第四章工程地质野外试验课件.ppt

,第一篇 工程地质勘察通论第四章 工程地质野外试验,第一节 概述,工程地质野外试验是工程地质的重要勘察方法。它比室内试验更能获取符合岩土体实际情况的工程地质性质定量参数，为解决各类建筑物的工程地质问题，建筑场地的工程地质评价、工程设计和施工提供可靠的地质资料。工程地质野外试验的主要特点：1.保持天然状态 试样不脱离原来的环境，在保持原始应力状态、天然结构和含水率的情况下进行试验；2.综合反映客观实际 试件的尺寸大，能包含较多的结构面，更能反映天然岩土体的不均匀性和不连续性等工程地质性质；,第一节 概述,3.避免取样的困难 遇粒径很粗，颗粒不均，结构相差悬殊的土体，或风化程度不一的碎裂岩体和软弱夹层时，很难取代表性的试样，在这种情况下，野外试验更具有优越性；4.完成室内无法测定的试验内容 由于岩土体的某些性质与地质环境有关，如裂隙岩体的空隙性、透水性、天然应力状态等，必须在建筑场地中进行试验，室内无法进行。但野外试验所需试验条件、设备和技术比较复杂，试验周期长，在人力、物力和时间上的耗费都比较大，所以，野外试验一般不宜大量进行，只是在详勘阶段进行。,第一节 概述,工程地质野外试验的基本内容有四类：1.土体力学试验 载荷试验、静力触探试验、钻孔旁压试验、十字剪切试验、动力触探试验、标准贯入试验等。2.岩体力学试验 岩体变形试验、岩体抗剪试验、岩石声学基本特性试验、点荷载试验、回弹锤击试验 3.水文地质试验 压水试验、抽水试验、渗水试验、岩溶连通试验 4.地基工程处理试验 灌浆试验、桩基承载力试验、预压试验、砂桩挤密试验,第二节 土体力学性质试验,一、载荷试验（Plate Load Test，简称PLT)载荷试验是现场对一个刚性承压板逐级加荷，测定天然地基、单桩或复合地基的沉降随荷载的变化，借以确定它们承载能力的原位测试方法。测试所反映的是承压板下l.52.0倍承压板直径或宽度范围内，地基土强度、变形的综合性状。,载荷试验分类 1.按承压板的形状分：平板载荷试验和螺旋板载荷试验（深层地基或地下水位以下）2.按承压板设置深度分：浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验（大于3m或地下水位以上）,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,载荷试验的应用（1）确定地基土的比例界限压力、极限压力；（2）确定地基土的变形模量；（3）估算地基土的不排水抗剪强度；（4）确定地基土的基床反力系数；（5）确定单桩、复合地基的极限承载力。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,载荷试验的适用范围 适用于各种地基土，包括各种填土和含碎石的土。载荷试验的优缺点 优点：对地基土不产生扰动，结构最可靠、最具有代表性，可直接用于工程设计，是确定承载力的最主要方法。缺点：价格昂贵、费时。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,浅层平板载荷试验适用于地表浅层地基、特别适用于各种填土、含碎石的土类。由于试验比较简单、直观，因此，多年来应用广泛。但是，在应用时，应对本方法的下述局限性给予充分的关注：1.平板载荷试验的影响深度范围不超过两倍承压板宽度（或直径），故只能了解地表浅层地基土的特性。2.承压板的尺寸比实际基础小，在刚性承压板边缘产生塑性区的开展，更易造成地基的破坏，使预估的承载力偏低。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,3.载荷板试验是在地表进行的，没有埋置深度所存在的超载，也会降低承载力。4.试验时的加载速率比实际工程快得多，对透水性较差的软粘土，其变形状况与实际有较大差异，由此确定的参数也有较大差异。5.小尺寸刚性承压板下土中的应力状态极复杂，由此推求的变形模量只能是近似的。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,（一）试验的基本原理 在拟建建筑物场地上将一定尺寸和几何形状（圆形或方形）的刚性板，安放在被测的地基持力层上，逐级增加荷载，并测得每一级荷载下的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到荷载ps曲线）。典型的平板载荷试验ps曲线可划分为三个阶段。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,1.直线变形阶段 相应于ps曲线上的oa段，接近于直线关系。这个阶段外加荷载较小，地基土以压缩变形为主，压力与变形之间基本呈线性关系，地基中任一点的剪切力均小于该点的抗剪强度。该阶段又称为压缩阶段。沉降主要是由于土的压密变形引起的。通常将ps曲线上相应于a点的荷载称为临塑荷载pcr。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,2.剪切阶段，又称塑性变形阶段 对应ps曲线的ab段。这一阶段ps曲线是非线性关系，沉降的增长率随荷载的增大而增加。在这个阶段，地基土中局部范围内（首先在基础边缘处）的剪应力达到土的抗剪强度，土体发生剪切破坏，这些区域也称塑性区。随着荷载的继续增加，土中塑性区的范围也逐步扩大，直到土中形成连续的滑动面。因此，剪切阶段也是地基中塑性区的发生与发展阶段。b点对应的荷载称为极限荷载pu。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,3.隆起阶段，即破坏阶段 对应ps曲线的bc段。该阶段基础以下两侧的地基塑性区贯通并连成一片，基础两侧土体隆起，很小的荷载增量都会引起基础大的沉陷，变形主要不是由土的压缩引起，而是由地基土的塑性流动引起，是一种随时间不稳定的变形，其结果是基础向比较薄弱一侧倾倒，地基整体失去稳定性。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,两个临界荷载(1)临塑荷载:地基中开始出现塑性变形区的荷载。(2)极限荷载:地基剪切破坏,失去整体稳定的荷载。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,（二）仪器与主要设备 平板载荷试验的常用设备由承压板、加荷系统、反力系统和量测系统等部件组合而成。各部分的主要功能：加荷系统控制并稳定加荷的大小，通过反力系统反作用于承压板，承压板将荷载均匀传递给地基土，地基土的变形由观测系统测定。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,1.承压板类型及尺寸（1）承压板的基本要求材质要求：承压板可用混凝土。钢筋混凝土、钢板、铸铁板等制成，多加以肋板加固的钢板为主。刚度要求：具有足够的刚度，不破损、不挠曲，压板底部光平，尺寸和传力重心准确，搬运和安置方便。形状要求：正方形或圆形，其中圆形压板受力条件较好，使用最多。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,（2）承压板的尺寸对于浅层平板载荷试验，承压板尺寸不应小于0.25m2。对均质密实的土，可采用0.1m2。对软土和人工填土，不应小于0.5m2，可以更大一些。对于岩石地基，承压板面积可用0.070.1m2。对于碎石类土，承压板直径或边长应大于碎石或卵石最大直径的10倍。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,2.加荷系统 加荷系统是指通过承压板对地基施加荷载的装置，主要有堆重加荷装置和千斤顶加荷装置两种。（1）堆重加荷装置 一般将砂袋、砌块、钢锭等重物，依次对称放在加荷台上，逐级加荷。加荷操作要细心，对称放置，不要偏压。此类装置费时费力且控制困难，但荷载稳定。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,（2）千斤顶加荷装置 根据试验要求，采用不同规格的手动液压千斤顶加荷，并配备不同量程的压力表或测力计控制加荷值。千斤顶可采用一个或多个。要注意加荷稳定，避免冲击荷载。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,3.反力系统 除堆重加荷外，其他加荷系统必须与反力系统相配合。反力系统有：锚固式、撑壁式和平洞式三种。,锚固式反力系统 钢桁架式反力系统,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,4.量测系统 量测系统包括基准梁、位移计、磁性表座、油压表（测力环）。机械类位移计可采用百分表，其最小刻度为0.01mm，量程一般为530mm，为常有仪表。电子类位移计一般具有量程大、无人为读数误差等特点，可以实现自动记录和绘图。油压表一般为机械式，人工测读。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,（三）试验技术要求 浅层平板载荷试验，应当满足下列技术要求：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地面标高处。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。3.岩土扰动 试坑底部的岩土应避免扰动，保持其原状结构和天然含水量，可在承压板下铺设20mm的砂垫层找平，并尽快安装设备。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,2.设备调试与注意事项（1）尽量避免测试面土体扰动，否则土性会发生变化，影响测试精度。（2）安装过程要精心，确保承压板、反力系统和加荷系统的传力重心在一条垂线或直线上，各部件连接牢固，但地基土不能受到预压。（3）安装量测系统时，变形观测的基准点要稳固可靠，不受荷载板沉降的影响。除承压板量测的百分表外，还应在其两侧地面设置地面升降观测点。（4）设备安装好后，要进行初步调试，使各部分处于最佳工作状态。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,3.加载方式及沉降观测 加荷原则 第一级为坑底原有重力，以后每级加荷等级和标准通常采用地基基本承载力的1/5或极限承载力的1/10作为试验中的实用值。各类土加荷等级增量表,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,a.慢速法 分级加荷按等荷载增量均衡施加，荷载增量按预估的极限荷载等分为1012级（不少于8级）。土体每级加载后，按时间间隔5、5、10、10、15、15min测读一次，以后间隔30min测读一次沉降，当连续2小时内每小时沉降量不超过0.1mm，或连续1小时内每30min沉降量不超过0.05mm，可以认为沉降已达到稳定标准，可施加下一级荷载。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,岩石 每级加载后，按时间间隔1、2、2、5min读数一次，以后每隔10min读数一次，当连续三次沉降量读数差0.1mm时，认为该级荷载下沉降已稳定，可施加下一级荷载。b快速法 分级加荷等级与慢速法相同，但每一级荷载按间隔15min观测一次沉降，每级荷载持续2小时，即可施加下一级荷载。快速载荷试验适用于岩石、碎石类土及粗砂地层。当连续三次沉降量读数均不大于0.01mm时，认为已经稳定。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,4.试验终止标准 当试验过程中，出现下列情况之一时，试验应终止：（1）承压板周围岩土出现明显侧向挤出现象，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；（2）本级荷载沉降量大于前一级荷载沉降量的5倍，荷载沉降（ps）曲线出现明显陡降；（3）在某级荷载下，24小时沉降速率不能达到相对稳定标准，还在继续近似等速或加速发展；,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,（4）浅层载荷试验总沉降量S与承压板宽度b或直径d之比已大于0.060.08；（5）当达不到极限荷载时，最大压力已达到预期设计荷载2倍或超过ps曲线第一拐点至少三级荷载，其对应的前一级荷载即定位极限荷载。5.当需要卸载观测回弹 每级卸荷量可为加荷量的2倍，历时1h，每隔15min观测一次。荷载完全卸除后，继续观测3h。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,(四）试验设备的安装与操作步骤 试验设备的安装 1.打地锚：一般4根或6根对称布置，应全部进入较硬的地层，以提供较大的反力。2.挖试坑：大于承压板尺寸的3倍，并挖至试验深度。3.放置承压板：在试坑中心位置，铺设厚度不超过20mm的砂垫层并找平，小心平放承压板，防止歪斜着地。4.加压系统的安装：以承压板为中心，从上至下在承压板上以此安装千斤顶、测力计和分力帽，使其重心保持在一条垂直直线上。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,5.反力系统的安装：通过连接件将次梁安装在地锚上，以承压板为中心将主梁通过连接件安装在次梁下，形成完整的反力系统。6.量测元件的安装：打设支撑柱，安装基准梁，固定位移传感器、百分表，形成完整的位移沉降量测系统。操作步骤 对于每一级荷载，其操作步骤均可分为4步：1.加载操作：第一级加载应考虑设备的重量和挖掉土的自重，因此，要事先标定或计算预压荷载与相应油压表读数或测力计百分表读数之间的关系。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,2.稳压操作：每级荷载下都必须保持稳压，在试验过程中由于某些原因会使荷载减小，必须随时观察油压表的读数，并通过千斤顶不断补压，使施加的荷载保持相对稳定。3.沉降观测：按照试验沉降观测技术要求进行读数。4.试验记录：试验过程中必须始终按照规定将每一级荷载观测数据记录在载荷试验记录表中。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,五、试验设备的安装及操作步骤,（五）试验资料的整理与应用 试验资料的整理 1.原始数据的计算复核 对位于承压板上百分表的现场读数，求取其平均值，计算各级荷载下各观测时间的累计沉降量，对于监测地面位移的百分表，分别计算各地面百分表的累计升降量。经确认无误后，可以绘制所需要的各种实测曲线，供进一步分析之用，,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,2.异常数据处理 所谓异常数据是指背离规律性的数据，比如随着加压的进行压板变形过小甚至产生反方向的位移，油压表或百分表的读数产生跳跃等等。防止出现异常数据的方法：仪器仪表的保养维修，定期标定并经常检查，试验过程中经常观察，及时发现问题，尽早排除设备故障。同时，压板的选择、基准梁的选择安装等等都非常重要。出现异常数据怎么办 个别点异常时，只要不对结果的判析有太大的影响，可以舍去。若异常点过多，则应重新试验。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,3.ps曲线的绘制,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,4.ps曲线的修正若绘出的ps曲线的直线段不通过坐标原点，可按直线段的趋势确定曲线的起始点，以便对ps曲线进行修正图解法在按原始试验数据绘制的ps曲线上找出比例界限点从比例界限点引出一直线，使比例界限前的各沉降点均匀靠近直线，直线与纵坐标交点的截距即为S，将曲线整体平移S即可。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,5.比例界限荷载的确定 对于硬塑坚硬的粘性土、粉土、砂土、碎石土等地基土层，ps曲线有较明显的直线段，取直线结束点对应的压力作为比例界限荷载。对于饱和软粘性土地基，曲线多呈缓变形，可采用lgp-lgs曲线，曲线上的转折点所对应的压力即为比例界限荷载或采用p-s/p曲线，曲线上的转折点所对应的压力即为比例界限荷载。在某一荷载下，其沉降量超过前一级荷载下沉降量的2倍，即sn2sn-1的点所对应的压力即为比例界限荷载。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,6.极限荷载pu的确定（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ps曲线、lgplgs曲线或p-s/p曲线的第二个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。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,试验资料的应用 1.地基土承载力的确定（1）拐点法比例界限荷载pcr作为地基承载力的标准值或特征值。适用于硬塑坚硬的粘性土、粉土、砂土和碎石土。（2）极限荷载法 当比例界限荷载与极限荷载接近时（pu2pcr），将pu除以安全系数Fs（Fs23）作为地基承载力特征值。即：,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,当比例界限pcr与极限荷载pu不接近时（pu2pcr），可按下式计算：（3）相对沉降法 对于缓变曲线，s/b为一定值时所对应的荷载为地基承载力特征值。承压板面积为0.250.50m2，砂土取s/b=0.010.015，粘土取s/b=0.02。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,2.地基变形模量的确定地基的变形模量可用下面的公式计算,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,3.估算地基土的不排水抗剪强度 用快速载荷试验（相当于不排水条件）的极限荷载pu，可估算饱和粘性土的不排水抗剪强度Cu。,式中，pu快速载荷试验所得的极限荷载，kPa；pd承压板周边外的超载或土的自重应力，kPa；Nc当周边无超载时，Nc6.15；当承压板埋深大于或等于4倍板径或边长时，Nc9.25；当承压板埋深小于4倍板径或边长时，Nc由线性内插确定。,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,4.地基基床反力系数的确定 依据平板载荷试验ps曲线直线段的斜率，可直接确定基准基床系数Kv（国标岩土工程勘察规范（GB500212001）,第二节 土体力学性质试验-载荷试验,二、静力触探试验（CPT）静力触探是利用静力以一恒定的贯入速率将圆锥探头通过一系列探杆压入土中，根据测得的探头贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的原位试验。适用于：软土、粘性土、粉土、（饱和）砂土和含少量碎石的土。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,优点和缺点 优点：（1）连续、快速、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。（2）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。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,缺点：（1）贯入机理不清，无数理模型；（2）对碎石类土和密实砂土难以贯入，也不能直接观测土层;（3）由于稳固的反力问题没有解决，测试深度不能超过80m。在地质勘探工作中，静力触探常和钻探取样联合运用。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,岩土工程中的应用（1）对地基土进行力学分层并判别土的类型；（2）确定地基土的参数（强度、模量、状态、应力历史）；（3）砂土液化可能性；（4）浅基承载力；（5）单桩竖向承载力等。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,(一）仪器的组成 静力触探仪，一般由三部分组成，贯入系统，包括加压装置和反力装置，它的作用是将探头匀速、垂直地压入土层中；传动系统和量测系统，用来测量和记录探头所受的阻力。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,1.触探主机,手摇式轻型静力触探仪,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,静力触探杆,静力触探仪框架,转轴,摇把,传动链条,链条压传力板长销钉,传力板,卡板,触探杆凹槽,地锚杆,地锚杆压下横梁销钉,触探仪下横梁,地锚盘,探头,手静 摇力式触轻探型仪示意图,利用地锚提供反作用力。通过地锚杆压下横梁销钉将静探仪下横梁，即将整个静探仪固定在地表。操纵手摇柄转动转轴，使链条上的链条压传力板长销钉向下运动，迫使传力板与卡板向下运动，而卡板是嵌在静力触探凹槽位置处的，也迫使静力触探杆向下运动。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,触探杆下端的探头在向下运动中，锥尖受到土的阻力，使探头内顶柱向上运动，则探头内空心柱变形伸长，贴在空心柱上的电阻应变片的应变值也就随之增大（即传感器的应变电阻的变化电压的变化）。这种变化通过传感器上的电缆线传入地面电测仪器。2.测量与记录显示装置 测量与记录显示装置一般可分为两种，电阻应变仪(或数字测力仪)和计算机装置，以用来记录测试数据。前者间断测记、人工绘图，后者可连续测记，计算机绘图和处理数据。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,3.探头 探头是静力触探仪测量贯入阻力的关键部件。常用的静力触探探头分为单桥探头和双桥探头及孔压探头，探头圆周截面积以10cm2为宜，也可以使用15cm2。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,（1）单桥探头 单桥探头是我国特有的一种探头型式，只能测量一个参数，即比贯入阻力Ps。,比贯入阻力包括了锥尖阻力和侧壁摩擦力两部分的综合作用，所以，比贯入阻力Ps是锥尖阻力和侧壁摩擦力的综合反映。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,（2）双桥探头 它是一种将锥头与摩擦筒分开，可同时测锥尖阻力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。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,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，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 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。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,(二)试验步骤 试验前的准备工作 1.设置反力装置(或利用车装重量)。2.安装好加压和量测设备，并用水准尺将底板调平。3.检查电源电压是否符合要求。4.检查仪表是否正常。5.检查探头外套筒及锥头的活动情况，并接通仪器，利用电阻挡调节度盘指针，如调节比较灵活，说明探头正常。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,现场试验 1.平整试验场地。将地锚旋入土中，地锚盘尽量落在较硬的土层中，通过地锚杆压下横梁销钉,将静探仪固定于地表。2.将电缆按探杆的连接顺序一次穿齐，所用的探杆应比计划深度多23根，电缆应备有足够的长度。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,3.将单桥探头或双桥探头传感器电缆线接电测仪进线接头上。选择单桥测试键或双桥测试键。4.将触探杆穿过触探仪框架上、下孔，接触地面，依次装上卡板和传力板，摇动转轴，使传力链条上的压传力板长销钉刚好压在传力板上。5.按调零键，将电测仪内应变初值调到200500（10-6）区间，已防止测试过程中出现负应变，（仪器在以后温度校正时会自动还原）。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,6.将探头匀速、垂直地压入土中，贯入标准速率宜为1.2m/min（5秒钟贯入10cm）。每贯入10cm，记录一次应变量。7.由于应变片受地温影响较大，因此在深度为0m、0.5m、2m、4m、6m终孔位置处，皆应进行温度校正。每次温度校正时，将锥尖向上提10cm左右。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,8.触探过程中遇到薄的坚硬层时，可拔出静探头，用轻型动探击穿此坚硬层再用静探头作二次测试。9.终止试验标准：锥尖阻力为8MPa（或依照设计要求）。此时锥尖几乎不能再向下贯入，而地锚出现反拔现象。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,（三）资料整理 1.仪器可自行显示每10cm处的土的阻力，单桥显示为比贯入阻力Ps（MPa）；双桥探头显示锥尖阻力qc(MPa)、侧壁阻力fs(Kpa)、摩阻比Rf。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,2.绘制Ps、qc、fs、Rf随深度的变化曲线,Psh关系曲线图,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,（四)试验成果应用范围 1.查明地基土在水平方向和垂直方向的变化，划分土层确定土的类别。2.确定建筑物地基土的承载力和变形模量以及其他物理力学指标。3.选择桩基持力层，预估单桩承载力，判别桩基沉入的可能性。4.检查填土及其他人工加固地基的密实程度和均匀性，判别砂土的密度及其在地震作用下的液化可能性。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,1.按贯入阻力进行土层分类 分类方法 利用静力触探进行土层分类，由于不同类型的土可能有相同的ps、qc 或fs 值，因此，单靠某一个指标，是无法对土层进行正确分类的。在利用贯入阻力进行分层时，应结合钻孔资料进行判别分类。使用双桥探头时，由于不同土的qc和fs值不可能都相同，因而可以利用qc 和fs/qc(摩阻比)两个指标来区分土层类别。对比结果证明，用这种方法划分土层类别效果较好。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,利用qc和fs/qc分类的一些经验数据,按静力触探指标划分土类,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,五、试验成果应用,qc-h、fs-h、Rf-h关系曲线,五、试验成果应用,双桥静探柱状图,使用单桥探头时,根据Ps划分，Ps大的一般为砂层，Ps小的一般为粘土层。按比贯入阻力Ps划分土类。,注：本表引自软土地基测试指标的实际应用,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,2.确定地基土的承载力 目前，为了利用静力触探确定地基土的承载力，国内外都是根据对比试验结果提出经验公式，以解决生产上的应用问题。建立经验公式的途径主要是将静力触探试验结果与载荷试验求得的比例界限值进行对比，并通过对比数据的相关分析得到用于特定地区或特定土性的经验公式。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。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,五、试验成果应用,3.确定不排水抗剪强度Cu值 用静力触探求饱和软粘土的不排水综合抗剪强度(Cu），目前是用静力触探成果与十字板剪切试验成果对比，建立ps与Cu之间的关系，以求得Cu值。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,4.确定土的变形性质指标 大量研究成果表明，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。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,按比贯入阻力PS确定E0和ES,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,5.估计饱和粘性土的天然重度 利用静力触探比贯入阻力ps值，结合场地或地区性土质情况(含有机物情况、土质状态)可估计饱和粘性土的天然重度。,按比贯入阻力PS估计饱和粘性土的天然重度,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,6.确定砂土的内摩擦角 砂土的内摩擦角可根据静力触探参数取值。,按比贯入阻力PS确定砂土的内摩擦角,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,7.估算单桩承载力 静力触探试验可以看做是一小直径桩的现场载荷试验。对比结果表明，用静力触探成果估算单桩极限承载力是行之有效的。通常是双桥探头实测曲线进行估算。现将采用双桥探头实测曲线估算单桩承载力的经验式介绍如下。,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,第二节 土体力学性质试验-静力触探试验,五、试验成果应用,8.地基饱和砂土液化判别,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,三、标准贯入试验（SPT）标准贯入试验是一种在现场用63.5kg的穿心锤，以76cm的落距自由落下，将一定规格的带有小型取土筒的标准贯入器打入土中，记录打入30cm的锤击数（即标准贯入击数N），并以此评价土的工程性质的原位试验。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,（一）标准贯入试验的特点及应用 1.适用土层：砂性土、粘性土、风化岩及冰碛土，不适用于碎石类土及岩层。优点：（1）操作简单，地层适应性广，对不易钻探取样的砂土和砂质粉土尤为适用，当土中含有较大碎石时，使用受限制；（2）通过标准贯入试验，还可取得土样，对土层进行直接观察，利用扰动土样，可进行鉴别土类的有关试验。,缺点：（1）离散性比较大，故只能粗略地评定土的工程性质；（2）不能直接评定地基土的物理力学性质，而是通过与其他原位测试手段或室内试验成果进行对比，建立关系式，积累地区经验，才能用于评定地基土的物理力学性质。（3）精度较低，对于饱和软粘土，远不及十字板剪切试验及静力触探等方法精度高。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,2.标准贯入试验的应用（1）评价地基土的物理状态（如地层剖面及软弱夹层；（2）评价地基土的力学性能参数（如变形模量、物理力学性质指标）；（3）计算天然地基的承载力；（4）计算单桩的极限承载力及选择桩尖持力层；（5）评价场地砂土和粉土的液化可能性及等级。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,（二）标准贯入试验的试验设备 标准贯入试验设备主要由贯入器、触探杆和穿心锤三部分组成，如图所示。,穿心锤,触探杆,贯入器,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,1.贯入器 标准规格的贯入器是由对开管和管靴两部分组成的探头。对开管是由两个半圆管合成的圆筒型取土器；管靴是一底端带刃口的圆筒体。二者通过螺纹连接，管靴起到固定对开管的作用。贯入器的外径、内径、壁厚、刃角与长度都有标准化尺寸，见下表。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,2.穿心锤 重63.5kg的铸钢件，中间有一直径45mm的穿心孔，此孔为放导向杆用。国际、国内的穿心锤除重量相同外，锥形上不完全统一、落锤能量受落距控制，落锤方式有自动脱钩和非自动脱钩两种目前国内普遍使用自动脱钩装置。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,3.触探杆 国际上多用直径为4050mm的无缝钢管，我国则常用直径为42mm的工程地质钻杆，在与穿心锤连接处设置一锤垫。国际土力学与基础工程协会（ICSMFE）于1957年成立专门委员会开展研究工作，以解决SPT的标准化问题。并于1988年向第一届国际触探试验会议提出标准贯入试验国际标准建议稿，于1989年获得通过，开始执行。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,我国目前采用的SPT设备与国际标准一致，岩土工程勘察规范（GB500212002）要求SPT设备应符合下表的规定。标准贯入试验设备尺寸,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,（三）试验方法 1.标准贯入试验必须与钻探配合，以钻机设备为基础 钻进方法：为保证钻孔质量，要采用回转钻进，并保持孔内水位略高于地下水水位，当钻进至试验标高以上15cm时，停止钻进。必须注意：仔细清除孔底残土到试验标高，换用标准贯入器，并量得深度尺寸；在地下水位以下钻进时，或遇承压含水砂层时，孔内水位应始终高于地下水位，以减少对土的振动扰动；下套管时，要防止套管下过头，否则在管内做试验会使N值偏大。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,2.为保证锤击时钻杆不发生侧向晃动，钻杆定期检查，钻杆弯曲度小于0.1%，接头应牢固。3.采用自动脱钩锤击法进行标贯试验，并减少导向杆与锤之间的摩擦阻力。避免锤击时偏心和晃动，保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直度，以保持锤击能力恒定。4.将贯入器垂直打入试验土层中，锤击速率应小于30击/min。先打入15cm，不计锤击数，继续贯入，记录每打入10cm的锤击数，累计30cm的锤击数即为标准贯入锤击数N。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,如遇比较密实的砂土，贯入不足30cm的锤击数已超过50击时，应终止试验，并记录实际贯入深度S（cm）和累计击数n。按N=30n/S换算成贯入30cm的锤击数N。5.每贯入45cm，提出贯入器，将其中的土样取出进行鉴别、描述、记录，然后换以钻具继续钻进，至下一需要进行试验的深度，再重复上述操作。一般每隔1.02.0m进行一次试验。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,6.在不能保持孔壁稳定的钻孔中进行试验时，应下套管以保护孔壁，或采用泥浆护壁。7.绘制锤击数N和贯入深度标高（H）的关系曲线。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,（一）标贯试验的影响因素及修正 试验的影响因素是很复杂的，其中有些因素可通过标准化的办法使其统一以减少对试验成果的影响，如设备、落锤方法、试验方法等影响因素属于这一类。但另一些因素如杆长、地下水位、上覆压力等，则是无法人为控制的，因此要进行修正。1.杆长修正 与圆锥动力触探相似，关于试验成果进行杆长修正问题，国内外的意见并不一致。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,在建立标准贯入击数N与其他原位测试或室内试验指标的经验关系式时，对实测值是否修正和如何修正也不统一，因此，在SPT成果应用时，需要特别注意。应根据建立统计关系式时的具体情形来决定是否对实测锤击数进行修正。另外，在勘察报告中，对于所提供的标准贯入锤击数应注明是否已进行了杆长修正。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,N63.5的杆长修正系数,（1）根据牛顿弹性碰撞理论修正 建筑地基基础规范(GBJ789)规定，标准贯入试验的贯入深度不宜超过21m。同时规定，当试验深度大于3m时，实测锤击数N需按下式进行钻杆长度修正：N=N式中，为修正系数，按下表取值。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,表中值是根据牛顿弹性碰撞理论计算而得，并非实测值，与实际并不符合。关于限制在21m以内也是由于历史原因造成的。目前，实际工程中标准贯入试验的杆长最长已超过100m，试验成果(N值)仍能较好地反映土层的力学性质的变化。（2）日本东海大学宇都-马等实测了水平搁置的120m钻杆系统在受锤击时杆顶端与底端的锤击动应力的衰减情况和位移，建议的修正关系如下：当杆长l20m时，NN；当l20m时，N(1.06一0.003L)N,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,（3）按弹性杆件波动理论修正 当杆长l14m时，NN(=1.0)；当l14m时，由于输入钻杆的锤击能量随着杆长变短而变小，使锤击值偏大，偏小，故不作杆长修正。（4）不作杆长修正 地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范及岩土工程勘察规范规定不进行杆长修正。虽然目前有些规范还要进行修正，但国内外研究的总趋势是不再进行杆长修正。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,2.上覆压力的影响 考虑试验深度处土的围压对试验成果的影响，认为随着土层中上覆压力的增大，标准贯入试验锤击数相应增大。国内对此未予重视（国内不进行校正），国外则作了较多研究，认为应采用下式进行修正：N1=cNN N实测锤击数；Nl修正为上覆压力为100kPa的锤击数；cN上覆压力修正系数(见下表)。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,上覆压力修正系数cN,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,3.地下水位影响的修正 Terzaghi和Peck(1953)提出对于d10=0.10.005mm的饱和粉细砂，当实测标贯击数N15时，应按下式进行修正：N=15+0.5(N-15)交通部港口工程地质勘察技术规范规定，当用N值确定Dr及值时对地下水位以下的中、粗砂层的N值宜按下式校正：N=5+N,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,（四）标准贯入试验的成果整理 1.标准贯入试验成果整理时，试验资料应当齐全，包括：钻孔孔径、钻进方式、护孔方式、落锤方式、地下水位及孔内水位(或泥浆高程)、初始贯入度、预打击数、试验标贯击数及深度记录、贯入器所取扰动土样的鉴别描述。如做过锤击能量标定试验的，应绘制F(t)t曲线。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,2.绘制标贯击数N与深度的关系曲线，或在地质剖面图上，进行SPT的钻孔旁，于试验点深度标出N值。作为勘察资料提供时，对N值不必进行杆长修正、上覆压力修正及地下水位修正。如进行锤击能量标定试验的、可按锤击能量标定试验资料计算N60。3.结合钻探及其他原位试验，依据N值在深度上的变化，对地基土进行分层，对各土层的N值进行统计。统计时，要剔除个别异常值。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,（五）试验成果应用1.评定砂土的相对密度Dr和密实状态（1）直接按N值判定砂土的紧密程度，见下表。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,（2）原建设部综合勘察研究院绘制的N-Dr-v0的关系曲线，如下图所示。根据试验锤击数和试验点深度，利用该图可查得砂土的相对密实度Dr。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,2.评定粘性土的稠度状态（1）Terzaghi及Peck提出的标贯击数与稠度状态之间的关系，见下表。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,（2）在国内，按原冶金部武汉勘察公司149组资料统计的经验关系，如下表所示。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,3.评定地基土承载力 3.1 评定土的强度指标 用标贯试验成果，可以评定砂土的内摩擦角和粘性土的不排水抗剪强度。评定砂土内摩擦角的关系式有：（1）Gibbs和Holtz（1957）统计的砂土经验关系式,式中，v0为上覆压力（kPa）。由此经验关系式得出的下图。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,N-v0关系（Gibbs和Holtz.1957）,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,（2）Wolff（1989）统计的经验关系式为：,式中，N1为用上覆压力修正过的锤击数，采用Peck等的修正关系：,（3）Peck的经验关系为：=0.3N+27,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,（4）Meyerhof的经验关系为,用这两式进行判别时，粉砂应减5，粗、砾砂应加5。,第二节 土体力学性质试验-标准贯入试验,评定粘性土的强度指标也有多种方法：（1）Terzaghi及Peck提出粘性土不排水抗剪强度Cu为：CU=(66.5）N