa）试验点沉降值 （mm）1#2#3#0000501.271.151.321002.612.422.661503.843.783.912005.125.095.422506.586.317.0330011.789.2712.1135019.2515.3321.7540028.4225.1040.4445045.3141.87-1-10 采用单桩复合地基试验对某工程的振冲碎石桩复合地基进行检测，已知桩的排列为等边三角形，桩距为1.2m，设计要求复合地基承载力特征值不低于200kPa，如采用圆形承压板，请确定承压板的直径和千斤顶的级别，又如果采用压重平台作为反力，请确定堆载物的重量。1-11 采用单桩复合地基试验对某工程的砂石桩复合地基进行检测，已知桩的排列为梅花形，桩距a为1.2m，排距b为0.9m，设计要求复合地基承载力特征值不低于200kPa，如采用方形承压板，请确定承压板的边长和千斤顶的级别，又如果采用压重平台作为反力，请确定堆载物的重量。第2章 静力触探试验例2-1 试根据图2-1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：首先分析图2-1所示测试曲线的的特征。从图2-1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2-6中的两条水平线所示，于是确定土层和土层的厚度分别为4.9m和2.0m，土层的厚度未能探明。图2-6 例2-1图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2-6所示。根据图2-6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： qc4.75MPa，fs31kPa，Rf= fs / qc100%31/4750100%=0.65%土层： qc0.6MPa，fs37kPa，Rf= fs / qc100%37/600100%=6.2%土层： qc3.9MPa，fs49kPa，Rf= fs / qc100%49/3900100%=1.2%根据各土层的qc和Rf，在图2-5中作出相应的坐标点，即可定出各土层的名称，其结果为，土层为砂土，土层为软土，土层为粉土。与图2-1对比，所得的土层名称有一些区别，由此也可以看出图2-5的方法是近似的。例2-2 对某场地的地基土层进行静力触探测试，其触探曲线如图2-1所示，该工程拟采用边长300mm的预制钢筋混凝土方桩基础，桩长初步拟定为7.0m，桩顶位于地面以下0.8m，试估算该桩的单桩承载力特征值。解：根据例2-1的计算结果，各土层的触探参数为：fs131kPa，fs237kPa，qc20.6MPa，fs349kPa，qc33.9MPa，根据公式2-9的说明，计算各相关的参数为：b1=5.05（fs1）-0.455.05310.451.08b2=10.04（fs2）-0.5510.04370.551.38b3=10.04（fs3）-0.5510.04490.551.18a=2/3因为桩长为7.0m，桩顶在地面以下0.8m，故桩尖进入第3层土的深度为7.86.90.9m，所以于是由公式（2-8）算得取安全系数K2.0，得单桩承载力特征值为习 题2-1 静力触探与打入桩的贯入过程有何异同？2-2 用静力触探为何能估计地基土的物理力学参数和地基承载力？2-3 何谓静力触探的超前和滞后效应，为何会产生此种效应？2-4 理解静力触探的临界深度概念。2-5 静力触探的一般测试工作如何进行？2-6 静力触探数据的零漂产生的原因是什么，如何解决？2-7 土层划分后如何用平均法求各土层的测试参数？图2-7 习题2-8图2-8 某工程用双桥静力触探对地基土进行测试，其中某孔位的触探曲线如图2-7所示，试用图解法进行土层划分，决定各土层的厚度和平均触探参数，计算各土层的平均摩阻比。2-9 根据上题的结果分析场地处各土层的类别和性状。2-10 接上题，如果该工程拟采用边长350mm的预制钢筋混凝土方桩基础，桩长初步拟定为12.5m，桩顶在地面以下2.0m处，试估算其单桩承载力特征值。第3章 圆锥动力触探和标准贯入试验例3-1 某场地用动力触探对地基土进行测试，其中某点位经杆长修正后的测试曲线如图3-7所示，试根据该曲线对地基土进行力学分层，并确定各土层的地基承载力。解：首先观察该测试曲线的特征。从图3-7看，从地表到0.7m深度的触探击数逐渐增加；0.7m1.6m、1.8m3.2m、3.2m4.7m、以及5.3m以下的触探击数较为稳定；5.3m以下的击数较高，其余位置的触探击数较低。图3-7 例3-1图从上述曲线分布特征分析，地表至0.7m深度的曲线变化应是触探深度效应的影响，所以可以认为该土层的动力触探的临界深度为0.7m，又因为曲线具有较为均匀的4个分布区间，所以将触探深度范围的地基土分为4层，考虑超前滞后效应的影响，在图上画出各土层的分界线如图3-7中的3条水平线所示，于是确定土层、土层和土层的厚度分别为1.7m、1.5m和1.6m，土层的厚度未能探明，但其厚度较大。划分土层后可以进一步求出各土层的平均触探击数，本例仍用作图法求解，其结果如图3-7所示。根据图3-7中各竖直线所截得的横坐标数值，定出各土层的平均触探击数为：土层： N1203.0土层： N1202.0土层： N1201.0土层： N1207.2土层和土层的承载力特征值可按公式（3-18）计算得出：土层： f ak=80N120803240kPa土层： f ak=80N120807.2576kPa土层土层和土层的动探击数不满足公式（3-18）的要求，故将其先按公式（3-14）换算得到相应的N63.5，然后再按公式（3-19）计算，结果为：土层： N63.5=3N120-0.5320.55.5f ak=32.3N63.5+8932.35.589267kPa土层： N63.5=3N120-0.5310.52.5f ak=32.3N63.5+8932.32.589170kPa习 题3-1 理解动力触探试验的工作机理。3-2 何为有效锤击能量？3-3 动力触探有那几种类型？各适用于什么样的土层？标贯适用于什么样的地层条件？3-4 用动力触探和标准贯入为何能估计地基土的物理力学参数和地基承载力？3-5 动力触探和标准贯入存在超前和滞后效应吗？为何会产生此种效应？3-6 动力触探的一般测试过程如何？怎样绘制动探的击数深度关系曲线？3-7 为什么说动力触探是比较粗略的原位测试手段？3-8 怎样根据击数深度关系曲线进行土层划分？土层划分后如何用平均法求各土层的测试参数？3-9 在例题3-1中，土层的平均动探击数N1203，符合公式（3-18）的要求，故按此计算得出了相应的承载力特征值。为进行对比，请按公式（3-14）将该土层的N120换算成N63.5，然后由公式（3-19）计算其承载力特征值并与例题3-1的结果比较，判断哪一种计算方法更适合于该例题的土层，说明判断的根据。第4章 旁压试验习 题4-1 旁压试验仪器的探头为什么要设置保护腔？4-2 将旁压探头的扩张过程简化为轴对称问题与实际情况是否吻合？试分析该简化假设的合理性。4-3 试推导公式4-3。4-4 旁压试验测试的是岩土体的横向性质，由此推算岩土体的竖向性质，试分析影响推算精度的主要因素。4-5 旁压试验可以解决岩土工程中的哪些问题？简述旁压试验的优势和局限性。第5章 波速试验习 题5-1 工程中常用哪几种波速法？5-2 单孔法、跨孔法和面波法各自采用什么方式激振？5-3 波速法可以测试地基土的哪些动参数？5-4 波速法为何能判定土层的物理力学性质并检测地基处理的效果？第6章 基桩静荷载试验例6-1 对某工程的两根试桩（桩的直径为0.8m）进行静载试验，所得测试曲线如图6-17。试根据该图确定两根试桩的极限承载力和容许承载力。图6-17 例6-1图解：A桩无陡降段，取位移为40mm时的桩顶荷载为桩的极限承载力，其值为7.5MN，相应的容许承载力为3.75MN，但该值大于桩的临界荷载（3.0MN），故取桩的容许承载力为3.0MN。B桩有陡降段，取陡降段起始点的荷载为极限荷载，其值为2.8MN，相应得到容许承载力为1.4MN，该值小于桩的临界荷载（2.0MN），故取桩的容许承载力为1.4MN。例6-2 某试桩EA=1.8107kN，现将其地下部分均匀分为10段，并由轴向静载试验的结果算得第4段两端点的轴向力分别为：P3=3500kN，P4=3020kN，如果该段两端点处的无量纲摩阻力分别为f3=0.00015和f4=0.00013，试确定该段桩身的摩阻力分布条函f4（z）。解：按公式（6-16）将需要的各参数无量纲化，得：，由公式（6-23）算得：代入公式（6-22）得到习 题6-1 桩的静载为什么被认为是最权威和最直接的桩基试验方法？6-2 桩的竖向抗压静载试验和地基土的静载试验在哪些方面存在差异？6-3 何谓基桩静力测试的自平衡方法？自平衡法的优势和局限性是什么？6-4 桩的静载试验为什么要规定试桩、锚桩和基准桩之间的最小间距？6-5 轴向受压桩的常见破坏模式有哪些？对应的P-s曲线有什么特点？6-6 如何根据试桩的P-s曲线确定试桩的极限荷载和临界荷载？6-7 桩的抗拔和水平推力试验的加载系统布置与竖向抗压试验有什么不同？6-8 根据试桩的实测桩顶位移和桩身内力推求桩侧摩阻力的分布有哪些常用方法？6-9 简述用样条函数法求解桩侧摩阻力分布的过程。为什么说该方法是近似的？6-10 某场地采用预制管桩基础，设计桩径为0.4m，要求单桩竖向承载力特征值不低于1200kN。现拟采用堆载平台方式对试桩进行检测，试确定试验的最大加载量、堆载物重量并选择千斤顶的型号。6-11 由单桩竖向抗压静载试验对某场地的3根试桩进行了检测，所得数据如表6-5，试作出3根桩的荷载-位移曲线，按6-1节所列基桩检测规范的规定判断各桩的竖向抗压极限承载力并计算试桩竖向抗压极限承载力的统计值和场地处基桩的竖向抗压承载力特征值Ra。表6-5 习题6-11数据荷载/kN080160240320400480560640720800沉降/mm1#桩01.272.613.845.126.5811.0517.2328.4239.2753.82#桩01.052.423.785.096.319.2715.3325.135.7848.53#桩01.322.663.915.427.0312.1119.1630.1146.76-6-12 某试桩EA=1.2107kN，桩长12m，除桩顶和桩底外均匀设有5个测试截面，现已由轴向静载试验的结果算得某级荷载作用时各测试截面的轴向力如表6-6所示，试用样条函数法确定桩身各段的摩阻力分布条函fi（z）。表6-6 习题6-12数据截面桩顶12345桩底轴力/kN600540450370300250210第7章 基桩动荷载试验习 题7-1 何谓桩的高应变动力测试法，其适用范围如何？7-2 何谓桩的低应变动力测试法，其适用范围如何？7-3 何谓反射波法，简述其测试原理和方法。7-4 反射波法激振时，为什么要求力的作用线与桩的轴线平行？7-5 反射波法测试时，传感器应粘贴在什么位置？7-6 在反射波法的测试波形中，为什么扩径信号是反向的，而缩径信号是同向的？怎样确定缺陷的位置？7-7 CASE法和反射波法各自的基本假设是什么？为什么说CASE法得出的单桩承载力是比较粗略的？7-8 高应变动力测试时，为什么要求桩身产生足够大的贯入度？7-9 CASE阻尼系数的量值与土的颗粒尺寸之间是否具有相关关系？其一般规律如何？7-10 用反射波法对一批预制钢筋混凝土工程桩进行了完整性检测，图7-27为其中7#桩的实测波形图，如已知桩长为8.5m，试判断该桩是否为完整桩，在图中标出桩顶和桩底对应的位置，计算该桩的实测波速C。（提示：图中横坐标为时间t，单位为ms，1s=1000ms）7-11 如果习题7-10中的桩长在17m左右，则该桩应属于什么类型的桩？第8章 锚杆抗拔试验习 题8-1 简述锚杆的一般结构形式。8-2 试分析说明锚杆的荷载传递过程和可能的破坏形式。8-3 为什么在进行锚杆抗拔试验时应合理确定反力支点的位置？8-4 对于成片设置的群锚，为什么不宜简单地以单锚的抗拔试验成果来评判锚固工程的合格性？第9章 岩体应力测试习 题9-1 岩体的原位应力测试有哪些工程用途？9-2 岩体的原位应力测试主要有哪些方法？简述水压致裂法和应力解除法的测试原理。9-3 水压致裂法假定测试位置的垂直向应力为该点以上岩土层的自重压力，试分析该假定的合理性。9-4 简述应力解除法的测试过程，说明套孔（掏槽）深度对测试精度有何影响，套孔深度是否越大越好？9-5 如何根据测试得到的平面应力状态推求测点的空间应力状态？9-6 简述孔径变形法的测试原理和基本方法。第10章 深基坑工程的监测与检测习 题10-1 建筑基坑侧壁分为哪几个安全等级，相应的划分标准是什么？10-2 为什么要对基坑的开挖过程进行监测，应监测哪些项目，如何制定基坑开挖过程的监测方案？10-3 对围护结构应进行哪些方面的监测，如何理解这些监测项目的必要性？10-4 如何监测围护结构顶面的竖向和水平位移？10-5 如何测定围护结构后的土压力分布和量值大小？10-6 理解地区经验对于制定报警标准的重要性。主要参考书目1中华人民共和国国家标准岩土工程勘察规范（GB 50021-2002）北京：中国建筑工业出版社20022中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）北京：中国建筑工业出版社20023中华人民共和国国家标准建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB 50202-2002）北京：中国计划出版社20024中华人民共和国行业标准建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2002）北京：中国建筑工业出版社20025中华人民共和国行业标准建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003）北京：中国建筑工业出版社20036谢定义 林本海 邵生俊岩土工程学北京：高等教育出版社20087陈凡等基桩质量检测技术北京：中国建筑工业出版社20038唐贤强 谢瑛 谢树彬地基工程原位测试技术北京：中国铁道出版社19939赵善锐旁压试验及其工程应用峨嵋：西南交通大学出版社198710孟高头土体原位测试 机理、方法及其工程应用北京：地质出版社199711祝龙根等地基基础测试新技术北京：机械工业出版社199912吴世明 杨挺 周健等岩土工程新技术北京：中国建筑工业出版社200113徐超 石振明 高彦斌 赵春风岩土工程原位测试上海：同济大学出版社200514林宗元主编岩土工程试验监测手册北京：中国建筑工业出版社200515石林珂 孙文怀 郝小红岩土工程原位测试郑州：郑州大学出版社200316宰金珉主编岩土工程测试与监测技术北京：中国建筑工业出版社200817廖红建 赵树德等编著岩土工程测试北京：机械工业出版社2007