原位測試課件

3原位測試概述載荷試驗靜力觸探試驗圓錐動力觸探試驗標準貫入試驗波速測試其它測試方法概述原位測試（In-SituTesting）：在巖土體原有的位置上，在保持巖土的天然結構、天然含水量以及天然應力狀態(tài)條件下測定巖土性質(zhì)稱為原位測試。原位測試分為土體原位測試和巖體原位測試。概述原位測試與室內(nèi)試驗各自的優(yōu)缺點1、原位測試優(yōu)點：試樣不脫離原來的環(huán)境，基本上在原位應力條件下進行試驗；測定的巖土體尺寸大，能反映宏觀結構對巖土性質(zhì)的影響，代表性好；尤其對難以采樣的巖土層仍能通過試驗評定其工程性質(zhì)。缺點：試驗時的應力路徑難以控制；邊界條件也較復雜；有些試驗耗費人力、物力較多，不可能大量進行。2、室內(nèi)試驗優(yōu)點：歷史較久，技術成熟；試驗條件比較容易控制（邊界條件明確，應力應變條件可以控制等）；可以大量取樣。缺點：試樣尺寸小，代表性差；試樣不可能真正保持原狀。概述

土體原位測試：一般指的是在工程地質(zhì)勘察現(xiàn)場，在不擾動或基本不擾動土層的情況下對土層進行測試，以獲得所測土層的物理力學性質(zhì)指標及劃分土層的一種土工勘察技術。

(1)土層剖面測試法：主要包括靜力觸探、動力觸探、扁鏟松脹儀試驗及波速法等。具有可連續(xù)進行、快速經(jīng)濟的優(yōu)點。

(2)專門測試法：主要包括載荷試驗、旁壓試驗、標準貫入實驗、抽水和注水試驗、十字板剪切試驗等。

土的專門測試法可得到土層中關鍵部位土的各種工程性質(zhì)指標，精度高，測試成果可直接供設計部門使用。其精度超過室內(nèi)試驗的成果。概述土體原位測試的應用其應用可歸納為：（1）、土層土類劃分；（2）、求天然地基承載力；（3）、測定土的物理力學性質(zhì)指標；（4）、在樁基勘察中的應用；（5）、評價砂土和粉土的地震液化；（6）、求解土的固結系數(shù)、滲透系數(shù)及不排水抗剪強度等；（7）、檢驗壓實填土的質(zhì)量及強夯效果；（8）、進行淺基礎的沉降計算；（9）、其它。概述載荷試驗1、載荷試驗在保持地基土天然狀態(tài)下，在一定面積的承壓板上向地基土逐級施加荷載，并觀測每級荷載下地基土的變形特性，是模擬建筑物基礎工作條件的一種測試方法。載荷試驗載荷試驗按承壓板的形狀有平板與螺旋板之分 我們主要講的是淺層平板靜力載荷測試

載荷試驗優(yōu)點：對地基土不產(chǎn)生擾動，結果最可靠、最具有代表性，可直接用于工程設計。是確定承載力的最主要方法。缺點：價格昂貴、費時載荷試驗（一）儀器設備1、承壓板要有足夠的剛度，面積一般為1000-5000cm2

2、加荷裝置包括壓力源、載荷臺架或反力構架。加荷方式有重物加荷和油壓千斤頂反力加荷3、沉降觀測裝置2、測試設備與方法載荷試驗（二）試驗方法載荷測試一般在方形坑中進行1）、安裝設備2）、分級加荷

加荷原則：第一級為坑底原有重力，后每級按：中低壓縮性土50kPa，高壓縮性土25kPa，特軟土為10kPa載荷試驗3）、觀測每級荷載下的沉降

觀測時間間隔：加荷開始后，第一個30min內(nèi)，每10min觀測沉降1次；第二個30min內(nèi)，每15min觀測1次；以后每30min進行一次。

穩(wěn)定的標準：連續(xù)4次觀測的沉降量，每小時累計不大于0.1mm，對于軟粘土最好觀測24h以上，對于正常固結粘土要8h，對于老粘土、砂土、礫石等要4h。4）、盡可能使最終荷載達到地基土的極限承載力，以評價承載力的安全度。載荷試驗3、試驗要點載荷試驗載荷試驗4、資料整理載荷試驗 P-s曲線的特征：

I段直線段

II段曲線段

III段直線段載荷試驗⑴、確定地基土的承載力⑵、計算地基土變形模量⑶、求取地基土基床系數(shù)

Kv=p/s5、試驗成果應用載荷試驗⑷、計算基礎沉降量載荷試驗6、測試精度影響因素1）承壓板的尺寸B<45cm(5000cm2)時，沉降量隨B的增加而降低B

45cm(5000cm2)時，沉降量隨B的增加而增大由于基礎寬度一般均超過30cm，所以B不宜太小S(mm)045B(cm)載荷試驗一般來說，大的比小的好，最好與實際基礎面積相同；但太大則需大的壓力，有時難以達到。所以承壓板的面積應適中

1000cm2

A

5000cm2。載荷試驗2）沉降穩(wěn)定（時間）標準

每級壓力下的沉降穩(wěn)定標準不同，則所觀測的沉降量就不同，那么所得出壓力—沉降量曲線就不一樣，從而得出的變形模量或承載力就不同。采用統(tǒng)一的標準，消除這種影響。每施加一級荷載，待沉降速率達到穩(wěn)定后再加下一級荷載。(1)

s

0.1mm/h,

s

0.2mm/h很慢(2)快速方法：每級持續(xù)2h，然后根據(jù)標準方法的外推。載荷試驗3）承壓板埋深載荷測試的影響深度一般為1.5-2倍承壓板寬度（或直徑）；在影響深度范圍內(nèi)土性應保持一致，否則測試成果就不能反映出土層的真實性質(zhì)；如果場地土層多，且都是重要的持力層，應分層做載荷試驗；如果土層較薄，達不到2倍承壓板的寬度，就應采用小的承壓板或螺旋板載荷試驗4）地基土的均勻性一、定義靜力觸探(CPT)是用準靜力將一定規(guī)格內(nèi)部有傳感器的觸探頭以勻速壓入土中，傳感器將探頭貫入時所受阻力通過電信號輸入到記錄儀記錄下來，并繪制出隨深度的變化曲線，來確定土體的物理力學參數(shù)，劃分土層的一種土體勘測技術。靜力觸探具有勘探與原位測試的雙重功能。適用于軟土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。靜力觸探試驗靜力觸探首先在荷蘭研制成功，因此靜力觸探也叫“荷蘭錐”試驗。按測量機理分：機械式靜力觸探和電測式靜力觸探按探頭功能分：單橋靜力觸探、雙橋靜力觸探、孔壓靜力觸探電測式靜力觸探的優(yōu)點：

（1）測試連續(xù)、快速，效率高，功能多，兼勘探與測試雙重作用；

（2）測試數(shù)據(jù)精度高，再現(xiàn)性好；

（3）采用電測技術，便于實現(xiàn)測試工程的自動化，測試成果可由計算機自動處理，減少了工作強度。靜力觸探試驗二、試驗設備組成貫入系統(tǒng)觸探主機、探桿、反力裝置觸探主機可分為液壓式和機械式反力裝置可分為自重式和錨式量測系統(tǒng)測量與記錄顯示裝置探頭靜力觸探試驗車裝靜探機：觸探主機為液壓傳動式的，反力裝置為自重式。靜力觸探試驗觸探主機為液壓傳動式的，反力裝置為地錨式。靜力觸探試驗觸探主機為機械傳動式的，反力裝置為地錨式。靜力觸探試驗靜力觸探試驗履帶式靜力觸探車

適用于海灘、河灘、沙地、水田、結冰路面等惡劣環(huán)境開展靜探作業(yè)

靜力觸探試驗水域靜力觸探機系列

適用于港口、跨海大橋、海上風電場等大型水上工程項目

靜力觸探試驗手推式觸探機

額定貫入力：50KN靜力觸探試驗

探頭是靜力觸探儀的關鍵部件

分為三種類型：單用（橋）探頭、雙用（橋）探頭、多用（孔壓）探頭Ps：比貫入阻力，qc：錐尖阻力，fs：側壁摩阻力，uw

：孔隙水壓力靜力觸探試驗國際標準探頭的規(guī)格：錐頭頂角60°、底面積10cm2、側壁摩擦筒面積150cm2、透水石在錐底靜力觸探試驗靜力觸探試驗I—電流R—電阻

U—電壓（根據(jù)歐姆定律）靜力觸探試驗三、測試步驟（一）探頭率定率定的目的是求出測量儀表的讀數(shù)與荷載之間的關系—率定系數(shù)率定的設備可分為兩個主要部分

1、可移動的活動架

2、量力環(huán)靜力觸探試驗（二）野外測試的關鍵步驟a.布孔位，平整場地b.安裝觸探機，并調(diào)平機座（為使貫入壓力保持垂直方向），把機座與反力裝置銜接

c.將探頭、測量電纜、探桿連接起來，并檢查測量儀表，并調(diào)零d.將連著探桿的探頭壓入地下，同時記錄深度值和測量儀表的數(shù)據(jù)靜力觸探試驗四、試驗要點觸探機就位后，應調(diào)平機座，并使用水平尺校準，使貫入壓力保持豎直方向，并使機座與反力裝置銜接、鎖定。觸探機的貫入速率應控制在1-2cm/s，一般為2cm/s；使用手搖式觸探機時，手把轉速應力求均勻。使用記讀式儀器時，每貫入0.1m或0.2m時應記錄一次讀數(shù)。遇下列情況時應停止貫入：

a、觸探主機負荷達到其額定荷載的120%時；

b、貫入時探桿出現(xiàn)明顯彎曲；

c、反力裝置失效；

d、探頭負荷達到額定荷載時；

e、記錄儀器顯示異常。靜力觸探試驗五、測試數(shù)據(jù)的處理1、原始數(shù)據(jù)的整理

回零修正

觸探參數(shù)的計算

摩阻比FR靜力觸探試驗深度（m）錐頭阻力qc（kPa）側壁摩阻力fs（kPa）FR讀數(shù)回零校正值qc讀數(shù)回零fs0.14004020.00.840.24214120.51.20.34324120.50.91.03663015.01.14104120.51.2421.338例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R靜力觸探試驗2．繪制觸探參數(shù)隨深度的變化曲線3、可以用計算機來數(shù)據(jù)處理和繪圖靜力觸探試驗六、測試精度影響因素1、探頭規(guī)格單橋PS雙橋

qc、fs

Ps>qcqc、fs都隨錐底面積的增大而減小；側壁摩擦筒長度增大時，qc增大，fs減小。探桿外徑、摩擦筒與錐底面直徑應保持一致錐尖角度60°探頭形狀及尺寸的標準化與科學化對測試成果的應用、交流和對比都有很重要的意義。靜力觸探試驗貫入速率如果貫入速率大于1cm/s以上時，讀數(shù)受貫入速率的影響就很小了事實上，靜力觸探的貫入速率一般用2cm/s靜力觸探試驗

3、溫度影響溫度變化會引起探頭內(nèi)部的電阻應變片長度發(fā)生變化，從而使其阻值發(fā)生變化，導致測量結果的大誤差。產(chǎn)生溫度變化的重要原因之一是地面溫度與地下溫度的不同，特別在夏天與冬天。措施：（1）采用溫度補償或自動溫度補償應變片來補償溫度變化對探頭測試數(shù)據(jù)的影響；（2）防止暴曬與受凍；（3）探頭貫入地下約0.5-1.0m，停止貫入5-10min，使探頭的溫度與地下的溫度一致，然后調(diào)零。

靜力觸探試驗七、測試成果的應用CPT在土木工程中的應用特別廣泛

1、土層劃分:

繪制CPT的貫入曲線（包括Ps-H、qc-H、fs-H、FR-H），然后根據(jù)相近的qc、fs和FR，將觸探孔分層—力學分層，并計算各參數(shù)的平均值。結合鉆探取樣，考慮臨界深度進一步分層—工程地質(zhì)分層，并定土名。靜力觸探試驗臨界深度模型試驗及實測表明，地表厚層均質(zhì)土的貫入阻力自地表向下是逐漸增大的。當超過一定深度后，阻力才趨近一個常數(shù)值，這個土層表面一定深度就稱為臨界深度。臨界深度在砂土中表現(xiàn)明顯，在粘土中基本不存在。靜力觸探試驗靜力觸探試驗2、土類劃分單橋探頭

根據(jù)Ps，Ps大的一般為砂層，Ps小的一般為粘土層。雙橋探頭在劃分土類時，以qc為主，結合fs（或FR），并在同一層內(nèi)的觸探參數(shù)值基本相近為原則。不同的土有不同的FR，砂類土

FR通常小于或等于1，粘性土FR常大于2。常用的有以下幾種方法靜力觸探試驗鐵道部TBJ37-93規(guī)則法靜力觸探試驗中國地質(zhì)大學法靜力觸探試驗靜力觸探試驗國外法靜力觸探試驗3、確定土的物理力學性質(zhì)指標CPT可以確定如c,,Cu,Dr,Es,sat,等土的物理力學性質(zhì)指標。表2-13為用靜力觸探評定砂土的密實度圖2-14為砂土的內(nèi)摩擦角與錐尖阻力的關系圖表2-14砂土的內(nèi)摩擦角Ps(Mpa)12346111530Φ(°)2931323334363739靜力觸探試驗4、確定淺基的承載力用靜力觸探確定地基承載力一般依據(jù)的是經(jīng)驗公式，是建立在靜力觸探與載荷試驗的對比關系上。確定的是地基承載力的基本值，需經(jīng)過深、寬修正用于一般的建筑物地基土的成因、時代及含水量等對靜力觸探求地基承載力的經(jīng)驗公式有影響，經(jīng)驗公式有地區(qū)性。靜力觸探試驗序號提出者經(jīng)驗關系式范圍值PS(qc)土層1武漢聯(lián)合試驗組f0=0.1043Pa+0.02690.3—6.0粘性土2交通部三航院f0=0.1Pa+0.0250.5—2.5長江三角洲土3兗州煤礦設計院f0=0.1012Pa+0.0590.35—3.0淮北粘性土4江蘇省建筑設計院f0=0.084Pa+0.050.35—5.7南京粘性土5青島城建局f0=0.074Pa+0.08241.0—0.5青島粘性土6連云港規(guī)劃建筑設計院f0=0.0807Pa+0.049濱海軟土7鐵三院f0=5.8(Pa)1/2-0.046PS單位(kPa)IP>7粘性土8鐵四院f0=0.112Pa+0.0050.085—0.9軟土9淮南地區(qū)經(jīng)驗fa=0.086Ps+0.0269PS單位(MPa)粘性土靜力觸探試驗靜力觸探機理和樁的作用機理類似，靜力觸探相當于沉樁的模擬試驗。與靜力觸探相比，樁的表面粗糙，直徑大，沉樁對樁周土的擾動大，沉降速度慢。應與樁載荷測試配合使用，互相驗證。靜力觸探法計算單樁極限承載力的基本公式如下：5.確定單樁的承載力靜力觸探試驗a:國外法靜力觸探試驗圓椎動力觸探試驗一、定義動力觸探測試(DPT)：是利用一定的錘擊動能，將一定規(guī)格的探頭打入土中，根據(jù)打入土的難易程度（可用貫入度、錘擊數(shù)或探頭單位面積動貫入阻力來表示）判定土層性質(zhì)的一種原位測試的方法。圓椎動力觸探試驗優(yōu)點：

（1）設備簡單，且堅固耐用；

（2）操作及測試方法容易，一學就會；

（3）適用性廣；

（4）快速，經(jīng)濟，能連續(xù)測試土層；

（5）有些動力觸探，可同時取樣，觀察描述；

（6）經(jīng)驗豐富，使用廣泛。圓椎動力觸探試驗二、測試設備與測試原理（一）測試設備

a.探桿（包括導向桿）

b.提引器（分內(nèi)掛式和外掛式兩種）c.穿心錘d.錘座（包括鋼砧與錘墊）e.探頭圓椎動力觸探試驗圓椎動力觸探試驗圓椎動力觸探試驗（二）測試原理DPT的基本原理可以用能量平衡法來分析。在一次錘擊作用下的功能轉換按能量守恒原理，其關系可寫成：

Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee

式中：

Em----穿心錘下落能量；

Ek----錘與觸探器碰幢時損失的能量；

Ec----觸探器彈性變形所消耗的能量；

Ef----貫入時用于克服桿側壁摩阻力所耗能量；

Ep----由于土的塑性變形而消耗的能量；

Ee----由于土的彈性變形而消耗的能量；圓椎動力觸探試驗考慮在動力觸探測試中，只能量測到土的永久變形，故將和彈性有關的變形略去，通過推導可得土的動貫入阻力Rd為：其中：e—貫入度（mm），每擊貫入的深度；

M—重錘質(zhì)量；m—觸探器質(zhì)量；

A—圓錐探頭底面積（m2）圓椎動力觸探試驗三、試驗程序及要求（一）輕型動力觸探（1）先用輕便鉆具鉆至試驗土層標高以上0.3m處，然后對土層進行連續(xù)觸探；（2）試驗時，穿心錘落距為0.50±0.02m，記錄每打入0.30m所需的錘擊數(shù)；（3）如想取樣，則需把觸探桿拔出，換鉆頭進行取樣；（4）一般用于觸探深度小于4m的土層。圓椎動力觸探試驗（二）重型動力觸探（1）試驗前將觸探架安裝平穩(wěn)，使觸探保持垂直地進行。垂直度的最大偏差不得超過2%；（2）貫入時應使穿心錘自由落下。地面上的觸探桿的高度不宜過高，以免傾斜與擺動太大；（3）錘擊速率宜為每分鐘15-30擊；（4）及時記錄每貫入0.10m所需的錘擊數(shù)；（5）對于一般砂、圓礫和卵石，觸探深度不宜超過12-15m；超過該深度時，需考慮觸探桿的側壁摩阻的影響；（6）每貫入0.1m所需錘擊數(shù)連續(xù)三次超過50擊時，即停止試驗。圓椎動力觸探試驗四、測試數(shù)據(jù)處理1、實測擊數(shù)的統(tǒng)計分析a.每層實測擊數(shù)的算術平均值。x-腳標代表錘重。式中，

--Nx

的平均值；

Nx—實測錘擊數(shù)；

n—參加統(tǒng)計的測點數(shù)。對于輕型動力觸探為每貫入30cm的錘擊數(shù)中型、重型為每貫入10cm的錘擊數(shù)圓椎動力觸探試驗動力觸探桿長修正系數(shù)探桿長度（m）

1234568101215

1.000.960.900.850.830.810.780.760.750.742、擊數(shù)的桿長修正（對于中、重型動力觸探）圓椎動力觸探試驗3、繪制Nx’-H曲線

圓椎動力觸探試驗五、測試精度影響因素1、動力觸探的有效錘擊能量

有效錘擊能量的大小是影響動力觸探成果N值的最主要因素。探頭的單位動貫入阻力和錘擊數(shù)成正比關系，因此可以用探頭的動貫入阻力作為動力觸探的成果，評價土的工程性質(zhì)。動力觸探探頭大小、穿心錘重量等差別較大，可以用動貫入阻力將各種動探做歸一化處理，即可相互通用。圓椎動力觸探試驗2、測試設備與方法的標準化落錘技術比較關鍵人力牽引落錘與自動落錘的錘擊數(shù)之間的關系：人力牽引的錘擊數(shù)要小于自動落錘的錘擊數(shù)。自動落錘的錘擊數(shù)再現(xiàn)性好，結果可靠。人力牽引落錘的錘擊數(shù)需修正，建議采用自動落錘技術。圓椎動力觸探試驗3、動力觸探設備貫入能力動力觸探的設備貫入能力由錘重、落距、探頭截面形狀等決定。在軟土中測試，應采用輕型動力觸探，以獲得較高的精度。在礫石等土中，應用重型或超重型的動力觸探，以獲得有效的貫入。不同類型的動力觸探適宜于不同土層，輕型不大于10m，重型的為14-25m，超重型的可達40m。圓椎動力觸探試驗4、探桿長度的影響我國《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GBJ7-89）中規(guī)定應對桿長進行修正。（探）桿長度校正系數(shù)α表探桿長度（m）

36912151821

10.920.860.810.770.730.70圓椎動力觸探試驗5、鉆進方式的影響在標貫試驗中，在測試前不能采用沖擊鉆進，必須采用回轉鉆進方式。在砂層中鉆進應采用泥漿護壁。6、土的深度（土的有效上覆壓力）的影響7、探桿偏斜影響圓椎動力觸探試驗六、測試成果的應用1、劃分土類或土層剖面錘擊數(shù)越少，土的顆粒越細；錘擊數(shù)越多，土的顆粒越粗。圓椎動力觸探試驗2、確定地基土承載力粘性土、粉土地基承載力（中型動力觸探）N28234681012fk(kPa)120150180240290350400圓椎動力觸探試驗3、砂土密實度砂土密實度是確定砂土承載力和判斷砂土液化的主要指標N63.5與砂土密實度的關系土類N63.5密實度孔隙比e礫砂<5松散>0.655-8稍密0.65-0.508-10中密0.50-0.45>10密實<0.45N63.5與碎石土密實度的關系標準貫入試驗標準貫入測試((SPT)：63.5kg的穿心錘自0.76m高處自由下落，撞擊錘座，通過探桿將標準貫入器貫入孔底土層中，記錄貫入0.30m的錘擊數(shù)，用來測試土層物理力學參數(shù)的一種測試方法。每次測試共貫入0.45m，其中僅0.3m記錘擊數(shù)標貫試驗和重型動力觸探進行比較：

①、兩者落錘質(zhì)量和落距相同；

②、兩者貫入器不同；

③、前者可取樣，后者無法取樣；

④、二者計數(shù)方法不一樣。標準貫入試驗標貫與一般動探的主要區(qū)別在于探頭不同標準貫入試驗標準貫入試驗①、將貫入器預先打入15cm，不計數(shù)；②、然后開始記錄每10cm的擊數(shù)，累計打入30cm；③、最后將30cm的擊數(shù)累加。一般表示為：N=5+6+516④、如果擊數(shù)達到50擊時，貫入深度還未達到30cm，則可停止試驗，記錄50擊時的實際貫入深度，然后再換算成30cm的擊數(shù)，即N=30*50/ΔS；⑤、如果貫入器進入碎石土或碎塊狀巖石層出現(xiàn)反彈，則停止試驗，擊數(shù)記為“反彈”。標準貫入試驗

成果應用

①、利用貫入器采取的擾動樣，進行土層定名—（GB50021-2001）

②、判別砂土的密實度—（GB50021-2001）標準貫入試驗③、粘性土稠度及c、φ值標準貫入試驗④、判別飽和砂土、粉土的液化—《建筑抗震設計規(guī)范》

（GB50011-2001）地震烈度7度8度9度N0值近震區(qū)（基本烈度比震中小2度以上）61016遠震區(qū)（基本烈度比震中小2度以內(nèi)）812——標準貫入錘擊數(shù)基準值N0標準貫入試驗⑤

、劃分花崗巖風化帶—《巖土工程勘察規(guī)范》（福建省工程建設地方標準）（DBJ13-84-2006）標準貫入試驗⑥

、確定地基土承載力

N土類10153050中、粗砂180250340500粉、細砂140180250340砂土地基容許承載力（kPa）（標貫法）標準貫入試驗⑥、估算樁基承載力—《巖土工程勘察規(guī)范》（福建省工程建設地方標準）（DBJ13-84-2006）標準貫入試驗關于應用標貫擊數(shù)時是否需要修正的問題

1）《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）、《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001）不需要進行修正；

2）《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2002）中判斷砂土密實度時不需要修正，確定地基承載力時需要修正；

3）其它國內(nèi)外規(guī)范對該問題也有不同規(guī)定。因此，由于各種規(guī)范的意見不統(tǒng)一，所以勘察報告首先提供未經(jīng)修正的實測值，這是基本數(shù)據(jù)。然后在應用時，根據(jù)當?shù)胤e累資料時的具體情況，確定是否修正和如何修正。波速測試試驗⑴