1.静力载荷测试-螺旋板

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组成部分
加压部分:液压千斤顶、传力杆 (Φ73mm×10mm)、传力接杆、千斤顶座等; 反力装置:直径300mm大地锚4个、加长锚 接杆、横支梁、工字大梁等; 沉降观测装置:2个小地锚、表座托板、磁性 表座、机电百分表; 测压仪器:电阻应变式传感器、电阻应变仪、 数字测力仪等;
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螺旋(承压)板
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3.2 应变法
将土作为塑性体考虑,以软粘土、淤泥为主。 以相等沉降速率来控制加荷,进行连续加载, 直至土体破坏,并同时按等沉降量间隔测记压 力值。 对于砂土、中低压缩性土,沉降速率控制恒为 1~2mm/min,按每沉降1mm读取压力一 次;高压缩性土、沿海地区灵敏度高的饱和软 粘土,沉降速度一般以0.25~0.5mm/min为 宜,按每下沉0.25~0.5mm读测压力一次, 直到土层破坏。
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50 100 150 200 250 300
P( kPa)
取压力p=150kPa;对应的沉降量 s=1.12mm。
E0 = 0.785 × 0.91 × 0.16 ×
4 S( mm)
150 = 15405kPa 0.00112 ΔP = P − P0 = 150 − 70 = 80kPa C = 1 − 0.5 × 70 = 0.5625 80 E '0 = CE0 = 0.5625 × 15405 = 9127.5kPa
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3. 同济大学法
用同时量测孔隙水压力u的螺旋板载荷试验, 通过u- t 曲线下降直线段与时间平方根横轴 的交点得到特征时间t60,然后按下式计算地 基土的竖向固结系数Cv:
R2 Cv = 5.93 t60
Cv——固结系数(cm2/min); t60——完成60%固结度的固结时间(min), 可由作图法求得;
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主要内容
1. 仪器设备 2. 安装与调试 3. 测试方法 4. 资料整理 5. 成果应用
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一、螺旋板载荷测试仪器设备
1-螺旋承压板 2-测力传感器 3-传力杆 4-传力接杆 5-反力地锚 6-加长接杆 7-工字大梁 8-横支梁 9-磁性表座 10-机电百分表 11-液压千斤顶 12-千斤顶座 13-沉降支板 14-表座托板 15-小地锚
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P-S曲线特征值的确定
原位上覆压力p0:即P—S曲线初始直线 段起点,确定方法是将P-S曲线上初始 直线段延长,与P轴相交,其交点即为 p0值。 临塑压力Pf:当P-S曲线上有明显的直 线段时,一般将初始直线段终点所对应 的压力作为临塑压力Pf,即比例界限值。 极限压力Pu:将P-S曲线末端直线段起 点所对应的压力定为极限压力。
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超固结粘土
砂土、粉土
正常固结粘土
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5.3 求土的排水固结系数
1. 根据各级荷载下的螺旋板的沉降量S与
时间t值绘制S- t 曲线。由图上t90可 计算径向排水固结系数Cr。
R Cr = 0.335 t90
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式中,t90为固结度达90%时的时间(s); R为螺旋承压板的半径(cm); 挪威Janbu法
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典型的螺旋板载荷试验曲线
p0 pf pu P(kPa )
S (m m )
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五、成果应用
求地基承载力 求模量 求土的径向排水固结系数 求地基土的不排水抗剪强度
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5.1 确定地基承载力
确定地基土承载力特征值的方法与深层平板载 荷试验相同; 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; 当极限荷载的小于比例界限的荷载值的2倍 时,取极限荷载的一半; 当不能按比例界限和极限荷载确定地基土承载 力时,可取S/d=0.01~0.015所对应的荷载 值,但该值不能大于最大加载量的1/2。
70
PR 1) 由图中求得:S0=0.214mm;S70=0.528mm E = 0.84 S 100 2) 计算S100
S100=0.214+(0.528-0.214)×100÷70 =0.663mm=0.000663m 3) E=0.84×208×0.05÷0.000663=13176.4kPa 则该层土的排水变形模量为13.2MPa
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1-导线 2-测力传感器 3-钢球 4-传力顶柱 5-护套 6-螺旋形承压板
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二、安装与调试
1、室内准备 (1)螺旋板探头率定:①接好仪表, 将板头放入水中,观察其绝缘性(可放 入15m深水中观测7d);②将板头放在 率定架上,观察加载与读数的线性关 系,并写出率定报告。 (2)检查其它部件完好情况。
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3.3 测试方法的选择原则
1. 试验目的主要是评价地基土的承载力
时,可选用应力法中的快速法或应变 法; 2. 当试验目的是计算地基土的模量(变形 模量、压缩模量、固结系数)时,可选 用应力法中的慢速法。 3. 当试验目的是计算地基土的不排水抗剪 强度和不排水模量时,可采用应变法。
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3.4 终止加载条件
上的压力增量值△P,按以下的深度线 性修正系数C公式进行修正后,得原位 变形模量E`0
' E0 = CE0
C = 1 − 0.5( P0 / ΔP)
式中,C——深度修正系数; P0——试验深度处的上覆压力(kPa); ΔP——承压板上的压力增量(kPa);
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实例
试验土层为粉土,试验深 0 1 度7.00m,板的直径b= 0.16m,试验曲线如图所示。 2
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5.2 求模量
1. 当采用应变法(等沉降速率法)加荷时,可
求土的不排水变形模量Eu,公式为 ΔP Eu = kR ΔS
式中,k——沉降系数,k=0.6~0.75;系数为0.6时, 相当于螺旋板与土为完全粘结;为0.75时,相当于 两者无粘结; ΔP/ΔS——P-S曲线初始直线段的斜率; R——螺旋板半径。
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2、安装
1) 平整测试场地,择定测试孔,进行钻孔。 2) 依据测试孔位置,设计反力系统和沉降观测装置
3) 4) 5) 6)
的安装位置;然后用下锚机或人力旋下4个大地 锚和沉降支架的2个小地锚,并再安装上各自组 件; 将传力杆贯串4芯电缆,并与传感器和承压板相 连,用人力或下锚机将其旋到预定的测试深度; 调整好传力杆顶部至载荷大梁间的距离,使其恰 好能安装加压部分(千斤顶、顶头和顶座等); 在沉降支架上装上磁性表座及机电百分表。调整 机电百分表量测头与沉降支板接触的距离; 将电缆接上二次仪表,按规定预热,并调零。
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三、测试方法
应力法 沉降相对稳定法(慢速法) 沉降非稳定法(快速法) 应变法(等沉降速率法) 测试方法的选择原则
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3.1 应力法
用压力控制沉降与时间的关系。将土作 为弹性体来考虑,以较密实的有一定固 结强度的粘土和砂性土为主。按稳定时 间的不同又分为慢速法(慢速维持荷载 法、相对稳定法)和快速法。 与常规的试验方法相同。
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3.1.1 慢速法
1. 分级施加荷载,每施加一级荷载,待沉
降速率达到相对稳定后再加下一级荷 载; 2. 每级荷载增量为预估极限承载力的 1/10~1/8; 3. 每级荷载应保持稳定、准确,荷载误差 为5%左右;
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3.1.2 快速法
1. 分级施加荷载,每级荷载维持的时间相
同; 2. 每级施加的荷载增量为预估极限承载力 的1/10~1/8; 3. 每级荷载应保持稳定、准确,荷载误差 为5%左右; 4. 每级荷载维持时间可在5~120min之 间选取;
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2. 当采用相对稳定法加荷时,可求出土的
排水变形模量E,即:
PR E = 0.84 S100
式中,P和S100分别为施加的压力和固结完成后的最 终沉降量;R为螺旋板半径。
S100
100 = S0 + ( S70 − S0 ) 70
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0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 S
5 S 0 = 0 . 214mm
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螺旋板载荷试验S- t 图
0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 S X 1 . 31X t 90 5 10 √t ( min )
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2. 求土的竖向固结系数
R2 Cv = 1.6 t70
式中,t70——完成70%固结度所需时间(min); R——螺旋承压板的半径(cm);
澳大利亚Kay法
螺旋板尺寸:螺旋承压板应有足够刚 度,板头投影面积为100cm2、200cm2 和500cm2(板头直径分别为113mm、 160mm和252mm;对应的螺距分别为: 25mm、40mm和65mm),板厚为 5mm;或者螺距比一般采用1/4~ 1/5;板厚比为1/25; 根据土层选用不同的螺旋板,粘性土选 用小直径螺旋板头(常用Φ113mm)。
沉降S急剧增大,沉降-荷载关系曲线上 有可判断极限承载力的陡降段,而且沉 降量超过0.04d(d为承压板直径); 在某级荷载作用下,24小时内沉降速率 不能达到稳定; 本级沉降量大于前一级沉降量的5倍; 当持力层坚硬,沉降量很小时,最大加 载量不小于设计要求的2倍。
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四、资料整理
1. 应力法
慢速法(相对稳定法),一般应绘制荷载与沉 降量关系曲线(P-S),沉降量与时间对数关系 曲线(S—lgt)。可将同一孔内不同深度试验点 的P-S曲线绘于同一张图上,以便相互比较。 快速法(等速加荷法),一般只绘制P-S曲线。 当需要计算固结系数时,应绘制S- t 曲线。 2. 应变法 一般应绘制P-S曲线。另外为了确定极 限压力值也可绘制压力对数与沉降量与板径之 比的百分数关系曲线(lgP-S/d%),压力取 对数座标,后者采用算术座标。
由图得到p0=70kPa 查表得到粉土的1-μ²=0.91
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Hale Waihona Puke Baidu
4. 土的一维压缩模量
⎛ p⎞ Es1 = mpa ⎜ ⎟ ⎝ pa ⎠
1−η
式中,Es1——土的一维压缩模量(kPa); pa——参考压力,一般取1个大气压(100kPa); p——总压力,p=p0+Δp, Δp为压力增量, p0 为有效上覆压力; m——模量数,由载荷试验确定并与土类有关; η——应力指数,与土类有关;
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3、试验方法要点
1) 螺旋板载荷试验一般在钻孔中进行,钻孔钻进时应在
2)
3) 4) 5)
距离试验深度20~30cm处停钻,并清除孔底受压或 扰动的土层; 孔内完成一个点的测试后,再加接传力杆,将螺旋板 旋到下一测试深度。一般点距等于或大于1m,特殊需 要也不应小于0.75m。当土质均匀,层厚较大时,点 距可取2~3m,可结合静力触探资料进行设计; 螺旋板旋钻入土时,控制在每旋转一周钻进不超过一 个螺距,以减少对土的扰动; 要求螺旋板与土接触面应加工光滑,从而大大减少对 土体的扰动; 当一个测试孔预定各点的试验全部完成后,可用人力 或机械力将传力杆上拔,拉出地面。
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√t ( min ) √t 70 = 12 . 6min
S 70 = 0 . 528mm X 1 . 28X
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实例
土层为坚硬的灰色微裂隙粘土,试验深度4.5m, R=0.05m,计算排水变形模量。P=208kPa的 S -√t曲线如图所示。 100 S = S + (S − S )
100 0 70 0
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3.华东电力设计院方法
华东电力设计院采用YDL型螺旋板载荷 试验仪,分别在粉土和砂土中,按慢速 应力法试验取得的P-S曲线来计算地基 土的原位变形模量E`0,具体作法是:
1) 按浅层平板载荷试验计算变形模量的公
式求出E0:
P E0 = 0.785 (1 − μ ) b S
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2) 根据试验深度处的上覆压力P0和承压板
原位测试
螺旋板载荷测试
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概述
螺旋板载荷测试(Screw-Plate Load Test, SPLT)是由N. Janbu (1973,挪威)研制成 的,在北美和北欧应用广泛。 它是将一个螺旋形的承压板(类似于地锚), 借用机械或人力旋入地面以下预定的深度后, 通过传力杆对螺旋形承压板施加荷载,并观测 板下地基土受压后的位移(下沉量),从而获 得地基土的荷载—沉降—时间的关系曲线,通 过计算可以求得地基土不同深度处的承载力、 模量值、固结系数和软粘土的不排水抗剪强度 等设计参数。 适用于深层地基土或地下水位以下的地基土。 最大试验深度已达30m。
正常固结粘性土和极细粘土, η=0 超固结粘土, η=1 砂土和粉土, η=0.5
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模量数m
Δpd m= Ns pa S
式中, Δp——承压板上为压力增量, Δp = p -p0 ; d——承压板直径(m); S——与p对应的承压板的沉降量(m); Ns——无因次沉降系数,按p0和Δp由图查得;
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