巖土工程原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)

1、巖土工程原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn) 主要介紹常用原位測(cè)試基本原理及成果的應(yīng)用:載荷試驗(yàn)(CPT)、靜力觸探試驗(yàn)(DPT)、 圓錐動(dòng)力觸探(DPT) 、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT) 、十字板剪切試驗(yàn)(VST) 、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn) 、旁壓試驗(yàn)、波速測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn) 、巖體原位應(yīng)力測(cè)試、激振法測(cè)試。 概述巖土工程 勘察試驗(yàn)類型：室內(nèi)試驗(yàn)原位測(cè)試巖土工程 勘察試驗(yàn)?zāi)康模喝〉猛梁蛶r石的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及地下水等性質(zhì)指標(biāo)，以供土木工程師設(shè)計(jì)時(shí)采用?，F(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試就是在巖土層原來所處的位置基本保持的天然結(jié)構(gòu)、天然含水量以及天然應(yīng)力狀態(tài)下，測(cè)定巖土的工程力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。優(yōu)點(diǎn)：可以測(cè)定難以取得不擾動(dòng)樣的有關(guān)工程力學(xué)性質(zhì)；可避免取樣

2、過程中應(yīng)力釋放的影響；影響范圍大，代表性強(qiáng)。可以節(jié)省勘察時(shí)間。缺點(diǎn)：各種原位測(cè)試有其適用條件；有些理論往往建立在統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的關(guān)系上等。 靜力載荷試驗(yàn)(CPT)； 靜力觸探試驗(yàn)(DPT)； 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)； 十字板剪切試驗(yàn)(VST)； 波速測(cè)試； 現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)等 。 常用原位測(cè)試方法：10.1.1 原位測(cè)試方法應(yīng)根據(jù)巖土條件、設(shè)計(jì)對(duì)參數(shù)的要求、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試方法的適用性等因素選用。 7.1 靜力載荷試驗(yàn)(CPT)靜力載荷試驗(yàn)分為平板載荷試驗(yàn)、螺旋板載荷試驗(yàn)、深層平板載荷試驗(yàn)等。 試驗(yàn)?zāi)康模捍_定地基土承載力及土的變形模量。估算土的不排水抗剪強(qiáng)度，確定土的基床反力系數(shù)。 適用條件：各種土，各種

3、復(fù)合地基，各種基礎(chǔ)工程(主要是樁基礎(chǔ)單樁，群樁).根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果繪制荷載與沉降(p-s)關(guān)系曲線，通過分析試驗(yàn)曲線即可確定地基承載力、地基土的變形模量、估算地基土的不排水抗剪強(qiáng)度、估算地地基土基床反力系數(shù)。 7.1.4 試驗(yàn)資料處理及成果應(yīng)用1、確定地基土的承載力由載荷試驗(yàn)PS曲線確定地基土承載力，可按PS曲線的線型可分別采用拐點(diǎn)法、相對(duì)沉降法和極限荷載法等。 (1)拐點(diǎn)法(強(qiáng)度控制法） 取第一拐點(diǎn)P0(比例界限點(diǎn))所對(duì)應(yīng)的荷載為地基土的容許承載力值。當(dāng)PS曲線上拐點(diǎn)不太明顯時(shí),怎么處理？在PS曲線上取Sb一定比值所對(duì)應(yīng)的荷載為地基土的容許承載力： 若承壓板面積為2 1)對(duì)一般粘性土、粉土等中、

4、高壓縮性土宜采用S對(duì)應(yīng)的壓力為容許承載力； 2）對(duì)砂土等低壓縮性土宜采用 S對(duì)應(yīng)的壓力為地基土的容許承載力。(2)相對(duì)沉降法1）比例界限P0與極限荷載Pu接近時(shí)，將Pu除以安全系數(shù)Fs(Fs=2-3)作為地基土的容許承載力；2）當(dāng)比例界限P0與極限荷載Pu相差較遠(yuǎn)時(shí)，可按下式確定地基土承載力基本值：(3)極限荷載法不同埋深的載荷試驗(yàn)，計(jì)算地基土變形模量的方法不同（圓和方承壓板）： (1)淺層平板載荷試驗(yàn)，地基土變形模量Eo可按下式計(jì)算：2、確定地基土的變形模量E。b承壓板的直徑或?qū)挾?(2)深層平板載荷試驗(yàn)，變形模量Eo可按下式計(jì)算：與試驗(yàn)深度和土類別有關(guān)的系數(shù) 用快速法載荷試驗(yàn)得到的極限荷載

5、Pu估算飽和粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度Cu(0=0)可用下式計(jì)算：3、估算地基土的不排水抗剪強(qiáng)度Cu4、確定地基土基床反力系數(shù)Ks基床反力系數(shù)：彈性半空間地基上某點(diǎn)所受的法向壓力與相應(yīng)位移的比值。類似于虎克定理里的K，地基剛度。 靜力觸探試驗(yàn)(DPT)（1）試驗(yàn)適用條件10.3.1 靜力觸探試驗(yàn)適用于軟土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土.靜力觸探可根據(jù)工程需要采用單橋探頭、雙橋探頭或帶孔隙水壓力量測(cè)的單、雙橋探頭，可測(cè)定比貫入阻力(ps)、錐尖阻力(qc)、側(cè)壁摩阻力(fs)和貫入時(shí)的孔隙水壓力(u)。 10.3.1 靜力觸探試驗(yàn)(CPT) (cone penetration test)是

6、用靜力勻速將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的探頭壓人土中 同時(shí)量測(cè)探頭阻力 測(cè)定土的力學(xué)特性 具有勘探和測(cè)試雙重功能。常用的靜力觸探探頭分為單橋探頭和雙橋探頭。 單橋只能測(cè)得總貫入阻力，而雙橋則能同時(shí)測(cè)得側(cè)壁阻力fs和錐尖阻力Qc。（2）試驗(yàn)資料處理及成果應(yīng)用 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制比貫入阻力-深度關(guān)系曲線、錐尖阻力-深度關(guān)系曲線、側(cè)壁摩阻力-深度關(guān)系曲線和摩阻比-深度關(guān)系曲線。 由靜力觸探成果可劃分土層界線、評(píng)定地基土的強(qiáng)度參數(shù)、評(píng)定土的變形參數(shù)、評(píng)定地基土的承載力、預(yù)估單樁承載力及判定飽和砂土和粉土的液化。 7.3 圓錐動(dòng)力觸探(DPT)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、操作方便、工效較高、適應(yīng)性廣，并具有連續(xù)貫入的特性。對(duì)難以取樣的

7、砂土、粉土、碎石類土等，對(duì)靜力觸探難以貫入的土層，動(dòng)力觸探是十分有效的原位測(cè)試手段。 缺點(diǎn)：不能采樣對(duì)土進(jìn)行直接鑒別描述，試驗(yàn)誤差稍大，再現(xiàn)性差。 10.4.1 圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(DPT) (dynamic penetration test)是用一定質(zhì)量的重錘以一定高度的自由落距，將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓錐形探頭貫入土中，根據(jù)打入土中一定距離所需的錘擊數(shù)判定土的力學(xué)特性，具有勘探和測(cè)試雙重功能。 (a) 定性評(píng)價(jià)：評(píng)定場(chǎng)地土層的均勻性；查明土洞、滑動(dòng)面和軟硬土層界面；確定軟弱土層或堅(jiān)硬土層的分布；檢驗(yàn)評(píng)估地基土加固與改良的效果。 (b) 定量評(píng)價(jià)：確定砂土孔隙比、相對(duì)密實(shí)度、粉土和粘性土的狀態(tài)、土的強(qiáng)度

8、和變形參數(shù)、評(píng)定地基土的承載力或單樁承載力。 （1）目的與適用條件目的：適用于強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化的硬質(zhì)巖石、各種軟質(zhì)巖石及各類土。適用條件： （2）試驗(yàn)裝置動(dòng)力觸探設(shè)備主要由探頭和落錘兩部分組成，可分為輕型、重型及超重型三類。 （3）試驗(yàn)資料處理及成果應(yīng)用 (a) 確定砂土和碎石土的密實(shí)度； 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制錘擊數(shù)和錘擊隨深度變化的關(guān)系曲線。 其成果應(yīng)用：(b) 確定地基土的承載力和變形模量；(c) 檢驗(yàn)評(píng)估地基土加固與改良的效果；(d) 確定單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值。 7.4 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT) 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是動(dòng)力觸探類型之一。但有所不同。觸探頭不是圓錐形探頭，而是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓筒形探頭(由兩個(gè)半圓管

9、合成的取土器)，稱為貫入器。10.5.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT) (standard penetration test) 是用質(zhì)量為63.5kg 的穿心錘，以76cm 的落距將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的貫入器，自鉆孔底部預(yù)打15cm ，記錄再打入30cm 的錘擊數(shù)，判定土的力學(xué)特性 砂土、粉土和一般粘性土，最適用N=250擊的土層。目的：(a) 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N，利用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)砂土的密實(shí)度和粉土、粘性土的狀態(tài)、土的強(qiáng)度參數(shù)、變形模量、地基承載力等作出評(píng)價(jià)。(b) 估算單樁極限承載力和判定沉樁可能性。(c) 判定飽和粉砂、砂質(zhì)粉土的地震液化可能性及液化等級(jí)。（1）試驗(yàn)?zāi)康呐c適用條件適用條件：操作簡便，設(shè)備簡

10、單，土層的適應(yīng)性廣，而且通過貫入器可以采取擾動(dòng)土樣，對(duì)它進(jìn)行直接鑒別描述和有關(guān)的室內(nèi)土工試驗(yàn)，如取砂土做顆粒分析試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)一般結(jié)合鉆孔進(jìn)行，其優(yōu)點(diǎn):該試驗(yàn)特別對(duì)鉆探中難以取樣的砂土和粉土的工程性質(zhì)的評(píng)定具有獨(dú)特意義。 （3）試驗(yàn)資料處理及成果應(yīng)用標(biāo)貫擊數(shù)N與深度的關(guān)系曲線、標(biāo)貫孔工程地質(zhì)柱狀剖面圖。成果應(yīng)用:由標(biāo)貫成果可評(píng)定砂土的密實(shí)度和相對(duì)密度;評(píng)定粘性土的狀態(tài)評(píng)定砂土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式評(píng)定粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Cu太沙基和佩克:Cu=(66.5)N日本規(guī)范: Cu=(610)N評(píng)定土的變形模量和壓縮模量確定地基承載力估算單樁承載力經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式判定飽和砂土的地震液化可能性及液化

11、等級(jí) 當(dāng)飽和砂土或飽和粉土實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)No值小于下式確定的臨界值時(shí)，則應(yīng)判別為可液化土，否則為不液化土。 7.5 十字板剪切試驗(yàn)(VST) 10.6.1 十字板剪切試驗(yàn)(VST) (vane shear test)是用插入土中的標(biāo)準(zhǔn)十字板探頭，以一定速率扭轉(zhuǎn)，量測(cè)土破壞時(shí)的抵抗力矩，測(cè)定土的不排水抗剪強(qiáng)度 。十字板剪切試驗(yàn)適用于靈敏度不大于10，固結(jié)系數(shù)不大于100m2/年的均質(zhì)飽和軟粘土。 目的：測(cè)定原位應(yīng)力條件下軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度Cu、估算軟粘性土的靈敏度。（1）試驗(yàn)?zāi)康呐c適用條件適用條件： （2）試驗(yàn)資料處理及成果應(yīng)用 （a）測(cè)定軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度(Cu)f；十字板實(shí)測(cè)不排

12、水抗剪強(qiáng)度。（b）估算軟粘性土的靈敏度St；（c）評(píng)定地基土的承載力。 7.6 旁壓試驗(yàn) (橫壓試驗(yàn)) （1）試驗(yàn)?zāi)康呐c適用條件用于測(cè)定粘性土、粉土、砂土、碎石土、軟質(zhì)巖石和風(fēng)化巖的承載力fk、旁壓模量Em等(軟土地基一般不適宜）。10.7.1 旁壓試驗(yàn)(PMT) (pressuremeter test)是用可側(cè)向膨脹的旁壓器，對(duì)鉆孔孔壁周圍的土體施加徑向壓力的原位測(cè)試，根據(jù)壓力和變形關(guān)系，計(jì)算土的模量和強(qiáng)度 。（2）試驗(yàn)資料處理及成果應(yīng)用 主要為壓力和擴(kuò)張?bào)w積曲線(p-V)、壓力和半徑增量曲線(p-r)。a. 評(píng)定地基承載力:特征值的確定：特征值包括初始?jí)毫?p0)，臨塑壓力(pf)和極限壓力(pl)。 p0的確定：旁壓曲線中段直線段的起始點(diǎn)或蠕變曲線的第一拐點(diǎn)相應(yīng)的壓力。 臨塑壓力pf:為旁壓曲線中段直線的末尾點(diǎn)或蠕變曲線的第二拐點(diǎn)相應(yīng)的壓力。 極限壓力pl:擴(kuò)張后體積相當(dāng)于二倍固有體積時(shí)的壓力。b. 確定旁壓模量根據(jù)壓力與體積曲線的直線段斜率，按下式計(jì)算旁壓模量： Vc旁壓器量測(cè)腔初始固有體積， p/V旁壓曲線直線段的斜率。 （2）試驗(yàn)資料處理及成果應(yīng)用確定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 計(jì)算出各級(jí)垂直荷載下的垂直應(yīng)力和剪應(yīng)力，繪制垂直應(yīng)力與剪