第9章-工程地质原位测试

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确定地基承载力
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估算单桩承载力 见经验关系式。
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9.5 十字板剪切试验(VST)
将十字板头压入被测土层中，施加一定的扭转力矩， 将土体剪坏，测定土体对抵抗扭剪的最大力矩，通过换算 得到土体的抗剪强度值。
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1 试验目的与适用条件 目的：
测定原位应力条件下软粘土的不排水抗剪强度 Cu、估算软粘性土的灵敏度。
现场原位测试：在岩土层原来所处的位置基本 保持的天然结构、天然含水量以及天然应力状态下， 测定岩土的工程力学性质指标。
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原位测试优点：可以测定难于取得不扰动 样的有关工程力学性质；可避免取样过程中应 力释放的影响；影响范围大，代表性强。
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目前常用原位测试方法主要有： 静力载荷试验(CPT)； 静力触探试验 (DPT)； 标准贯入试验(SPT)； 十字板剪切 试验(VST)；旁压试验；现场大型直剪试验； 地基土动力特性试验(波速测试) 等 。
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适用条件： 砂土、粉土和一般粘性土，最适用
N=2~50击的土层。
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2 试验装置 标准贯入试验的仪器设
备主要由触探头、触探杆及 穿心锤三部分组成。
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标准贯入试验优点： 操作筒便，设备简单，土层的适应性广，而 且通过贯入器可以采取扰动土样，对它进行直接 鉴别描述和有关的室内土工试验，如取砂土做颗 粒分析试验。 该试验特别对难以取样的砂土和粉土的工程 性质的评定具有独特意义。
选择哪种现场原位测试试验方法应根据建筑 类型、岩土条件、设计要求、地区经验和测试方 法的适用性等因素综合选用。
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9.1 静力载荷试验(CPT)
静力载荷试验： 在拟建场地上挖至设计的基础深度的平整坑 底，放置一定规格的方形或圆形承压板，在其上 逐级加荷载，测定相应荷载作用下地基土的稳定 沉降量，分析研究地基土的强度与变形特性，求 得地基土容许承载力与变形模量等力学数据。
适用条件： 十字板剪切试验适用于灵敏度不大于10，固结
系数不大于100m2/年的均质饱和软粘土。
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2 试验装置 主要由十字板头、测力
装置（钢环、百分表等）和 施力传力装置（轴杆、转盘、 导轮等）三部分组成。
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（3）试验资料处理及成果应用
（a）测定软粘土的不排水抗剪强度Cuf；
C fv
2M max
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9.4 标准贯入试验(SPT)
标准贯入试验是利用规定 重量的穿心锤，从恒定高度上 自由落下，将一定规格的探头 打人士中，根据打人的难易程 度判别土的性质。
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所不同的是其触探头不是圆锥形探头，而是标准 规格的圆筒形探头(由两个半圆管合成的取土器)，称 为贯入器。
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1 试验目的与适用条件 目的： (a) 根据标准贯入击数N，利用地区经验，对砂土 的密实度和粉土、粘性土的状态、土的强度参数、 变形模量、地基承载力等作出评价。 (b) 估算单桩极限承载力和判定沉桩可能性。 (c) 判定饱和粉砂、砂质粉土的地震液化可能性及 液化等级。
(b) 定量评价：确定砂土层孔隙比、相对密实度、 粉土和粘性土的状态、土的强度和变形参数、评定地 基土的承载力或单桩承载力。
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适用条件： 适用于强风化、全风化的硬质岩石、各种
软质岩石及各类土。
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2 试验装置 主要由探头和落锤两部分组成，可分为轻型、
重型及超重型三类。
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（3）试验资料处理及成果应用
b)用P—S、lgp—lgs、S—lgp、p—△S/△P、P—△S／ △t等曲线确定的第二拐点所对应的荷载为极限荷载Pu；
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c)当载荷试验未做到破坏荷载，则可用外插作 图法确定其极限荷载。
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(2) 确定地基土的变形模量E。
不同埋深的载荷试验，计算地基土变形模量的 方法不同（圆和方承压板）：
① 埋深为零时 对于埋深为零的常规载荷试验， 地基土的变形模量Eo可按下式计算：
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（4）试验资料处理及成果应用 根据试验结果绘制比贯入阻力-深度关系曲线、
锥尖阻力-深度关系曲线、侧壁摩阻力-深度关系曲 线和摩阻比-深度关系曲线。
由静力触探成果可划分土层界线、评定地基土 的强度参数、评定土的变形参数、评定地基土的承 载力、预估单桩承载力及判定饱和砂土和粉土的液 化。
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并具有连续贯入的特性。对难以取样的砂土、粉土、 碎石类土等，对静力触探难以贯入的土层，动力触 探是十分有效的原位测试手段。
圆锥动力触探的缺点: 不能采样对土进行直接鉴别描述，试验误差稍
大，再现性差。
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1 试验目的与适用条件
试验目的： (a) 定性评价：评定场地土层的均匀性；查明土
洞、滑动面和软硬土层界面；确定软弱土层或坚硬土 层的分布；检验评估地基土加固与改良的效果。
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9.3 圆锥动力触探(DPT)
利用锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，根 据打人土中的阻抗大小判别土层的变化，对土层进行力学 分层，并确定土层的物理力学性质，对地基土作出工程地 质评价。 通常以打入土中一定距离所需的锤击数来表示 土的阻力。
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圆锥动力触探的优点: 设备简单、操作方便、工效较高、适应性广，
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（2）试验装置静力触探试验主要设备
为静力触探仪，其 由贯人装置（包括反力 装置）、传动系统和量 测系统三部分组成。
常用的静力触探探 头分为单桥探头和双桥 探头。
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(1) 单桥探头：是我国特有的一种探头型式，只能测量 总贯入阻力ps（p/A)一个参数，分辨率(精度)较低。
(2) 双桥探头：它是一种将锥 头与摩擦筒分开，可以同时 测量锥头阻力qc(Qc/A)和侧 壁摩阻力fs(Pf/F)两个参数的 探头，分辨率较高。
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9.1.4 试验资料处理及成果应用
1. 试验资料处理 根据实测结果绘制荷载与
沉降(p~s)关系曲线，通过分 析试验曲线即可确定地基承载 力、地基土的变形模量、估算 地基土的不排水抗剪强度、估 算地地基土基床反力系数。
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2. 成果应用 (1) 确定地基土的承载力
由载荷试验P—S曲线确定地基土承载力，可按P—S 曲线的线型可分别采用拐点法、相对沉降法和极限荷载 法等。
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② 相对沉降法
在p—s曲线上取s／b一定比值所 对应的荷载为地基土的容许承载力：
若承压板面积为0.25-0.50m2
1)对一般粘性土、粉土等中、高
压缩性土宜采用s／b=0.02对应的压 力为容许承载力；
2）对砂土等低压缩性来自百度文库宜采用
s／b=0.01~0.015对应的压力为地基 土的容许承载力。
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① 拐点法(强度控制法） 取第一拐点P0(比例界限点)
所对应的荷载为地基土的承载力 基本值。
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当P—S曲线上拐点不太明显时，用下述方法加以确定：
1)在某一级荷载下，其沉降增量超过前一级荷载下沉降
增量的两倍，即
的点所对应的压力即为比
例界限压力或临塑压力p0； 2)利用lgp—lgs和p—△s/△p等辅助曲线来确定拐点。
静力触探试验指通过一 定的机械装置，将某种规格 的金属探头用静力压入土层 中，同时用传感器或直接量 测仪表测试土层对触探头的 贯入阻力，以此来判断、分 析、确定地基土的物理力学 性质。
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（1）试验目的与适用条件
目的：主要用于划分土层、估算地基土的物理力 学指标参数、评定地基土的承载力、估算单桩承载 力及判定砂土地基的液化等级等。 适用条件：适用于粘性土、粉土和砂土，
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3 试验资料处理及成果应用 试验成果有标贯击数N与深度的关系曲线、标
贯孔工程地质柱状剖面图。 成果应用由标贯成果可:
判定饱和砂土的地震液化可能性及液化等级; 评定砂土的密实度和相对密度等;
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判定饱和砂土的地震液化可能性及液化等级
当饱和砂土或饱和粉土实测标准贯入锤击数 No值小于下式确定的临界值时，则应判别为可液 化土，否则为不液化土。
③ 极限荷载法
a）比例界限P0与极限荷载Pu接近时，将Pu除以安全 系数Fs(Fs=2~3)作为地基土的容许承载力；
b）当比例界限P0与极限荷载Pu相差较远时，可按下 式确定地基土承载力标准值。
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④ 确定极限荷载的方法有：
a)当载荷试验加荷至破坏荷载，则取破坏荷载的前一级 荷载为极限荷载Pu：
第 6 章 复习思考题
1 风化作用类型、影响因素有哪些？如何防治？ 2 根据岩石的风化程度可将岩石分为哪几类？ 3 河谷的要素、河流地质作用概念、分类与主要内容。 4 滑坡的概念、分类、发育过程、影响因素与治理。 5 崩塌的概念与治理。 6 泥石流的概念、分类、形成条件与防治措施。
7 岩溶与土洞的概念、工程地质问题与防治措施。 8 地震概念与地震的成因分类。 9 震级和烈度概念与关系。 10 地震效应有哪些？
施加荷载试验时，总加荷量约为设计荷载的2倍； 荷载按预估极限荷载的1/8~1/10分级施加，每级荷载 稳定的标准为连续2小时内，每小时的沉降增量不大于 0.1mm。 试验应做到破坏，破坏的标志是：承压板周围土有明 显的侧向挤出，或同一级荷载下，24小时内沉降不稳，呈 加速发展的趋势。达到破坏时应停止加荷。
E0
(1
2)
B
4
p0 s0
E0
(1
2)
Ap0 bs0
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② 有一定埋深时（有超载时）
当载荷试验有一定埋深时，相当于地表有超载存 在。此时，地基承载力将明显提高。在这种情况下， 可先按上式计算变形模量Eo，再乘以小于1的修正系数 k，即为有超载时的变形模量Eo。k可查图表得。
E0
k
E' 0
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9.2 静力触探试验(DPT)
a.承压板 b.加荷设备(油压千斤顶)
（2）反力系统 a.堆载 b.地锚与锚桩 c.联合反力方式
（3）观测系统 a.百分表 b.基准梁 (位置，刚度，数量)
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静荷载试验现场
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大吨位静载试验 （锚桩）现场
14
平板载荷试验示意图
静荷载试验（堆载）现场 15
9.1.3 试验要求或方法
将试坑挖到基础的持力层位置，用1~2cm中粗砂找平， 放上承压板；
第9章 工程地质原位测试
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主要内容
下列常用原位测试方法试验目的、适用 条件、试验资料处理解释方法及成果应用：
静力载荷试验、静力触探试验、 圆锥 动力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、 旁压试验、波速测试、现场大型直剪试验.
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9.0 概 述
工程地质勘察中的试验有室内土工试验和现场 原位测试。通过试验可以取得土和岩石的物理力学 性质指标及地下水等性质指标，以设计时采用。
D2 H
D
3
(Cu ) f (Cu ) fv
单桥只能测得总贯入阻力，而双桥则能同时测得侧壁 阻力fs和锥尖阻力Qc。
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（3）试验要求
(1)率定探头，求出地层阻力和仪表读数之间的关系， 以得到探头率定系数，一般在室内进行。 新探头或使用一个月后的探头都应及时进行率定。 (2)现场测试前应先平整场地，放平压入主机，以便使 探头与地面垂直；下好地锚，以便固定压入主机。 (3) 将电缆线穿入探杆，接通电路，调整好仪器。 (4) 边贯入，边测记，贯入速率控制在1~2cm/s。
根据试验结果绘制锤击数和锤击随深度变化的 关系曲线。
其成果主要应用： (a) 确定砂土和碎石土的密实度；
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(b) 确定地基土的承载力和变形模量；
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(c) 检验评估地基土加固与改良的效果； (d) 确定单桩承载力标准值。
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课堂作业 简述泥石流按其物质组成分类、 形成条件及防治措施。
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一般静力载荷试验分为：平板载荷试验、螺 旋板载荷试验，（深层平板载荷试验）等。
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9.1.1 试验目的和适用条件
试验目的：确定地基土承载力设计值（f）或特征值及 土的变形模量。 适用条件：各种地基土，各种复合地基，各种基础工程 (主要是桩基础—单桩，群桩)
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9.1.2 试验设备(装置) （1）加荷系统
班级 1 2 3
实验名称
矿物认识 岩石认识 矿物认识 岩石认识 矿物认识 岩石认识
上课时间
3月24日(二) 1-2节 3月31日(二) 1-2节 3月24日(二) 3-4节 3月31日(二) 3-4节 3月27日(五) 3-4节 4月3日(五) 3-4节
地点：土木楼二楼地质实验室(B1205) 指导教师：朱 鑫
Ncr N0 0.9 0.1ds dw
3
c
ds——标准贯入点深度(m)； dw——地下水位深度(m).
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评定砂土的密实度和相对密度：
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评定粘性土的状态
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评定粘性土的不排水抗剪强度指标Cu 太沙基和佩克:Cu=(6~6.5)N 日本规范: Cu=(6~10)N
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评定土的变形模量和压缩模量