岩土勘探课件：第四 章原位测试.ppt

1、3第四章第四章 原位测试原位测试 概述概述 载荷试验载荷试验 静力触探试验静力触探试验 圆锥动力触探试验圆锥动力触探试验 标准贯入试验标准贯入试验 波速测试波速测试 其它测试方法其它测试方法 概概 述述原位测试原位测试（In-Situ Testing ）：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称为原位测试。原位测试分为土体原位测试和岩体原位测试。 概概 述述原位测试与室内试验各自的优缺点原位测试与室内试验各自的优缺点1、原位测试优点：、原位测试优点：试样不脱离原来的环境，基本上在原位应力条件下进行试验；测定的岩土体尺寸大，能反映宏观结构对岩土性

2、质的影响，代表性好；尤其对难以采样的岩土层仍能通过试验评定其工程性质。缺点缺点：试验时的应力路径难以控制；边界条件也较复杂；有些试验耗费人力、物力较多，不可能大量进行。2、室内试验优点、室内试验优点：历史较久 ，技术成熟；试验条件比较容易控制（边界条件明确，应力应变条件可以控制等）；可以大量取样。缺点缺点：试样尺寸小，代表性差；试样不可能真正保持原状。 概概 述述 土体原位测试土体原位测试：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。 (1)土层剖面测试法：主要包括静力触探、动力触探、扁铲松胀仪试验

3、及波速法等。具有可连续进行、快速经济的优点。 (2)专门测试法：主要包括载荷试验、旁压试验、标准贯入实验、抽水和注水试验、十字板剪切试验等。 土的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。其精度超过室内试验的成果。 概概 述述土体原位测试的应用土体原位测试的应用其应用可归纳为：（1）、土层土类划分；（2）、求天然地基承载力；（3）、测定土的物理力学性质指标；（4）、在桩基勘察中的应用；（5）、评价砂土和粉土的地震液化；（6）、求解土的固结系数、渗透系数及不排水抗剪强度等；（7）、检验压实填土的质量及强夯效果；（8）、进行浅基础的沉降计算；（9）、

4、其它。 概概 述述 载荷试验载荷试验1、载荷试验、载荷试验 在保持地基土天然状态下，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，是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法 。 载荷试验载荷试验 载荷试验按承压板的形状有平板与螺旋板之分载荷试验按承压板的形状有平板与螺旋板之分我们主要讲的是我们主要讲的是浅层平板静力载荷测试浅层平板静力载荷测试 载荷试验载荷试验优点：对地基土不产生扰动，结果最可靠、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 载荷试验载荷试验（一）仪器设备1、承压板要有足够的刚度，面积一般为1000-5000cm2

5、2、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3、沉降观测装置2、测试设备与方法、测试设备与方法 载荷试验载荷试验（二）试验方法载荷测试一般在方形坑中进行1）、安装设备2）、分级加荷加荷原则：第一级为坑底原有重力，后每级按：中低压缩性土50kPa，高压缩性土25kPa，特软土为10kPa 载荷试验载荷试验3）、观测每级荷载下的沉降 观测时间间隔：加荷开始后，第一个30min内，每10min观测沉降1次；第二个30min内，每15min观测1次；以后每30min进行一次。 稳定的标准稳定的标准：连续4次观测的沉降量，每小时累计不大于0.1mm，对于软粘土最好观

6、测24h以上，对于正常固结粘土要8h，对于老粘土、砂土、砾石等要4h。4）、尽可能使最终荷载达到地基土的极限承载力，以评价承载力的安全度。 载荷试验载荷试验3、试验、试验要点要点 载荷试验载荷试验 载荷试验载荷试验4、资料整理、资料整理 载荷试验载荷试验P-s曲线的特征：曲线的特征：I段直线段段直线段II段曲线段段曲线段III段直线段段直线段 载荷试验载荷试验、确定地基土的承载力、计算地基土变形模量、求取地基土基床系数 Kv=p/s5、试验成果应、试验成果应用用 载荷试验载荷试验、计算基础沉降量、计算基础沉降量设计基础宽度压板的沉降量作用下承在与基底压力相同压力式中砂土粘土-b -S: 30b

7、30B 22BbSSBbSSjj 载荷试验载荷试验6、测试精度、测试精度影响因素影响因素1） 承压板的尺寸承压板的尺寸lBqcqc、fs都随锥底面积的增大而减小；侧壁摩擦筒长度增大时， qc增大， fs减小。探杆外径、摩擦筒与锥底面直径应保持一致锥尖角度 60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。都有很重要的意义。 静力触探试验静力触探试验2.贯入速率贯入速率如果贯入速率大于1cm/s以上时，读数受贯入速率的影响就很小了事实上，静力触探的贯入速率一般用2cm/s 静力触探试验静力触探试验 3、温度影

8、响、温度影响l温度变化会引起探头内部的电阻应变片长度发生变化，从而使其阻值发生变化，导致测量结果的大误差。l 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，特别特别在夏天与冬天。在夏天与冬天。措施：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0.5-1.0m，停止贯入5-10min，使探头的温度与地下的温度一致，然后调零。 静力触探试验静力触探试验七、测试成果的应用七、测试成果的应用lCPT 在土木工程中的应用特别广泛在土木工程中的应用特别广泛 1、土层划分、土层划分: l绘制CPT的贯入曲线（包括Ps-

9、H、qc-H、fs-H、FR-H ），然后根据相近的qc、fs和FR，将触探孔分层力学分层，并计算各参数的平均值。 l结合钻探取样，考虑临界深度进一步分层工程地质分层，并定土名。 静力触探试验静力触探试验临界深度临界深度模型试验及实测表明，地表厚层均质土的贯入阻力自地表向下是逐渐增大的。当超过一定深度后，阻力才趋近一个常数值，这个土层表面一定深度就称为临界深度。临界深度在砂土中表现明显，在粘土中基本不存在。 静力触探试验静力触探试验 静力触探试验静力触探试验2、土类划分、土类划分a)单桥探头根据Ps， Ps 大的一般为砂层， Ps 小的一般为粘土层。b)双桥探头 在划分土类时，以qc为主，结合

10、fs（或FR），并在同一层内的触探参数值基本相近为原则。不同的土有不同的FR，砂类土 FR通常小于或等于1，粘性土FR常大于2。常用的有以下几种方法 静力触探试验静力触探试验铁道部TBJ37-93规则法 静力触探试验静力触探试验中国地质大学法中国地质大学法 静力触探试验静力触探试验 静力触探试验静力触探试验国外法国外法 静力触探试验静力触探试验3、确定土的物理力学性质指标、确定土的物理力学性质指标CPT可以确定如 c, , Cu, Dr, Es, sat, 等土的物理力学性质指标。表2-13为用静力触探评定砂土的密实度图2-14为砂土的内摩擦角与锥尖阻力的关系图表表2-14 砂土的内摩擦角砂土

11、的内摩擦角Ps(Mpa)12346111530()2931323334363739 静力触探试验静力触探试验4 4、确定浅基的承载力、确定浅基的承载力用静力触探确定地基承载力一般依据的是经验公式，是建立在静力触探与载荷试验的对比关系上。确定的是地基承载力的基本值，需经过深、宽修正用于一般的建筑物地基土的成因、时代及含水量等对静力触探求地基承载力的经验公式有影响，经验公式有地区性。 静力触探试验静力触探试验序号提出者经验关系式范围值PS(qc)土层1武汉联合试验组f0=0.1043Pa+0.02690.36.0粘性土2交通部三航院f0=0.1Pa+0.0250.52.5长江三角洲土3兖州煤矿设计

12、院f0=0.1012Pa+0.0590.353.0淮北粘性土4江苏省建筑设计院f0=0.084Pa+0.050.355.7南京粘性土5青岛城建局f0=0.074Pa+0.08241.00.5青岛粘性土6连云港规划建筑设计院f0=0.0807Pa+0.049滨海软土7铁三院f0=5.8(Pa)1/2-0.046PS单位(kPa)IP7粘性土8铁四院f0=0.112Pa+0.0050.0850.9软土9淮南地区经验淮南地区经验fa=0.086Ps+0.0269PS单位单位(MPa)粘性土粘性土 静力触探试验静力触探试验静力触探机理和桩的作用机理类似，静力触探相当于沉桩的模拟试验。与静力触探相比，桩

13、的表面粗糙，直径大，沉桩对桩周土的扰动大，沉降速度慢。应与桩载荷测试配合使用，互相验证。静力触探法计算单桩极限承载力的基本公式如下：5.确定单桩确定单桩的承载力的承载力niisspcfdpLfUAqqqqii1 静力触探试验静力触探试验a: 国外法 静力触探试验静力触探试验 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验一、定义一、定义 动力触探测试动力触探测试(DPT)：是利用一定的锤击动能，将一定：是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据打入土的难易程度（可用贯入度、规格的探头打入土中，根据打入土的难易程度（可用贯入度、锤击数或探头单位面积动贯入阻力来表示）判定土层性质的锤击数或探头单位面积

14、动贯入阻力来表示）判定土层性质的一种原位测试的方法。一种原位测试的方法。 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验优点：（1）设备简单，且坚固耐用；（2）操作及测试方法容易，一学就会；（3）适用性广；（4）快速，经济，能连续测试土层；（5）有些动力触探，可同时取样，观察描述；（6）经验丰富，使用广泛。 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验二、测试设备与测试原理二、测试设备与测试原理（一）测试设备（一）测试设备 a. 探杆（包括导向杆） b.提引器（分内挂式和外挂式两种）c.穿心锤d. 锤座（包括钢砧与锤垫）e. 探头 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验 圆椎动力触探试验圆椎

15、动力触探试验（二）测试原理（二）测试原理DPT 的基本原理可以用能量平衡法来分析。在一次锤击作的基本原理可以用能量平衡法来分析。在一次锤击作用下的功能转换按能量守恒原理，其关系可写成：用下的功能转换按能量守恒原理，其关系可写成： Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee 式中：式中： Em-穿心锤下落能量；穿心锤下落能量； Ek-锤与触探器碰幢时损失的能量；锤与触探器碰幢时损失的能量； Ec-触探器弹性变形所消耗的能量；触探器弹性变形所消耗的能量； Ef-贯入时用于克服杆侧壁摩阻力所耗能量；贯入时用于克服杆侧壁摩阻力所耗能量； Ep-由于土的塑性变形而消耗的能量；由于土的塑性变形而消耗的能量； Ee

16、-由于土的弹性变形而消耗的能量；由于土的弹性变形而消耗的能量； 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验考虑在动力触探测试中，只能量测到土的永久变形，故将和弹性有关考虑在动力触探测试中，只能量测到土的永久变形，故将和弹性有关的变形略去，通过推导可得土的动贯入阻力的变形略去，通过推导可得土的动贯入阻力Rd为：为：其中：其中：e贯入度（mm），每击贯入的深度； M重锤质量；m触探器质量； A圆锥探头底面积（m2）)()(2kPaAmMeghMRd 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验三、试验程序及要求三、试验程序及要求（一）轻型动力触探（一）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

17、土层进行连续触探；（2）试验时，穿心锤落距为0.500.02m，记录每打入0.30m所需的锤击数；（3）如想取样，则需把触探杆拔出，换钻头进行取样；（4）一般用于触探深度小于4m的土层。 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验（二）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%；（2）贯入时应使穿心锤自由落下。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；（4）及时记录每贯入0.10m所需的锤击数；（5）对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过12-15m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响；（6）每贯入

18、0.1m所需锤击数连续三次超过50击时，即停止试验。 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验四、测试数据处理四、测试数据处理1、实测击数的统计分析、实测击数的统计分析a. 每层实测击数的算术平均值。 x-脚标代表锤重。 式中， -Nx 的平均值； Nx实测锤击数； n参加统计的测点数。对于轻型动力触探为每贯入30cm的锤击数中型、重型为每贯入10cm的锤击数nixxNnN11xN 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验动力触探杆长修正系数factor. corecting1 / NN探杆长度探杆长度（m）12345681012151.000.960.900.850.830.810.780.760.750.

19、742、击数的杆长修正（对于中、重型动力触探）、击数的杆长修正（对于中、重型动力触探） 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验3、绘制绘制Nx-H曲线曲线 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验五、测试精度影响因素五、测试精度影响因素1、动力触探的有效锤击能量 有效锤击能量的大小是影响动力触探成果N值的最主要因素。探头的单位动贯入阻力和锤击数成正比关系，因此可以用探头的动贯入阻力作为动力触探的成果，评价土的工程性质。动力触探探头大小、穿心锤重量等差别较大，可以用动贯入阻力将各种动探做归一化处理，即可相互通用。)()(2kPaAmMeghMRd 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验2、测试设备与方法的标准化落锤

20、技术比较关键人力牵引落锤与自动落锤的锤击数之间的关系：人力牵引的锤击数要小于自动落锤的锤击数。自动落锤的锤击数再现性好，结果可靠。人力牵引落锤的锤击数需修正，建议采用自动落锤技术。 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验3、动力触探设备贯入能力动力触探的设备贯入能力由锤重、落距、探头截面形状等决定。在软土中测试，应采用轻型动力触探，以获得较高的精度。在砾石等土中，应用重型或超重型的动力触探，以获得有效的贯入。不同类型的动力触探适宜于不同土层，轻型不大于10m，重型的为14-25m，超重型的可达40m。 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验4、探杆长度的影响我国建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）中规定

21、应对杆长进行修正。（探）杆长度校正系数表factor. corecting1 / NN探杆长度探杆长度（m）3691215182110.920.860.810.770.730.70 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验5、钻进方式的影响在标贯试验中，在测试前不能采用冲击钻进，必须采用回转钻进方式。在砂层中钻进应采用泥浆护壁。6、土的深度（土的有效上覆压力）的影响7、探杆偏斜影响 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验六、测试成果的应用六、测试成果的应用1、划分土类或土层剖面锤击数越少，土的颗粒越细；锤击数越多，土的颗粒越粗。 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验2、确定地基土承载力、确定地基土承载力645.

22、 1)(10NN 或式修正锤击数：探确定承载力时应按下根据标贯或轻型动力触粘性土、粉土地基承载力（中型动力触探）N28234681012fk(kPa)120150180240290350400 圆椎动力触探试验圆椎动力触探试验3、砂土密实度、砂土密实度 砂土密实度是确定砂土承载力和判断砂土液化的主要指标N63.5与砂土密实度的关系土类N63.5密实度孔隙比e砾砂0.655-8稍密0.65-0.508-10中密0.50-0.4510密实0.45N63.5与碎石土密实度的关系 标准贯入试验标准贯入试验标准贯入测试标准贯入测试(SPT)：63.5kg的穿心锤自0.76m高处自由下落，撞击锤座，通过探

23、杆将标准贯入器贯入孔底土层中，记录贯入0.30m的锤击数，用来测试土层物理力学参数的一种测试方法。每次测试共贯入0.45m，其中仅0.3m记锤击数标贯试验和重型动力触探进行比较： 、两者落锤质量和落距相同； 、两者贯入器不同； 、前者可取样，后者无法取样； 、二者计数方法不一样。 标准贯入试验标准贯入试验标贯与一般动探的主要区别在于探头不同 标准贯入试验标准贯入试验 标准贯入试验标准贯入试验、将贯入器预先打入15cm，不计数；、然后开始记录每10cm的击数，累计打入30cm；、最后将30cm的击数累加。 一般表示为：N=5+6+5 16、如果击数达到50击时，贯入深度还未达到30cm，则 可停

24、止试验，记录50击时的实际贯入深度，然后再 换算成30cm的击数，即N=30*50/S；、如果贯入器进入碎石土或碎块状岩石层出现反弹， 则停止试验，击数记为 “反弹”。 标准贯入试验标准贯入试验 成果应用成果应用 、利用贯入器采取的扰动样，进行土层定名 （GB50021-2001） 、判别砂土的密实度（GB50021-2001） 标准贯入试验标准贯入试验、粘性土稠度及粘性土稠度及c、值值 标准贯入试验标准贯入试验 、判别饱和砂土、粉土的液化建筑抗震设计规范 （GB50011-2001）。时，取土中粘粒百分含量，当）；地下水位埋藏深度（）；标准贯入试验点深度（数基准值，由下表查；液化判别标准贯入

25、锤击数临界值；液化判别标准贯入锤击3P%3: : : : : 31 . 09 . 0 cc00PPmdm dNNPddNNcwscrcwscr地震烈度7度8度9度N0值近震区（基本烈度比震中小2度以上）61016远震区（基本烈度比震中小2度以内）812标准贯入锤击数基准值N0 标准贯入试验标准贯入试验 、划分花岗岩风化带岩土工程勘察规范（福建省工程建设地方标准）（DBJ13-84-2006） 标准贯入试验标准贯入试验 、确定地基土承载力、确定地基土承载力 N土类土类10153050中、粗砂中、粗砂180250340500粉、细砂粉、细砂140180250340砂土地基容许承载力（kPa）（标贯

26、法） 标准贯入试验标准贯入试验、估算桩基承载力岩土工程勘察规范（福建省工程建设 地方标准）（DBJ13-84-2006） 标准贯入试验标准贯入试验关于应用标贯击数时是否需要修正的问题 1）岩土工程勘察规范（GB50021-2001）、建筑抗震设计规 范（GB50011-2001）不需要进行修正； 2）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）中判断砂土密实 度时不需要修正，确定地基承载力时需要修正； 3）其它国内外规范对该问题也有不同规定。 因此，由于各种规范的意见不统一，所以勘察报告首先提供未经修正的实测值，这是基本数据。然后在应用时，根据当地积累资料时的具体情况，确定是否修正和如何修

27、正。 波速测试试验波速测试试验、波速测试就是测定各类弹性波在地基中的传播速度。 体波 纵波（压缩波、P波）、弹性波 横波（剪切波、S波） 面波 瑞利波（R波） 勒夫波（L波）、由于不同的弹性波的波速测试仪器、方法都有不同，因此应根据不同的测试目的有针对的进行。 波速测试试验波速测试试验、测试方法：、跨孔法：需要2个及以上钻孔；孔内激发，孔内接收 、单孔法：需要1个钻孔； 地面激发，孔内接收（下孔法） 孔中激发，地面接收（上孔法） 孔中激发，孔中另一位置接收 孔中激发，孔底接收 、面波法：不需要钻孔；地面激发，地面接收 波速测试试验波速测试试验、成果应用、计算岩土的动力学性质 、划分场地土类型建

28、筑抗震设计规范（GB50011-2001）、划分场地类别建筑抗震设计规范（GB50011-2001） 其它原位测试验其它原位测试验十字板剪切试验十字板剪切试验目的：用插入软粘土中的十字板头，以一定的速率旋转，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪强度的一种测试方法测定饱和软粘土的不排水抗剪强度。 其它原位测试验其它原位测试验旁压试验旁压试验旁压测试旁压测试（PMT: pressuremeter test）是利用钻孔做的原位横向载荷试验，是工程勘察中的一种常用原位测试技术。 其它原位测试验其它原位测试验 由于目前国内的旁压仪多是预钻孔式的，因此对钻孔的要求非常高，而市场上钻孔的质量很难达到要求，所以使得旁压试验的推广受到很大限制。旁压试验旁压试验 其它原位测试验其它原位测试验扁铲试验扁铲试验 其它原位测试验其它原位测试验在选定的钻孔中或竖井中，对选定含水层(组)抽取地下水，形成人工降深场，利用涌水量与水位下降的历时变化关系，测定含水层(组)富水程度和水文地质参数的试验。抽水试验抽水试验