工程地质测试与试验

十字板剪切 适于饱和粘性土
求抗剪强度、灵敏度
静力触探 不适于碎石类土 测剖面、定名、分层…
动力触探 适于砂及碎石类土 确定承载力、判液化、…
原位测试
二、载荷试验
1、原理— 模拟建筑物基础的工作状态，保持土体天然结构，
逐级加荷，观测变形特性。 2、设备— 承压板；加荷装置；观测装置。
◈ ◈承 40加◈压~5荷观板0：测m面油装m积压置：千：50斤百x顶5分0、表cm锚2式；或厚斜度撑：反力装置
达到额定荷载；反力装置失效。
原位测试
3、资料整理
⑴计算--采用电阻应变仪时，据应变量按率定曲线换算，
即：
比贯入阻力： ps K p p 锥尖阻力： qc K c c
侧摩阻力： f s K f f 孔压： U K u u
摩阻比：
FR
fs qc
• 100%
⑵触探成果图--以深度为纵坐标绘 qc ~H, fs ~H, ps ~H, FR~H, U~H的变化曲线。
原位测试
b.计算变形模量
土的变形模量指土在单轴受力、 无侧限情况下似弹性阶段的应力~ 应变之比，由P~S曲线直线段，按 弹性理论求：
E 0 =ωBI(1-μ2)p/s
B：板宽；
I：压板深度系数； ω：压板形状修正 系数；
μ：土的泊松比；
p、s：P~S曲线直 线段上任一点的压 力、沉降值。
E 0 =I0*(1-μ2)p/s*d
贯入度： e
S N
QH QH N
动贯入阻力： Rd
• Ae
• A S
⑵动探方法非标准，成果无法对比。
阵击 贯入 深度
⑶设备的贯入能力及适用性： 轻-较适于软土；超重-砾石层
原位测试
5、影响因素（续)
最佳贯入深度下限：
⑷探杆长度影响：依规范进行校正。 ☞
轻：6~10m； 重：14~25m；
⑸钻进方法（参见标贯）
f 0 0.1ps 0.032
式中：β、α-土类修正系数，查表。
原位测试
4.3 、在桩基勘查中的应用：
静探与沉桩机理相似
a.确定单桩承载力：
n
q p qd q f qc A U p si f si Li i 1
b .确定桩端持力层：
由静力触探曲线可找出锥尖阻力较高的层位； 根据阻值大小和桩基设计要求，可确定桩端持力层；
➢ 载荷试验成果应用
确定地基承载力基值、计算变形模量
➢ 动探试验的特点、原理及适用范围
➢ 标贯试验的注意事项
不适宜用于碎石类土；不能连续贯入，每0.45m需提升， 钻至预定深度，再贯入。
❖思考题：
➢ 原位测试方法的主要特点是什么？
➢ 载荷试验成果？P~S曲线对应的地基变形三 阶段和特征值意义为何？
进一步可确定桩长及桩截面尺寸、单桩数量等。
原位测试
5、影响因素分析：
探头探杆规格：锥头底面积增大，qc、fs会减小； 筒长增， qc增， fs减；筒、杆小于锥底径，阻力值 减小
贯入速率：贯入阻力随贯入速率而有所不同。 2cm/s时影响较小。
孔压探头饱和：严格饱和才能测试准确，若空气 未排尽会影响准确性。
4、成果应用
4.1 划分土层、土类判别：
⑴ 分层--
1
X
a.由曲线求参数均值：
n
Xi
不计超前、滞后段和特殊值；
⑵ 土类判别--
b.力学分层：据曲线 形状、参数值、结合 分类标准进行分层定 名；用临界深度概念 确定分层界面
以锥尖阻力qc为主，结合fs (FR)或U值予以分类 （曲线形状、参数值→分类标准）。
5、影响因素分析：
温度：电阻应变片受温度 影响产生电阻率变化，影 响测试。探头应保温，防 晒防冻。
长时间通电；地温差异； 探头贯入的摩擦热；传感 器变形的应力热；
原位测试
其他：探杆倾斜弯 曲；地层软硬变化 大，孤石、砖瓦等； 深层触探，当地层 较硬时，出现地层 “缺失”--测试深 度大于实际深度； 仪器精度和操作水 平的影响。
④加荷-分级加荷。 第一级计入设备 重，接近卸除土 重，其后为1/8极 限荷载。
原位测试
⑤观测- 间隔时间：10、10、10、
15、15、30min、…稳定标准：连
续四次沉降量，≤0.1mm/h。
↑顶
⑥终止-
b.出现以下情况可终止：
a.尽可能最终荷载达⑦地卸荷压-卸板荷周量边可土取隆每起级；加荷量的
标准贯入器结构
探杆接头 贯入器头 排水孔 贯入器身
贯入器靴
1-穿心锤 2-锤垫 3-触探杆 4-贯入器头 5-出水孔 6-贯入器身 7-贯入器靴
动力触探直方图及土层划分
静 力 触 探 试 验
静力触探应用 --划分地层剖面
静力触探应用 --划分土类
静力触探应用 --钻孔与静力触探孔联合剖面图
ｂ,曲线特征值
第一拐点pa为比例界限或临塑荷载； 第二拐点pb为极限界限值（临界荷载）。
原位测试
➢⑵成果应用-a.确定地基承载力基值
Pa Pb
P
ⅠⅡ
f0 = pa
Ⅲ
S
若pb <1.5 pa ，取f0=1/2 pb；
pa 、pb无法确定，则取s/b=0.02(0.01~0.015)对应的p值 为f0值。高压缩性土取高值。
砂砾◈超类重土型贯-入落深距度1.0<01m2~,1记5m录；每当打贯入入0.100.1m0m所击需的 数连锤续击三数次；超贯过入5深0击度，<2停0止m或,余改同超上重。型。
原位测试
成果资料— ①现场核对记录的击数和贯入深度；
②实测击数校正及统计分析：
轻型－绘N10 －ｈ曲线图；均值统计：
N
' 10
d ：压板直径
--«工程地质手册»
原位测试
5、影响因素分析
承压板尺寸 判稳标准-相对稳定；
承压板宽度与沉降量关系
压板埋深-同基底埋深，浅？
土体均匀性-影响深度 1.5~2.0倍，非均?
承压板与实际基础尺寸 的差异对沉降的影响
原位测试
三、静力触探 1、原理特点
原理-用静力将探头压入土中， 因土层结构不同，探头贯入阻力 各异。由此了解地层情况。
优点：具有勘探与测试双
缺点：应用受限制，
功用；精度高、快速、连续、 碎石类土不可用；不
高效、多用；技术比较先进。 能直接观察地层。
原位测试
2、设备及操作要点 设备：主机与反压装置、测量 记录装置、探头。 试验步骤：探头率定；入场就位；调试仪器； 贯入、测记（垂直贯入，控制速率1~2cm/s）。
注意事项：避开地下设施；保持探杆铅直，初贯入 时不可停有止侧贯推入；的在情已况有：孔主旁机距负离荷大达于到孔额径定20荷~载25的倍， 以防土1层20扰%动；。贯入时探杆出现明显弯曲；探头负荷
原位测试
4.2 求土层工程性质指标： a.土的抗剪强度参数：
特点：方法简洁、 经济、周期短
arctan 0.0069 qc 0.1023
式中：φ-摩擦角；qc-锥尖阻力；400< qc
<8200(kPa)
c a fs b
式中：c-粘聚力；fs-侧摩阻力； a、b-系数，与土类有关。
b.求地基土承载力基本值：
3 Pc
原位测试
4、动探成果应用
⑴划分土层：按锤击数，高-粗粒土， 低-细粒土；求均值，定名
⑵确定承载力：规范查表；动贯入阻力求标值：
fK
Rd 20
--砂土
动贯入阻力：
QH QH N
Rd
• Ae
• A S
原位测试
⑶求单桩承载力： 桩打入与动探打入有相似机理，可据动探估计桩端阻力。 桩基持力层--密砂-N>30；土层-N63.5>20；卵石N120>8
垂直轻放，孔口 水位高于地下水位；
加导向器；
提升贯入器，进行
• 当贯在入地速下率水保位持以为下15的~3土0击层/中mi进n，行预试 打验0时.1，5c应m，使开孔始内计水数位，保由持0高.1于0—地N下得 到水0位.3，0—以N免。出当现击涌数砂大和于塌50孔击，时必，要停 止时贯，入应并下记套录管对或应用的泥贯浆入护深壁度。；
基极限承载力； 两倍，历荷时载1不h，变隔，1沉5m降i加n观速测，一曲次线， c.达不到极限荷载，卸最载完毕出总继拐沉续点降观；量测≥03.h0。8b； 大压力达预期压力2倍。 某级荷载下，24h沉降不稳；
原位测试
4、成果应用
Pa Pb
P
ⅠⅡ
➢⑴成果整理—
Ⅲ
ａ,主要成果为P~S曲线
S
表达土体变形三阶段，即：压密、塑性变形、整体剪切破坏。
s(mm)
题解
(1)根据压力和沉降量绘制p-s曲线。由曲线判断其比例界 限对应的荷载为200kPa,但最大加载量为275kPa，未到极
⑷确定砂土密度及液化势： 密度与击数的关系查规范；液化判别用标贯法。
⑸确定粘性土稠度及c，φ值：多为经验，未入规范。
原位测试
5、影响因素
主要为土层及测试机理、设备与试验 方法两方面的影响
⑴有效锤击能：能量消耗于锤与垫碰撞、杆变形、孔壁摩擦等，
此外才是克服土体阻力的锤击能。
有效锤击能：
QH Rd Ae
原位测试
3、试验要点— 成坑、准备、安装、加荷、观测、终Байду номын сангаас、卸荷
4、成果应用— P~S曲线、曲线特征值
→确定承载力、变形模量
原位测试
3、 试验要点：
①成坑-试坑达板宽三倍，承
载板位于基底标高处。
↑锚
②准备-预留30cm以保持天然 状态，降低地下水位，铺 2cm砂垫层放承载板。
③安装-压板均匀接触坑底， 安装加荷与观测装置。
第八章 工程地质测试与试验
一、原位测试特点 免除取样麻烦； 试样尺寸较大； 保持天然状态，综合反映客观； 试验成果可靠； 试验周期长； 试验设备较笨重，操作复杂。
原位测试
土体原位测试方法
原位测试
方法
适用性
成果应用
载荷试验 适于各种类型土 确定承载力、变形模量
旁压试验 不适于碎石类土 确定承载力、变形模量
n 1
N 10 n
重型－杆长校正：
N ' 63.5
N 63.5
超重型－先换算为重型击数： N 63.5 3N120 0.5
再按上式校正击数；
③以校正后的击数和贯入深度绘击数~深度关系曲线。
原位测试
3、标准贯入试验：
国际通用方法-SPT
a.特点-标贯器、测试方法不同于其他探头。
b.试验要点- 预留0.15m，清净残土，保持孔内
习题1 某建筑场地土层为稍密砂层，用方 形板面积0.5m2进行载荷板试验，压力和 相应沉降见表，试求土层承载力特征值和
变形模量（土泊松比μ=0.33）。
压力
25 50 100 125 150 175 200 225 250 275
p(kPa)
沉降
0.88 1.76 3.53 4.41 5.30 6.13 7.25 8.00 10.54 15.80
土样鉴别描述，测 长度，保留土样。
原位测试
c.注意事项-
➢不适宜用于碎石类土。
➢不能连续贯入，每0.45m需提升，钻至预定深度，再贯入。
d.资料分析-
绘标贯击数-深度
击数等于实测值N； N~H关系曲线。
未贯入0.30m，
N 0.3n S
e.标贯击数判别砂土液化：
击数 （m）
N cr N 0 0.9 0.1d s d w
原位测试
⑶ 曲线修正—
A,深度修正--
计算式为： D nl h l
式中：D：实际贯入深度；l：杆长；n：杆数；h： 自锥底全断面起算探头长度；∆l：未入土杆长。
以孔口为深度零点对记录曲线深度按上式修正， 曲线长度不足，按其发展趋势补入。 B,幅度修正— 按归零点与记录纸零线位置，反号调整。
原位测试
轻型 圆
10
50
锥 动
重型
63.5
76
探
超重型 120
100
标准贯入
63.5
76
触探指标
贯入30ｃｍ锤击数Ｎ10 贯入10ｃｍ锤击数Ｎ63.5 贯入10ｃｍ锤击数Ｎ120
贯入30ｃｍ锤击数Ｎ
原位测试
2、圆锥动探试验： 设备—导向杆、提引器、穿心锤、 锤垫、探杆、探头
测试程序--
◈轻型-落距0.5m，记录每打入0.30m所需的 锤击◈重数型；-贯落入距深0.7度6<m4，m记；录遇每硬打层入，0击.1数0m超所需的锤 过1击00数击；，杆停正止、试匀验速。（15~30击/min）、连续打入；
超重：40m；
⑹土层埋深：上覆土压力、 侧压力增大，贯入阻力增， 动探击数增
⑺杆偏斜的影响：
增加侧壁摩阻，减有效锤 击能，对击数有影响。
规范规定： 偏斜度<2%，
保持速率： 15~30击/min。
❖ 小结：
➢ 原位测试主要特点
试样较大、免取样； 保持天然状态、综合反映客观；试验 成果可靠；设备、技术要求高。
原位测试
四、动力触探
1、原理-应用一定的锤击动能，将探头打入土 中，根据入土深度对应的锤击数判定土的性质。
特点-设备简单、 易学易用、适应性 广，可连续测试， 标贯可观察土样。
类型-轻型-N10 重型-N63.5 超重型-N120 标准贯入-N
原位测试
常用动力触探类型及规格
类型
锤重
落距
（Ｋｇ） （ｃｍ）