载荷试验

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(2)当p-s曲线上无明显直线段时,可用下述方法确定: a.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 △sn>2△sn-1的点所对应的压力即为比例界限。 b.绘制lgp-lgs曲线,曲线上的转折点所对应的压力即为比例界限。
c.绘制p-△s/△p曲线,曲线上的转折点所对应的压力即为比例界 限。
a.当承压板面积为0.25~0.5m2时,对中高压缩性土,取s/b= 0.02所对应的荷载为承载力特征值;对砂土和低压缩性土,取s/b= 0.01~0.015所对应的荷载为承载力特征值。 b.当承压板面积为大于0.5m2时,应结合一些特殊要求综合确 定地基承载力特征值。
3.极限荷载法 a.当比例界限p0与极限荷载pu接近时(pu<2p0),将pu除以 安全系数Fs(Fs=2~3)作为地基承载力特征值。即:
(3)加载方式及沉降观测 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10~12级(不少于8级),或为临塑荷载的1/4或1/5。 对每级荷载,自加荷开始按时间间隔5min、5 min、10 min、10 min、15 min、15 min 测读一次沉降,以后间隔30 min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30 min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。 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。 c.等沉降速率法 控制承压板以一定的沉降速率沉降,测读与沉降相应的所 施加的荷载,直到试验达到破坏状态。
力传感器、百分表等。
(3)反力系统
常见的反力系统可以由重物、地锚或重物与地锚联合提供,
然后与梁架组合成稳定的反力系统。当在岩体内进行荷载试验 时,可以利用周围稳定的岩体提供所需要的反力。见图2-4。
(4)观测系统
主要指位移(沉降)量测系统,包括支撑柱、基准梁、位 移测量元件(位移传感器、百分表)及其他附件。具体的支撑 关系是:位移量测元件固定在基准梁上,基准梁架设在支撑柱 上,而支撑柱要打设在试坑内适当位置。
三、载荷试验的目的
荷载试验可用于以下目的: (1)根据荷载-沉降关系线(p-s曲线),确定地基土的承载力; p-s曲线上的比例界限压力、极限压力,可以为评定地基土的承载力 提供依据。 (2)计算土的变形模量(排水或不排水的); (3)估算地基土的不排水抗剪强度及极限填土高度; (4)确定地基土的基床反力系数。 (5)估算地基土的固结系数。
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第 四 节 试 验 资 料 整 理
试验资料整理是试验结束后最重要的一项工作,其中沉降观测 记录是最重要的原始资料,不仅记录了沉降,还记录了荷载等级和 其他与荷载试验相关的信息,如承压板形状、尺寸、荷载点试验深 度、土性等等。
一、绘制曲线
包括分级累加荷载p-s曲线(荷载-沉降曲线)、每一级荷载 下的s-t曲线。
极限荷载pu的确定方法: a.当载荷试验加载至破坏荷载,则取破坏荷载的前一级荷载为极 限荷载pu。
四、极限荷载pu的确定
第 五 节 成 果 应 用
一、地基土承载力确定
(一)应用载荷试验确定承载力特征值应符合的规定 1.当p-s曲线上有比例界限时,取该比例界限所对应的荷载值。
2.当试验满足终止加荷条件之一时,其对应的前一级荷载为极限 荷载,当该值小于对应比例极限荷载值的2倍时,取荷载极限值的 一半。 3.不能按上述两条规则确定时,可取s/b=0.01~0.05所对应的值, 但其值不应大于最大加载量的一半。
破坏阶段:即使荷载不再增加,承压板仍会不断下沉,土体内部开 始形成连续的滑动面,承压板周围土体面上各点的剪应力均达到或 超过土体的抗剪强度。
二、试验的仪器设备
平板载荷试验的常用设备包括四部分: (1)承压板 (2)加荷系统 (3)反力系统 (4)量测系统
图2-3 常见的载荷试验反力与加载布置方式
(1)承压板
f k pu / Fs
b.当比例界限p0与极限荷载pu不接近时(pu>2p0),可 按下式计算:
pu p 0 f k p0 Fs
(2)最小二乘拟合法 对于有明显直线段和拐点的p-s曲线,可以通过最小二乘法拟合出 最佳回归直线方程式。
三、比例界限p0的确定
比例界限p0的确定方法有以下几种:
(1)当p-s曲线上有较明显的直线段和拐点时,直接取直线段的终 点为比例界限压力p0,并取该比例界限压力所对应的荷载作为地基 土的承载力特征值。
(4)试验终止条件 试验结束标准:一般认为,当出现下列情况之一时,可认为地 基已达破坏阶段,可终止试验:
a.在荷载不变条件下,24小时沉降速率几乎不变或加速发展(不 能达到稳定状态);
b. 板周围出现隆起或破坏性裂缝;
c.相对沉降量s/b(承压板直径或边长)超过0.06~0.08 。
二、试验设备的安装及操作步骤
(1)试验设备的安装 a.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。 b.挖试坑:大于承压板尺寸的3倍,并挖至试验深度。 c.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。 d.加压系统的安装:以承压板为中心,从上至下在承压板上依 次安装千斤顶、测力计和分力帽,使其重心保持在一条垂直直 线上。
(1)直线变形阶段:p-s曲线为直线段(线性关系),对应于此 段的最大压力p0,称为比例界限压力(也称为临塑压力),土体以 压缩变形为主。
(2)剪切变形阶段:当压力超过p0,但小于极限压力pu时,压缩 变形所占比例逐渐减少,而剪切变形逐渐增加,p-s线由直线变为 曲线,曲线斜率逐渐增大。 (3)破坏阶段:当荷载大于极限压力pu时,即使维持荷载不变, 沉降也会急剧增大,始终达不到稳定标准。
图2-2 变形曲线三阶段及相应地基破坏情况
直线变形阶段:受荷土体中任意点产生的剪应力小于土体的抗剪强 度,土的变形主要由土中空隙的压缩引起,并随时间趋于稳定。 剪切变形阶段:土体除了竖向压缩变形之外,在承压板的边缘已有 小范围内土体承受的剪应力达到或超过了土的抗剪强度,并开始向 周围土体发展。此阶段土体的变形主要由压缩变形和土粒剪切变形 共同引起。
本章主要涉及天然地基的载荷试验。
二、荷载试验的分类
根据承压板的形式和设置深度不同,可以将试验分成三种: 1. 浅层平板载荷试验,适用于浅层地基土;
2. 深层平板载荷试验,适用于埋深大于3m和地下水位以上的地 基土;
3.螺旋板载荷试验,适用于深层地基或地下水位以下的地基土。 本章主要涉及的是浅层平板载荷试验,螺旋板载荷试验作补 充介绍。
(1)p-s曲线
图2-5
p-s关系曲线
将每一级加载下的荷载量值(p)和对应的最终沉降值(s)数据 对(p,s)绘制在坐标纸上(图2-5)。
目的就是要确定p-s曲线的特征点p0和pu ,当p-s曲线上有明显的 直线段时,以直线的终点(第一拐点)为p0,当直线段不明显时, 可变换坐标,改做lgp-lgs或p-△s/△p曲线(△s为沉降增量,△p 为荷载增量),以拐点对应的荷载为p0。见图2-6。
(3)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。
(4)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 试 验 的 基 本 原 理 及 仪 器 设 备
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 (p)-沉降(s)曲线(即p-s曲线)。典型的平板载荷试验p-s 曲线可划分为三个阶段:
图2-6 p-△s/△p关系曲线
(2)s-t曲线 s-t曲线反映的是每一级荷载下地基土随时间的变形情况;又 可分为两种,即按p分级绘制和按p分段连续绘制,两者都需在曲 线上注明荷载等级。如图2-7:
图2-7 s-t关系曲线
二、p-s曲线的修正
(1)图解法 如果开始的一些观测点基本在一条直线上,只是不通过原点, 表明试验存在一定的系统误差。可将曲线上的各点沿s轴进行坐标 平移s0,使它通过原点即可。如图2-8: 图 2 - 8 p-s 曲 线 修 正 的 图 解 法
(2)承压板的尺寸
一般情况下承压板的形状为方形或圆形,尺寸多为0.25~0.5m2 , 在实际工程中,可根据试验岩土层状况或试验要求选用合适的面积,
可参照下面经验值选取:
a. 一般粘性土地基,常用面积为0.5 m2的圆形或方形刚性承压板; b. 碎石类土,承压板宽度应为最大碎石直径的10~20倍; c. 岩石类土,承压板面积以0.1 m2为宜; d. 为确定加固后复合地基的承载力,得用大型载荷试验,要求承 压板面积大于1m×1m。
载荷试验

第一节 概述 第二节 试验的基本原理及仪器设备
第三节 试验技术要求和步骤
第四节 试验资料整理 第五节 成果应用
第六节 螺旋板载荷试验简介
第 一 节 概 述
一、载荷试验的定义
载荷试验是一项使用最早、应用最广泛的原位试验方法,它是现 场在一定尺寸的刚性承压板上分级施加静荷载,测定承压板下应力 主要影响范围内的天然地基、单桩或复合地基岩土的承载力和变形 特性。
e.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。
f.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。
(2)操作步骤 对于每一级荷载,其操作步骤均可分为4步: a.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。 b.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。 c.沉降观测:按照试验沉降观测技术要求进行读数。 d.试验记录:在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。
图2-4 坚硬岩土体内载荷试验反力系统示意图
第 三 节 试 验 技 术 要 求 和 步 骤
一、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)试坑的要求
一般要求荷载施加在半无限空间的表面,即埋设深度为零。但一 般都是在开挖基坑底部进行试验,这时要求基坑宽度应大于承压板
宽度或直径的3倍。
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。
承压板的功能类似于建筑物的基础,所施加的荷载通过承压板 传递给地基土。 (2)加荷系统 一般可分为千斤顶加载装置和重物加载装置。 重物加载装置是将已知重量的钢锭、混凝土块等按试验加载计 划依次放在加载平台上,达到对地基土分级加载的目的。(不需
要反力装置支撑)。
千斤顶加载方式需要反力装置配合,一般采用油压式。加载方式 又由以下部件组成:主机、千斤顶、位移传感器、加载油泵、压
4.同一土层参加统计的试验点不应少于三点,当试验实测值的极 差不超过平均值的30%时,取此平均值作为该土层的地基承载力特 征值fak。
(二)具体确定方法
1.强度控制法(又称为拐点法、比例界限法) 此法是指以比例界限压力p0作为地基土承载力。适用于硬塑~坚 硬的粘性土、粉土、砂土和碎石土。 2.相对沉降法 根据沉降量和承压板直径(或边长)的比值(s/b)确定承载力特 征值:
四、荷载试验的适用条件
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。
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