土体原位测试指导书

土体原位测试指导书
孟高头
中国地质大学工程学院
二OO四年春
前言
土体原位测试方法是培养学生动手能力，并将其应用于工程勘察生产实践的不可缺少的步骤，它可为建筑物地基设计和施工提供不可缺少的依据和参数。

本书在编写过程中，根据生产实践和多年的教学与科研经验，丰富和完善了本原位测试方法，可供岩土工程、工程地质、工民建、地质工程、环境地质等专业的学生学习之用，也可供有关教学与生产人员参考与实践。

读者在使用本指导书时，应参阅《土体原位测试机理、方法及其工程应用》教材，教材中叙述得更全面详细。

读者在测试前一定要认真阅读有关章节，在测试时，认真观看老师和其它指导人员的操作，后亲自动手操作才不易产生安全问题，也不易把仪器搞坏。

由于作者水平有限，不当之处，敬请批评与指正。

编者
2004年3月
目录
一、静力触探测试（1）
二、预钻式旁压测试（4）
三、野外十字板测试（8）
测试一静力触探测试
静力触探（Static cone penetration test，简称CPT）是最常用的原位测试方法。

是将静力触探头借助机械力被压入土中，同时测记触探参数的原位测试法。

它的种类很多，有单桥、双桥、孔压静探。

为便于学生或初学者了解测试过程，采用人工记录和人工通过机械贯入法。

一、测试目的：用静力触探表求取土层的强度指标和划分土类。

二、适用范围：一般情况下适用于粘性土、粉土、砂土、有机土。

三、测试方法：双桥静力触探，人工记录法。

四、仪器设备：
1．双桥探头
2．探头率定架
3．压入装置
4．探杆
5．电缆
6．测量仪
7．地锚
五、操作步骤
1．探头率定及画出率定曲线，求出探头率定系数K；
2．安装静力触探设备；
3．将双桥探头安装到探杆上，用穿过探杆的电缆将探头和测量仪连接起来；
4．摇动手把，将探头压入地表下1m处，将测量仪调零；
5．继续贯入，每10cm间隔记录一次深度（h）、锥尖阻力（q c）和侧壁摩阻力（f s）电测值；
6．每贯入2~3m调零一次，并记录回零值；
7．贯入到预定深度停止，或反力装置失效时停止贯入；
8．起拔探杆开始时，记录回零值；
9．将探头按规定程序卸下，并擦拭探杆，装箱。

六、成果整理
1．校正原始数据 x x x ∆-'=
式中：）、、、：校正值（可分别代表u f P q x s s c ；
x '：实测值
Δx ：相应深度处零漂修正量，分正负
2．计算：x K u x K P x K f x K q u f s s s c c ====，　，　， F R (％)=(f s /q c )×100 3．画图
分别画出各触探参数）、、、（u f P q s s c 与触探深度（h ）关系曲线。

注：深度为纵坐标，向下为正，触探参数为横坐标。

七、注意事项
1．安装触探头时，应注意密封防水和正确操作，否则会导致测试失败。

所以安装时应在有经验的人的指导下进行，初学者不宜急于求成。

2．手摇压入主机使探头贯入时和接换探杆时，不可松手，以防手把弹回伤人，注意人员和仪器安全，严禁测试时玩耍打闹。

3．整个测试要善始善终，即帮助安装静探设备和测试完备时清理设备和将设备运回室内指定地点。

4．学生在试验前必须预习教材中有关内容，教师应事先指明有关章节。

如时间容许，也可分次做不同的静探测试。

八、测试记录格式
表1静力触探记录表
工程编号：探头编号：操作者：孔号：探头系数：k c= 计算者：
k f=
k u=
水位埋深：孔深：测试日期：
测试二：预钻式旁压测试
预钻式旁压测试（Prebored pressuremeter test，简称PMT）是工程勘察中常用的原位测试技术。

它是将旁压器放在预先钻好的钻孔中某一预定深度，然后加压，使旁压器横向膨胀以压缩孔壁岩土体，测出孔壁岩土体的受力与体积变化的关系曲线，从而可求出地基承载力等诸多有用指标。

它比载荷试验轻便，精度也很高。

一、测试目的：用旁压试验求地基承载力和旁压模量。

二、适用范围，适用于一般粘性土、粉土、砂土、填土，不适用于淤泥类的特软土，如配钻机钻孔和仪器的承压能力足够大，还可用于碎石土、卵砾石土，风化层及岩体。

三、测试方法：预钻式旁压测试。

四、仪器设备：
1．旁压器
2．控制箱或监测装置
3．加压装置：高压氮气瓶或高压打气筒
4．成孔工具
五、操作步骤
2．旁压率定：包括两方面，一是旁压器弹性膜约束力的率定；二是仪器综合变形率定。

画上述两种率定曲线，求出仪器综合变形校正系数，α；
2．将洁净水（凉白开水）灌入水箱，将旁压仪安装好。

3．人工预先钻孔到预定深度。

4．将旁压仪放入钻孔中。

5．打开仪器上相应阀门，记录静水压力和测管中相应水位下降值S。

6．通过调压阀分级加压，每级压力下观测3分钟，记录每分钟的测管水位下降值。

分级加压的大小标准视岩土体强度及先小后大再小的原则进行，一般应加10级压力，记录每级压力值和相应的测管水位下降值。

7．测试终止条件：
①测管水位下降值达到最大允许值，此仪器为34cm 。

②所加压力达到仪器最大额定值。

满足上述任一条件，测试必须立即终止，并卸压，否则将损坏仪器。

六、成果整理
1．数据校正
①压力校正：P=P m +P w -P i 式中，P —校正后的压力（kPa ）； P m —压力表读数（kPa ）； P w —静水压力（kPa ）；
P i —弹性膜约束力曲线上与测管水位下降值相对应的弹性膜约束力（kPa ）；
②测管水位下降值校正 S=S m -(P m +P w )α
式中，S —校正后的测管水位下降值（cm ）； Sm —实测测管水位下降观测值（cm ）； α—仪器综合变形校正系数（cm/kPa ）； 其它符号意义同前。

2．作图
以校正后P （压力）为纵坐标，水位降S 为横坐标作图。

绘制P －S 曲线时，先用直尺连直线段，再用曲线板连首曲线段和尾曲线段。

3．计算
①按下式计算地基承载力特征值f ak ： f ak =P f -P 0
式中：P f —P-S 曲线上直线段终点所对应的压力值；
P 0—岩土体原位水平应力值，也可由P －S 曲线上按一定规则求得。

②按下式计算旁压模量值E m ： S
P
S S S E f c m ∆∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛
-+
+=2)1(20μ 式中：μ—岩土体泊松比值；
S c ——与测试腔原始体积相当的测管水位下降值（cm ），PY 型旁压仪为
32.1cm 。

S 0，S f ——P －S 曲线上直线段两端点所对应的测管水位下降值（cm ）；
S
P
∆∆——P －S 曲线上直线段斜率（kPa/cm ）。

七、注意事项：
1．测试前预习教材有关章节。

2．预先钻孔应垂直，孔径比旁压器直径大2~8mm ，以4mm 为宜。

钻孔横截面应呈完整的圆形。

3．加压等级数应使P －S 曲线出现首曲线段、直线段和尾曲线段，并对曲线有所控制，每段中应有3－4个点。

4．测管水位下降不得或严禁超过35cm 。

5．测试完毕后，应排空旁压器中的水，才能上提旁压器，然后排尽控制箱中的水，以免管路锈蚀和堵塞。

八、测试记录格式
表2 弹性膜约束力校正试验记录表 弹性膜编号： 实验者：
表3仪器综合变形校正试验记录表
仪器名称：PY－3A试验者：
表4旁压试验记录表
工程名称：试验点号：试验者：
工程地点：旁压器号：计算者：
试验孔号：成孔工具：试验日期：
孔口标高（m）：试验深度(m)：地下水位深度(m)：测管水面离孔口高度（m）：旁压器中腔所受静压力（kpa）：
试验土层描述：备注：
测试三：野外十字板测试
野外十字板测试是饱和软土地区常用的工程勘察仪器，它是将用钢特制十字板头，借助机械力压入饱和软土中的预定深度，然后通过施加扭力装置旋转十字板头，以测试饱和软土的不排水抗剪强度，其精度很高，可用于工程设计。

一、测试目的
用野外十字板测试以求得饱和软土的不排水抗剪强度。

二、适用范围
一般情况下，仅适用于饱和的软土，包括淤泥类土、粉土。

三、测试方法
电测十字板法
四、仪器设备
1．静力触探—十字板两用压入主机
2．施加扭力装置
3．十字板头及其传感器
4．探杆
5．测量仪
6．地锚
五、操作步骤
1．十字板头传感器率定。

2．按照一定程序安装好十字板头及传感器，注意接头之间要拧紧防水，并将电缆线及探杆穿过施加扭力装置。

3．将压入主机安装好。

4．将施加扭力装置放在压入主机上。

5．将测量电缆接到测量仪上。

6．然后将十字板头垂直压入土中预定深度，并用卡盘卡住钻杆，记录测量仪上的读数或调零，然后摇动施加扭力装置上的手把，每转动一圈，地下的十字板头旋转一度，并记录一次测量仪上的读数，测得峰值后，再摇动6圈并记录相应读数。

7．松开钻杆夹具，用扳手或管钳快速将探杆按顺时针方向旋转3－6圈，使十字板头周围的土充分拢动后，立即拧紧钻杆夹具，然后摇动手把，重复步骤6和7。

8．完成某深度测试后，可将十字板头压入下一深度继续进行测试，重复步骤6和7。

9．终止试验，当完成预定的几点测试后，应立即逐节起拔探杆和十字板头，清洗干净，并拆除压入主机。

六、测试成果整理
1．求出传感器率定系数（参见教材208页）α；
2．绘出抗剪强度与十字板转角关系曲线，求出峰值强度，或直接从表中求出峰值；
3．计算：①按下式计算土的抗剪强度：C u =10·k·α·Ry
Re 10⋅⋅⋅='αk C u
式中
u
u C C ',－分别为原状土抗剪强度（峰值强度）和扰动土抗剪强度（扰动土峰值强度）；kPa;
K －与十字板头尺寸有关的常数，32)31(2
-∙+
=
cm H
D
H D K π
Ry,Re －分别为原状土和扰动土剪切破坏时的读数。

D 、H －分别为十字板头直径和高度（cm ）.
②按下式计算土的灵敏度S t ，
u
u
t C C S '=
七、注意事项：
1．测试前必须预习教材中野外十字板测试有关内容 2．安装仪器应在教师或测试员指导下进行，严禁野蛮操作 八、测试记录格式
表5十字板剪切测试记录表（电测式）
工程名称：水位埋深：
测验地点：十字板规格：D:50mm,H:100mm,K:0.002cm-3孔号：传感器编号：率定系数：
孔口标高：试验者：
试验深度：试验日期：。