土体和岩体原位测试方法(6-1)

野外试验的分类：
1）岩土力学性质的野外测定 （1）土体力学性质试验：载荷试验、旁压试验、 静、动触探试验、十字板剪切试验； （2）岩体力学性质试验：岩体变形静力法试验、 声波测试（动力法）试验、岩体抗剪试验、点荷载强 度试验、回弹锤测试、便携式弱面剪试验。 2）岩体应力测定:测定岩体天然应力状态下及工 程开挖过程中应力的变化。 3）水文地质试验:钻孔压水试验（裂隙岩体）、 抽水试验（中、强富水性含水层）、注水试验（干、 松散透水层）、岩溶裂隙连通试验等 4）改善土、石性能的试验:为地基改良和加固处 理提供依据，如：灌浆试验、桩基试验等
自钻式旁压试验EF-5050
梅纳旁压仪
预 钻 式 旁 压 仪
旁压试验
旁压试验成果的应用
（1）划分土类；
（2）估算土的强度参数；
（3）估算土的变形参数；
（4）评定地基土的承载力； （5）估算土的侧向基床反力系数Km。
6.扁铲侧胀试验（DMT）
扁铲侧胀试验(简称扁胀试 验)是用静力(有时也用锤击动 力)把一扁铲形探头贯入土中， 达到试验深度后，利用气压使 扁铲侧面的圆形钢膜向外扩张 进行试验，测量膜片刚好与板 面齐平时的压力和移动1.10 mm 时的压力；然后减少压力，测 的膜片刚好恢复到与板面齐平 时的压力；这三个压力，经过
①基本原理
刚性承压板法是通过刚性承压板(其弹性模量大于岩体一个 数量级以上)对半无限空间岩体表面施加压力并量测各级压力下 岩体的变形；按弹性理论公式计算岩体变形参数的方法。该方 法视岩体为均质、连续、各向同性的半无限弹性体；根据布辛 湟斯克公式，刚性承压板下各点的垂直变形(W)可表示为：
十字板剪切仪
十字板剪切实验
十字板剪切试验成果的应用
（1）计算地基承载力；
（2）估算单桩极限承载力；
（3）分析斜坡稳定性；
（4）检验地基加固改良的效果。
5.旁压试验（PMT、SBPMT）
通过旁压器在竖直的孔内
加压，使旁压膜膨胀，并由旁
压膜（或护套）将压力传给周 围土体(或软岩)，使土体产生 变形直至破坏，并通过量测装 臵测得施加的压力与岩土体径 向变形的关系，从而估算地基 土的强度、变形等岩土工程参
（1）确定地基土承载力；
（2）计算变形模量；
2.静力触探试验(cone penetration test)（CPT）
用静力将一个内部装 有阻力传感器的圆锥形探 头均匀压入土中，测定土 层对探头的贯入阻力，以 此来间接判断分析地基土 的物理力学性质。
单桥探头：可测总贯入阻力 可分为双桥探头：可分别测出锥尖阻力和侧壁摩阻力 孔压探头：可测孔隙水压力
1）岩体变形试验
岩体变形参数测试方法有静力法和动力法两种。 静力法的基本原理是：在选定的岩体表面、槽壁或钻 孔壁面上施加一定的荷载，并测定其变形；然后绘制 出压力-变形曲线，计算岩体的变形参数。据其方法不 同，静力法又可分为承压板法、狭缝法、钻孔变形法 及水压法等。动力法是用人工方法对岩体发射或激发 弹性波，并测定弹性波在岩体中的传播速度，然后通 过一定的关系式求岩体的变形参数。据弹性波的激发 方式不同，又分为声波法和地震法。
荷载试验 静力触探试验 土体力学性质试验 动力触探试验 十字板剪切试验 旁压试验 岩体强度试验 岩体变形试验 岩体力学性质试验 岩体原位应力测试 岩体现场简易测试
1.载荷试验
(Loading test) 在一定面积的承压 板上向地基逐级施加 荷载，并观测每级荷 载下地基变形特性， 从而评定地基的承载 力，计算地基的变形 模量并预测基础的沉 降量。
岩体原位测试的最大优点是对岩体扰动小，尽可能 地保持了岩体的天然结构和环境状态，使测出的岩体力 学参数直观、准确；其缺点是试验设备笨重、操作复杂、 工期长、费用高。另外，原位测试的试件与工程岩体相 比，其尺寸还是小得多，所测参数也只能代表一定范围 内的岩体力学性质。因此，要取得整个工程岩体的力学 参数，必须有一定数量试件的试验数据用统计方法求得。
3.动力触探试验(dynamic sounding)
1）圆锥动力触探试验（DPT） 2）标准贯入试验（SPT） 其共同点是利用一定的锤击动能，将一 定规格的探头打入土中，根据每打入土中 一定深度所需的能量来判定土的性质，并 对土进行分层。
PANDA2便携式可变能量动力触探仪 圆 锥 动 力 触 探 动力触探仪
（三）原位测试（野外试验）
实验室一般使用小尺寸试样，不能完全确切地反映天然状 态下的岩土性质，特别是对难于采取原状结构样品的岩土体。 因而有必要在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学 性质及其他指标，以弥补实验室测试的不足。野外试验亦称现 场试验、就地试验、原位测试。许多试验方法是随着对岩土体 的深入研究而发展起来的。 土体原位测试是指在岩土工程勘察现场，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测技术。它是一项自成 体系的试验科学，在各种工程勘察中占有重要位臵。这是因为 它与钻探、取样、室内试验的传统方法比较起来，具有下列明 显优点：(1)可在拟建工程场地进行测试，毋需取样，避免了 因钻探取样所带来的一系列困难和问题，如原状样扰动问题等； (2)原位测试所涉及的土尺寸较室内试验样品要大得多，因而 更能反映土的宏观结构如裂隙等对土的性质的影响。
(1)土层剖面测试法。它主要包括静力触探、动力 触探、扁铲松胀仪试验及波速法等。土层剖面测试法 具有可连续进行、快速经济的优点。 (2)专门测试法。它主要包括载荷试验、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。
扁铲侧胀试验成果的应用
（1）划分土类；
（2）计算静止侧压力系数；
（3）确定黏性土的应力历史；
（4）确定土的变形参数。
7.波速测试（WVT）
现场波速测试的基本原理，是利 用弹性波在介质中的传播速度与介质 的动弹模量、动剪切模量、动泊松比 及密度等的理论关系，从测定的传播 速度入手求取土的动弹性参数。 在地基土振动问题中弹性波有体 波和面波。体波分纵波(P波)和横波 (S波)；面波分为瑞利波(R波)和勒夫 波(Q波)。在岩土工程勘察中主要利 用的是直达波的横波速度。所以测定 波速前，先要钻探成孔。 波速测试适用于测定各类岩土体 的压缩波、剪切波或瑞利波的波速。
（1）承压板法 承压板法又分为刚性承压板法和柔性承压板 法，我国多采用刚性承压板法。该方法的优点是 简便、直观，能较好地模拟建筑物基础的受力状 态和变形特征。除常规的承压板法外，还有一种 承压板下中心孔变形测试的方法，即在承压板下 试体中心打一测量孔，采用多点位移计测定岩体 不同深度处的变形值。此外，国际岩石力学学会 测试委员会还推荐了一种现场孔底承压板法变形 试验。
优点： 1.可测定难以取样的 岩土体的性质。 2.影响范围大，因而 更具代表性。 3.可连续进行，因而 可得到完整的地层剖面。 4.快速、经济，能大 大缩短勘察周期。
缺点： 1.难以控制边界条 件。 2.费工费时，成本 高。 3.所测参数和岩土 工程性质之间关系建 立在大量统计的经验 关系之上。
土体原位测试方法很多，可以归纳为下列两 类：
载荷试验可适用于各种地基土。其按试 验深度分为浅层和深层；按承压板形状分 为平板（圆形、方形）和螺旋板按载荷性 质分为静力和动力；按用途分为一般载荷 和桩载荷。 1）平板载荷试验（PLT）
2）螺旋板载荷试验（SPLT）
平板载荷试验仪
单桩竖向抗压静载荷试验 最新堆载工艺--葛洲坝集团试验
载荷试验成果的应用
岩体原位测试一般应遵循以下程序进行：
(1)试验方案制订和试验大纲编写。这是岩体原位 试验工作中最重要的一环。其基本原则是尽量使试 验条件符合工程岩体的实际情况。因此，应在充分 了解岩体工程地质特征及工程设计要求的基础上， 根据国家有关规范、规程和标准要求制订试验方案 和编写试验大纲。试验大纲应对岩体力学试验项目、 组数、试验点布臵、试件数量、尺寸、制备要求及 试验内容、要求、步骤和资料整理方法作出具体规 定，以作为整个试验工作中贯彻执行的技术规程。
RSM-SW波速测试仪 （剪切波波速测试仪）
波速测试成果的应用
（1）计算确定地基土小应变的动 弹性参数剪切模量、弹性模量、泊 松比、动刚度；
（2）判别砂土或粉土地震液化。
8.岩体原位测试
概 述
岩体原位测试是在现场制备试件模拟工程作用对岩 体施加外荷载，进而求取岩体力学参数的试验方法，是 地质灾害防治工程勘察的重要手段之一。
Hale Waihona Puke 圆锥动力触探试验成果的应用
（1）评价碎石土密度；
（2）确定地基土承载力；
（3）确定变形模量；
（4）确定单桩承载力；
2）标准贯入试验 （SPT）
设备主要是由贯入器、 贯入探杆和穿心锤三部分 组 成 的 , 锤重 63.5kg，在 76cm的自由落距下，通过 圆筒型的贯入器，贯入土 层 15cm ， 再 打 入 30cm 深 度，以后30cm的锤击数称 为标贯击数，用N63.5 来表 示，一般写作N。
扁铲侧胀试验仪EP-0941 扁 铲 侧 胀 试 验 仪
刚度校正和零点校正后，分别以p0、p1、p2表示。根据 试验成果可获得土体的力学参数，它可以作为一种特 殊的旁压试验。 它的优点在于简单、快速、重复性好和便宜，故 在国外近年发展很快。 扁胀试验最适用于在软弱、松散土中进行，随着 土的坚硬程度或密实度的增加，适应性渐差。当使用 加强型膜片时，也可应用于密实的砂土。因而其适用 范围是一般黏性土、粉土、中密以下砂土、黄土等， 不适用于含碎石的土、风化岩等。
数的一种原位试验方法。
旁压试验适用于黏性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、 极软岩和软岩等。
旁压试验按将旁压器设臵土中的方式可分 为预钻式旁压试验（PMT）、自钻式旁压试验 （SBPMT）和压入式旁压试验。 预钻式旁压试验（PMT）是在土中预先钻一 竖向钻孔，再将旁压器下入孔内试验标高处进 行旁压试验；自钻式旁压试验（SBPMT）是在旁 压器下端组装旋转切削钻头和环形刃具，用静 压方式将其压入土中，同时用钻头将进入刃具 的土破碎，并用泥浆将碎土冲带到地面，钻到 预定试验位臵后，由旁压器进行旁压试验。