岩土工程原位测试教案

1.3 浅层平板静力载荷试验的仪器设备
➢ 承压板 承压板是模拟建筑物的基础，将施加的荷载通过承压板
传递给地基土，其刚度和尺寸应与建筑物基础接近。 承压板的刚度要求容易达到，可采用加肋的厚钢板、铸
铁板、混凝土板或钢筋混凝土板，常用的是加肋钢板。无论 选用什么样材质的承压板，都要求承压板具有足够的刚度、 板底平整光滑、板的尺寸中心和传力重心一致、搬运和安装 方便，在使用过程中不易变形。
➢ 加荷系统 加荷系统是指通过承压板对地基土施加额定荷载的
装置。 常见有四种类型：
重物加荷装置 油压千斤顶加荷装置 重物、机械、液压放大加荷装置 电控稳压式加荷装置
常见的载荷试验反力与加载布置方式 1—承压板；2—千斤顶；3—木跥；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—载荷台；13—混凝土；14—测点 （a～d为千斤顶加载方式，e和f为重物加载方式）
（1）对于软土、新近沉积土和人工填土，或用载荷试验 确定黄土湿陷性时，承压板尺寸不应小于0.50 ㎡ ；
（2）对于一般粘性土地基，常用0.25-0.5 ㎡的承压板； （3）对于碎石类土，承压板直径（或宽度）应为最大碎 石直径的10～20倍； （4）对于岩石类土或均质密实土，如老粘土或密实砂土， 以0.10 ㎡为宜.
试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的3倍。试 坑底部的岩土应避免扰动，保持其原状结构和天然含水量， 在承压板下铺设不超过20 mm的砂垫层找平，并尽快安装 设备。
➢ 承压板的尺寸
载荷试验宜采用圆形刚性承压板，根据土的软硬或岩体 裂隙密度选用合适的尺寸。对于强夯处理后的场地的地基 强度测定，有时要求承压板的面积应大于1.0m×1.0 m。岩 石载荷试验承压板的面积不宜小于0.07 ㎡ 。
式中E0——变形模量 b——承压板直径或方形承压板边长（m）；
I0——承压板位于半空间表面的影响系数（承压板的形状 系数）；
对于圆形刚性板，I0
4
0.785
；对于方形承压板，I0=0.886；
I1——承压板埋深z时的修正系数；
当z
<
b，
I1
0.5
0.23b z
；
当z
>
b时，
I1
1 0.27z b
；
K——p-s关系曲线直线段的斜率（kN/m3）；
试验要点及技术要求、操作步骤、资料整理和成果应用。
1.1.3 载荷试验的适用条件 浅层平板载荷试验 适用于地表浅层地基土（包括各种填土和碎石土） 深层平板载荷试验 适用于埋深等于或大于3.0m和地下水位以上的地基土 螺旋板载荷试验 适用于深层地基或地下水位以下的土层
1.1.4 载荷试验的优点 对地基土不产生扰动，确定地基承载力最可靠、最具代表
由于承压板的尺寸大小对评定地基土承载力有一定的影 响。为统一试验条件，使试验结果具有可比性。我国的大部 分勘察规范规定承压板面积以0.25-0.50 ㎡为主，另外还有 0.1和1.0㎡。
选择承压板尺寸时，可根据地基土质情况，强度低变形 大的土层宜采用大尺寸的承压板，强度高变形小的土层则采 用小尺寸的承压板。一般情况下，可参照下面的经验值选取：
坚硬岩土体内载荷试验反力系统示意图（撑壁式和平洞式）
➢ 量测系统 测量地基土沉降和承压板周围地面变形的量测系统由观测
支架和测量仪表两部分组成。 观测支架用来固定量测仪表，由支撑柱、基准梁及其它附
件等组成； 测量仪表有百分表、位移计、位移传感器等。
1.4 浅层平板静力载荷试验的试验技术要求 ➢ 试坑的尺寸及要求
（2）剪切（塑性）变形阶段 p-s关系为曲线，斜率逐
渐变大
pu——极限压力 （3）破坏阶段
当荷载大于极限压力pu， 即使荷载维持不变，沉降也会持
续发展或急剧增大，始终达不到
稳定标准。
载荷试验的直线变形阶段，可用弹性理论分析压力与变
形之间的关系。
（1）对于各向同性弹性半空间，由弹性理论，刚性承压板
作用在弹性半空间表面或近地表时，有 E 0I0I1 K 1 2b
垫块 枕头 次梁
主梁
拉杆
千斤顶
锚笼
基
承压板
锚桩主筋
准
梁
地表
试桩
锚桩
主梁
基准梁 试桩
次梁
锚桩
基准桩
载荷试验装置示意图
➢ 加载方式及加荷等级
加载方式一般采用分级维持荷载沉降相对稳定法（通常 称为慢速法）；有地区经验时，也可采用分级加荷沉降非稳 定法（通常称为快速法）或等沉降速率法。
加荷等级宜取10～12级，并不应小于8级。最大加载量 不应小于地基土承载力设计值的2倍，荷载的量测精度应控制 在最大加载量的±1％以内。
从狭义上讲，原位测试是指利用一定的试验手段在天然状 态（天然应力、天然结构和天然含水量）下，测试岩土的反应或 一些特定的物理、力学指标，进而依据理论分析或经验公式评定 岩土的工程性能和状态。
原位测试技术是岩土工程中的一个重要分支，它不仅是岩 土工程勘察的重要组成部分和获得岩土体设计参数的重要手段， 而且是岩土工程施工质量检验的主要手段，并可用于施工过程中 岩土体物理、力学性质及状态变化的监测。
2002 （2）建筑地基基础设计规范(GB50007-2002) ，中国建筑工业出 版社 ，2002 （3）工程岩体试验方法标准（GB/T50266-99），中国计划出版 社 ，1999 （4）地基基础测试新技术，祝龙根 刘利明等编著，机械工业出 版社 ，1999 （5）土体原位测试机理、方法及其工程应用，孟高头著，地质 出版社，1997（6）岩土工程测试技术，王锺琦等编著，中国建 筑工业出版社，1986
土样变化是推测的； 5．试验土样边界条件明显 1．在明确、可控制的应力条件下试验； 2．试验应力路径可以事先预定； 3．能严格控制排水条件； 4．可模拟各种应力条件进行试验
1．试样内应变场比较均匀； 2．可以控制应变速率
反映取样点上，在室内控制条件下的特性
周期较长，效率较低
1 载荷试验 1.1 概述
性，可直接用于工程设计，还可用于预估建筑物的沉降量，对 大型工程、重要建筑物，载荷试验一般不可少，是世界各国用 以确定地基承载力的最主要方法，也是比较其它原位测试成果 的基础。
1.2 浅层平板静力载荷试验的基本原理 承压板 地基土
典型的平板载荷试验p-s曲线
（1）直线变形阶段 p-s呈线性关系 p0——比例界限压力
0.2 原位测试方法
《岩土工程勘察规范》（GB5002l-2001）所列的原位 测试方法有：载荷试验、静力触探、圆锥动力触探、标准贯 入试验、十字板剪切试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、现场 直接剪切试验、波速测试、岩体原位应力测试和激振法测试。
静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验——触探试验 十字板剪切试验、直接剪切试验——剪切试验 旁压试验、扁铲侧胀试验——侧胀试验 声波测试、弹性波波速测试、激振法测试——动力参数 测试
μ——土的泊松比。
（2）对于非均质各向异性弹性半空间，情况比较复杂。 当地基土变形模量随深度的变化规律为： E0z E0nvz
式中E0z——承压板放置深度 zb（b为承压板直径）的变
形模量；
E012K b11 bK22b1b2
nvI01 2K1b b1 1 K b22b2
K1、K2——承压板直径分别为b1、b2时载荷试验p-s关系 曲线直线段的斜率。
承压板的形状有圆形和方形的两种，也有根据试验的具 体要求采用矩形承压板。
承压板的尺寸要与实际基础接近则难于达到，因为承压 板的面积太大，对设备的质量要求也越高；而承压板面积过 小，则影响地基土的沉降量和极限荷载值。一般来说，地基 土的极限荷载会因承压板的宽度或直径b过小而降低（s增 大），但b值过大极限荷载增加也不明显，因此，在确定承压 板尺寸时，既不能过小，也不必太大。
➢ 位移量测系统的安装
基准梁的支撑柱或其他类型的支点应离承压板和地锚一 定的距离，以避免再试验过程中地表变形对基准梁的影响。 支撑柱与承压板中心的距离应大于1.5d（d为边长或直径）， 与地锚的距离应不小于0.8m。
基准梁架设在支撑柱上时，不应两端固定，以避免由于 基准梁杆热胀冷缩引起沉降观测的误差。沉降测量元件应对 称地布置在承压板上，百分表或位移传感器的测头应垂直于 承压板设置。
应变 条件
1．应变场不均匀； 2．应变速率一般大于实际工程条件下
的应变速率
岩土 参数
反映实际状态下的基本特性
试验 周期
周期短，效率高
室内试验
1．试样尺寸小，不能反映宏观结构、非 均质性对土性的影响，代表性较差；
2．对难以或无法取样的土层无法试验， 只能人工制备土样进行试验；
3．无法避免钻进取样对土样的扰动； 4．只能对有限的若干点取样试验，点间
1.1.1 载荷试验方法 载荷试验（P1ate Load Test，简称PLT）： 是在现场通过一定面积的刚性承压板向地基逐级施加荷
载，测定天然地基、单桩或复合地基的沉降随荷载的变化， 借以确定地基土的承载能力和变形特征的现场试验。
承压板
地基土
1.1.2 载荷试验分类 ➢按试验对象划分 一般载荷试验、复合地基载荷试验和桩载荷试验（包括竖 向和水平载荷试验） ➢按加荷性质划分 静力载荷试验和动力载荷试验 ➢按承压板形状划分 平板载荷试验和螺旋板载荷试验 ➢按试验深度划分 浅层载荷试验和深层板载荷试验 本章主要讲述浅层平板静力载荷试验及其原理、设备组成、
第一级荷载（包括设备自重）宜接近挖除土柱的自重， 其相应沉降不计。对软土地基每级荷载增量10-25kPa；对一 般粘性土和中密砂土地基25-50kPa；对坚硬粘性土、密实砂 土和碎石土50-100kPa。
➢ 沉降观测和稳定标准
慢速法：对于土体，每级荷载施加后，间隔5min、 5min、10min、10min、15min、15min测读一次沉降，以 后间隔30min测读一次沉降，当连续2h、且每小时沉降量不 大于0.1mm时，可认为沉降已达到相对稳定标准，施加下一 级荷载；对于岩体，间隔lmin、2min、2min、5min测读一 次沉降，以后每隔10min测读一次，当连续三次读数之差小 于或等于0.01mm时，认为沉降已达到相对稳定标准，可施 加下一级荷载。
➢ 反力系统 除重物加荷装置外，其它加荷装置均需反力系统配套。
载荷试验的反力可由重物、地锚或地锚与重物联合提供。然 后再与梁架组合成稳定的反力系统。当在岩体内（如探坑或 探槽）进行载荷试验时，可以利用围岩提供所需要的反力。
锚固式反力系统中，地锚个数应确保有足够的抗拔力， 以免试验中间被拔起。反力梁亦应有足够的刚度。
岩土工程原位测试教 案
《岩土工程原位测试》主要内容
绪论 第一章 载荷试验 第二章 静力触探试验 第三章 圆锥动力触探试验 第四章 标准贯入试验 第五章 十字板剪切试验 第六章 旁压试验 第七章 波速测试 第八章 扁铲侧胀试验 第九章 现场直接剪切试验 第十章 岩块声波测试 第十一章 岩体应力测试
课程教材 岩土工程原位测试，徐超编著，同济大学出版社 ，2005 主要参考资料 （1）岩土工程勘察规范(GB50021-2001)，中国建筑工业出版社，
0 绪论
0.1 原位测试技术
岩土工程：
• 岩土工程勘察（可行性研究、初勘、详勘和施 工勘察）
• 岩土工程设计（地基基础、地基处理、基坑支 护、工程降水、边坡和滑坡治理设计等）
• 岩土工程施工 • 岩土工程监理 • 岩土工程监测 • 岩土工程检测
《岩土工程勘察规范》（GB5002l—2001）对岩土工程勘 察（geotechnical investigation）的定义为：
0.3 原位测试优缺点
项目
原位测试
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试验 对象
1．测定土体范围大，能反映微观、宏 观结构对土性的影响，代表性好；
2．对难以取样的土层仍能试验； 3．对试验土层基本不扰动或少扰动； 4．有的能给出连续的土性变化剖面，
可用以确定分层界线；
5．测试土体边界条件不明显
应力 条件
1．基本上在原位应力条件下试验； 2．试验应力路径无法很好控制； 3．排水条件不能很好控制； 4．试验时应力条件有局限性
“根据建设工程的要求，查明、分析、评价建设场地的地 质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动。”岩土 工程勘察所采用的方法和手段较多，主要有勘探（包括钻探、 井探、槽探、坑探、洞探、物探、触探等）、原位测试和室内 试验等。
原位测试（in-situ tests，或field test）：
从广义上讲，包括原位检测和原位试验两部分，即指在被 测试对象的原始位置，在不破坏、不扰动或少扰动被测试或检测 对象原有（天然）状态的情况下，通过试验手段测定特定的指标， 进而评价被测试对象阶性能和状态。