4土体原位测试

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4、为施工（基坑开挖、地基处理）提供可靠的数据。
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二、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
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②确定地基土的变形模量
土的变形模量应根据p-s 曲线的初始直线段，可按均质 各向同性半无限弹性介质的弹性理论计算。 浅层平板载荷试验的变形模量E0(MPa) 可按下式计算：
pd E 0 I 0 (1 ) s
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深层平板载荷试验和螺旋板载荷试验的变形模量 E0(MPa)，可按下式计算：
三、野外试验的新进展
近年来我国岩土工程原位测试与现场监控技术有长足进步， 在长期实践过程中，在测试仪器和方法，理论分析，成果应用 等积累了丰富的经验。 主要发展如下：
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1、土体原位测试中，旁压试验仪器的改进，静力触探技术的 发展。 2、岩体变形试验中，采用大面积（d=1.0m）中心孔柔性承压 板法和钻孔弹模计（可测100m厚度内岩体变形）。 3、岩体剪切试验中，发展了现场三轴试验技术。研究岩体三 维状态下的变形、破坏机制及强度特征，并相应发展了三维数值 模拟与物理模型相结合进行岩体强度预测。
验承压板的面积不宜小于0.07m2)。 (2)为了保持测试时地基土的天然湿度与原状结构，应做到以下几点：
①测试之前，应在坑底预留20-30cm厚的原土层，待测试将开始时再挖 去，并立即放入载荷板。
②对软粘土或饱和的松散砂，在承压板周围应预留20-30cm厚的原土作 为保护层。
③在试坑底板标高低于地下水位时，应先将水位降至坑底标高以下， 并在坑底铺设2cm厚的砂垫层，再放下承压板等，待水位恢复后进行试验。
缺点：(1) 对测试机理及应用的研究都有待于进一步深入。
五、土体原位测试技术的种类
土体原位测试可以归纳为下列两类：
(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。
(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。 2013-8-1 5
地基土特征值取p0或pu/2
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②当曲线无明显直线段及转折点时(一般为中、高压缩 性土)，可用下述方法确定比例界限： A.在某一级荷载压力下，其沉降增量ΔSn超过前一级 荷载压力下的沉降增量ΔSn-1的两倍(即ΔSn≥2ΔSn-1)的点所 对应的压力，即为比例界限。 B.绘制lgp－lgS(或p－Δp/ΔS)曲线，曲线上的转折点 所对应的压力即为比例界限。其中Δp为荷载增量，ΔS为 相应的沉降增量。 比例界限压力点和极限压力点把p－S曲线分为三段， 反映了地基土在逐级受压至破坏的三个变形(直线变形、 塑性变形、整体剪切破坏)阶段。 比例界限点前的直线变形段，地基土主要产生压密变 形，地基处于稳定状态。
• •
• •
分级维持荷载沉降非稳定法（即快速法） 分级加荷与慢速法相同，但每加一级荷载按时 间间隔15min观测一次沉降，每级荷载维持2h， 不必等待沉降达稳定标准，即施加下一级荷载。 最后一级荷载观测沉降达稳定标准或仍维持2h。 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 降相应所施加的荷载，直至试验达破坏状态。
pd E0 s
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式中 Io---刚性承压板的形状系数圆形承压板取0.785 方形承压板取0.886 μ---土的泊松比(碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉质粘土 取0.38，粘土取0.42)； d－－承压板直径或边长(m)； p－－p-s 曲线线性段的压力(kPa)； s－与p 对应的沉降(mm)； ω－－与试验深度和土类有关的系数，可按下表 选用。
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(2)成果应用
①确定地基土的承载力 A.第一拐点法 当p—s关系曲线有较明显的直线段时，一般就用这直线段的 拐点所对应的压力即比例界限Po值，作为地基土的承载力。 在软粘土中p—s关系曲线拐点常不明显，则可用lgp—lgs关 系曲线、或用p—Δs∕Δp关系曲线和p—Δs∕Δt关系曲线找到拐点。 特别是在双对数纸上，用lgp—lgs关系作图。 B.相对沉降控制法 当p—s关系曲线无明显拐点，呈缓和曲线型时，还可以用相 对沉降s∕b(s为承压板稳定沉降值，b为承压板连长或直径)来控制 。一般控制s∕b=0.02，取相应于这一点的压力p0.02作为地基承载 力。对软粘土地基采用s∕b=0.01~0.015较为恰当。
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(3) 安装设备 ①安装承压板前应整平试坑底面，铺设1~2cm厚的中砂垫 层，以保证承压板与试验面平整均匀接触。 ②安装千斤顶、载荷台架或反力构架。 ③安装沉降观测装置。其支架固定点应设在不受土体变形 影响的位置上，沉降观测点应对称放置。 (4) 加荷(压) 载荷试验加荷方式应采用分级维持荷载沉降相对稳定法 (常规慢速法)；测试的第一级荷载，应将设备的重量计入，且 宜接近所卸除土的自重(相应的沉降量不计)。以后每级荷载增 量，一般取预估测试土层极限压力的1/8-1/10，并不应少于8 级。当不宜预估其极限压力时，对较松软的土，每级荷载增量 可采用10-25kPa；对较坚硬的土，采用50kPa；对硬土及软质 岩石，采用100kPa。
承压板的沉降可采用百分表或电测位移计量测， 10min、15min、 15min 测读一次沉降，以后间隔30min 测读一次沉降，当连读两 小时每小时沉降量小于等于0.1mm 时，可认为沉降已达相对稳 定标准，施加下一级荷载 .
每级荷载下的观测时间，对软粘土不应少于24h；对一般粘 性土不少于8h；对坚硬的土（如老粘土、密实砂土、碎石土） 不少于4h。 (6)当出现下列情况之一时，可终止试验： 1) 承压板周边的土出现明显侧向挤出，周边岩土出现明显 隆起或径向裂缝持续发展； 2) 本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍，荷载与沉 降曲线出现明显陡降； 3) 在某级荷载下24 小时沉降速率不能达到相对稳定标准； 2013-8-1 15 4) 总沉降量与承压板直径(或宽度)之比超过0.06。
四、土体原位测试(In-site test of soils)的优缺点
优点：(1) 可在拟建工程场地进行测试，避免了原状样扰动。 (2) 涉及土的尺寸较室内试验样品大，更能反映土的 宏观结构(如裂隙等)对土的性质的影响。 (2) 由于现场土体边界条件不易控制及其复杂性，使 所测成果和数据与土的工程性质指标的关系，仍是建立在大 量统计上的经验关系。
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荷载增量参考值
试验土层
荷载增量（kPa）
淤泥、流塑粘性土、松散粉细砂 软塑粘性土、稍密粉细砂、新黄土 可塑—硬塑粘性土、中密粉细砂、黄土 坚硬粘性土、密实粉细砂、中粗砂 碎石土、软岩、风化岩
≤15 15~25 25~50 50~100 100~200
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(5) 观测每级荷载下的沉降
土名 状态 s/d或s/b 2013-8-1 流塑 0.020 粘 性 软塑 0.016 可塑 0.014 土 硬塑 0.012 坚硬 0.010 稍密 0.020 粉 土 中密 0.015 密实 0.010 松散 0.020 砂 土 稍密 0.016 中密 0.012 密实 0.008 19
• C.极限荷载法（第二拐点法） • 用p—s关系曲线、或lgp—lgs曲线、p— Δs∕Δp、p—Δs∕Δt等关系曲线的第二个拐点 对应的荷载确定为极限荷载 pj，应以pj除ຫໍສະໝຸດ Baidu 安全系数K作为地基承载力。 • 在p—s关系曲线取s∕b=0.06时对应的压力， 即p0.06为极限荷载。
③基准基床系数Kv 根据承压板边长为30cm的平板载荷试验，按下列计算：
p KV s
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岩土工程勘察
第四章 土体原位测试
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第四章
４.１ 概 述
土体原位测试
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。
一、野外试验的目的
1、在岩土体处于天然状态下，利用原地切割的较大尺寸的试 件进行各种测试取得可靠的岩土体物理、力学、水理性质指标。 2、对于某些因无法采取原状样品进行室内实验的岩土体的 测试。如：裂隙化岩石、液态粘性土（低液限粘土、淤泥）、砂 砾。 3、完成或实现室内无法测定的实验内容。如：地下洞室围 岩应力、岩体裂隙的连通性、透水性、含水层的渗透性等。
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。 如：地下洞室开挖
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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
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4.2.2 试验要点
(1)载荷试验一般在方形试坑中进行，试验点数不宜少于3个；
试坑底的宽度应不小于承压板宽度(或直径)的3倍，以消除侧向土自重引起 的超载影响，使其达到或接近地基的半空间平面问题边界条件的要求。试 坑应布置在有代表性地点，承压板底面应放置在基础底面标高处(土的浅层 平板载荷试验承压板面积不应小于0.25m2，对软土和粒径较大的填土不应 小于0.5m2；土的深层平板载荷试验承压板面积宜选用0.5m2；岩石载荷试
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P~S曲线三个阶段：
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4.2.1 静力载荷试验的仪器设备及试验要点
一、仪器设备
载荷试验的设备由承压板、加荷装置及沉降观测装置等部件组合 而成。
1承压板
有现场砌置和预制两种，一般为预制厚钢板(或硬木板)。
2加荷装置
加荷装置包括压力源、载荷台架或反力构架。加荷方式可分为两 种，即重物加荷和油压千斤顶反力加荷。
4.2 静力载荷试验( loading test)
主要优点：是对地基土不产生扰动，利用其成果确定的地 基承载力最可靠、最有代表性，可直接用于工程设计。
浅层 按试验深度分为 • • • •
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深层 载荷试验分类
平板
按承压板形状分为 螺旋板
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基本原理：
平板静力载荷试验 (PLT)，简称载荷试验 （Plate loading test) 。 其方法是在保持地 基土的天然状态下，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。 测试所反映的是承 压板以下大约1.5-2倍 承压板宽的深度内土层 的应力—应变—时间关 系的综合性状。
3沉降观测装置
沉降观测仪表有百分表、沉降传感器或水准仪等。
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几种常用的静力荷载试验加压装置 1.承压板；2.千斤顶；3.木；4.钢梁；5.钢锭；6.百分 表；7.地锚；8.桁架；9.立柱; 10.分力帽；11.拉杆；12.载 2013-8-1 荷台13.混凝土平板；14.侧点
4、岩体应力测试技术，在测试元件和套钻技术（应力解除法） 有很多发展。水电部门进行了声发射法（刻槽）和应力解除法的 对比研究，取得进展。 声波法可用于测定岩体历史上受过最大地应力值，而应力解 除法是测定现存应力值。
5、钻孔压水实验方法，由原来的前苏联压水试验体系向国际 通用压水试验方法改进，采用Lugeon（刘让或吕荣）单位体制。 此外，还研究了一些特殊的压水试验方法，如：多孔压水试验、 2013-8-1 4 压气试验等。
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4.2.3静力载荷试验成果整理及其应用 (1)绘制压力-沉降量关系曲线和各级荷载下沉降(s)与时间(t) 或时间对数(lgt)曲线。 • p－S曲线特征值的确定及应用
①当p－S曲线具有明显的直线段
及转折点时，一般将直线段的终 点(转折点)所对应的压力(p0)定为 比例界限值，将曲线陡降段的渐 近线和表示压力的横轴的交点定 为极限界限值（pu)