第七章 标准贯入试验

5. 扭转剪切速率宜采用1º /10s，并在测得峰值强 ~2º 度后继续测记1min。 6. 在峰值强度或稳定值测试完毕后，再顺扭转方向 连续转动6圈，测定重塑土的不排水抗剪强度。 7. 对开口钢环十字板剪切仪，应修正轴杆与土间摩 阻力的影响。
（5）试验成果及应用
十字板剪切试验的成果主要有：各试验点土的 不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵 敏度极其随深度变化曲线；抗剪强度与扭转角的关 系曲线等
2
杆的直径 ( D 1 D ) D 2 Cv
M
3
DH

6
D C
3
H
M M 1 M
2
M 3 DH 2M
D 2
Cv


6
D C
3
匀速扭转
H
Cv CH Cu
D D H 3
2
Jackson(1969) 提出修正公式：
岩土工程勘察
主讲教师：王小平
7.4 标准贯入试验（Standard penetration Test ，SPT） 标准贯入试验原来被归入动力触探试验一类，实 际上，它在设备规格上与前述重型圆锥动力触探试验 也具有很多相同之处，而仅仅是圆锥形探头换成了由 两个半圆筒组成的对开式管状贯入器。此外与重型圆 锥动力触探试验不同的一点在于，规定将贯入器贯入 土中所需要的锤击数（又称为标贯击数）作为分析判 断的依据。 标准贯入试验具有圆锥动力触探试验所具有的所 有优点，另外它还可以采取扰动的土样，进行颗粒分 析，因而对于土层的分层及定名更为准确可靠。
此表为 美国 Gibbs 和 Holtz 成果。
评定黏性土的不排水抗剪强度 Cu
Terzaghi 和 Peck 提出用标贯击数评定性土不排水抗 剪强度的经验关系式如下：
C u (6 ~ 6.5) N
日本道路桥梁设计规范则采用下列经验关系式：
C u (6 ~ 10) N
评定土的变形参数
q a 2 (C u ) h
f
估算地基土的灵敏度 软黏土地基的灵敏度按下式计算： St≤2
f
低灵敏度土
St
(C u ) C u0
2<St<4 中等灵敏度土 St ≥ 4 高灵敏度土
另外，十字板剪切试验成果还可以用来检验地 基加固效果、估算单桩极限承载力以及用于估算软 土的液性指数等
（1）试验目的
采取扰动土样，鉴别和描述土类，按照颗分试验结 果给土层定名。 判别饱和砂土、粉土的液化可能性。 定量估算地基土层的物理力学参数，如判定黏性土 的稠度状态、砂土相对密度及土的变形和强度的有关 参数，评定天然地基土的承载力和单桩承载力。
（2）试验原理
采用标准贯入器打入土中一定距离（ 30cm ）所 需落锤次数（标贯击数）来表示土阻力大小
判定软土的固结历史 根据Cu-h 曲线判定软土的固结历史: 1. 若Cu-h 曲线大致呈一通过地面原点的直线，可 判定为正常固结土； 2. 若Cu-h 直线不通过原点而与纵坐标的向上延长 轴线相交，则可判定为超固结土。
（1）试验目的
测定原位应力条件下软黏土的不排水抗剪强度。 估算软黏土的灵敏度。
（2）试验原理
十字板剪切试验是将具有一定高径比的十字板 插入待测试土层中，通过钻杆对十字板头施加扭矩 使其匀速旋转，根据施加的扭矩即可以得到土层的 抵抗扭矩，进一步可换算成土的抗剪强度。
板头侧面的剪切 阻力为均匀分布
N 30 50 S
其中△S— 50击时的实际贯入深度
5. 标准贯入试验可在钻孔全深度范围内等间距进行， 也可仅在砂土、粉土等需要试验的土层中等间 距进行，间距一般为1.0~1.2m。 6. 由于标准贯入试验锤击数 N 值的离散性往往较大， 故在利用其解决工程问题时应持慎重态度，仅仅依 据单孔标贯试验资料提供设计参数是不可信的，如 要提供定量的设计参数，应有当地经验，否 则只能提供定性的结果，供初步评定用。
3. 探杆最大相对弯曲度应小于 1/1000。 4. 正式试验前， 应预先将贯入器打入土中 15cm， 然后开始记录每打入 10cm 锤击数，累计打入30cm 的锤击数为标准贯入试验锤击数 N。当锤击数已达 到 50 击，而贯入深度未达到 30cm 时，可记录 50 击 的实际贯入度，并按下式换算成相当于 30cm 贯入度 的标准贯入试验锤击数N 。并终试验：
Cu 2M
H D 2 D
3
与圆柱顶底面剪应力分 布相关的系数
（3）试验设备
十字板剪切试验系统组成： ① 十字板头； ② 传力系统； ③ 加力装置； ④ 测量装置。（机械式和电测试）
室内十字板剪切仪
十字板头规格表
注： D
H
1:2
（4）十字板剪切试验技术要求 1. 十字板剪切试验点的布置在竖向上的间距可为1m。 2. 十字板头形状宜为矩形，径高比为1:2，板厚宜为 2~3mm。 3. 十字板头插入钻孔底（或套管底部）深度不应小于 孔径或套管直径的3~5倍。 4. 十字板插入至试验深度后，至少应静置2~3min，方 可开始试验。
取值。 表 4.3.5 液化等级与液化指数的对应关系
液化等级 液化指数 IlE 轻微 0＜IlE≤6 中等 6＜IlE≤18 严重 IlE＞18
4.3.6
百度文库
当液
7.5 十字板剪切试验 (vane shear test)
十字板剪切试验是一种在钻孔内快速测定饱和 软黏土抗剪强度的原位测试方法。自1954年由南京 水科院等单位对这项技术开始开发应用以来， 在 我国沿海地区得到广泛的应用。理论上，十字板剪 切试验测得的抗剪强度相当于室内三轴不排水剪总 应力强度。由于十字板剪切试验不需要采取土样， 可以在现场基本保持原位应力状态的情况下进行测 试，这对于难以取样的高灵敏度的黏性土来说具有 不可替代的优越性。
评定砂土的抗剪强度指标 砂土的内摩擦角与标贯击数的关系表
注：均质砂取高值，非均质砂取低值，粉砂减5º ，砂和砾石混合 土增加5º 。
此表为 Meyerhof 和 Peck 成果。
Peck 还提出了经验公式： 0.3 N 27
日本的建筑基础设计规范采用大畸的经验公式：

20 N 15
由于十字板剪切试验得到的不排水抗剪强度一 般偏高，因此要经过修正才能用于工程设计，其修 正方法如下：
(C u )
f
Cu
修正系数取值
影响测试结果因素： 板头尺寸 剪应力分布 排水条件 土的各向异性 剪切速率 触变效应
1. 其他软土土 2. IL＞1的土 Daccal
计算地基承载力 根据中国建筑科学研究院和华东电力设计院的 经验，地基容许承载力可按下式估算：
f K 12 N
f K 15 N
日本住宅公团的经验关系式如下：
f K 8N
估算单桩承载力 北京市勘察院提出的预估钻孔灌注桩单桩竖向极限 承载力的计算公式为：
Pu 2.78 N p A p 3.3 N s A s 3.1 N c A c 181 h 17.33
式中
标准贯人试验是判别饱和砂土、粉土液化的重要手段， 我国《建筑抗震 设计规范》（GB50011—2010）规定
4.3.4 当饱和砂土、 粉土的初步判别认为需进一步进行液化判别时， 应采用标准 贯入试验判别法判别地面下 20m 范围内土的液化；但对本规范第 4.2.1 条规定可 不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下 15m 范围 内土的液化。当饱和土标准贯人锤击数（未经杆长修正）小于或等于液化判别标 准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。
（3）试验设备
标准贯入试验系统组成： ① 贯入器； ② 穿心落锤； ③ 穿心导向触探杆。
穿心落锤 锤垫 穿心导向触探杆 贯入器
标准贯入试验设备规格及适用土类表
圆锥动力触探类型及设备规格
（4）标准贯入试验技术要求 1. 采用回转钻进，钻进过程中要防止孔底涌土。当孔 壁不稳定时，可采用泥浆或套管护壁，钻至试验标高 15cm 以上时应停止钻进，清除孔底残土后再进行贯入 试验。 2. 应采用自动脱钩的自由落锤装置并保证落锤平稳下 落，减小导向杆与锤间的摩阻力，避免锤击偏心和侧 向晃动，保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直 度，锤击速率应小于每分钟30击。
（5）贯入击数的修正问题
杆长修正
上覆有效应力影响修正
地下水影响修正
（6）试验成果及应用
判断砂土密实度
标贯击数与砂土密实度的关系对照表
人力松绳
N1
上海市标准《岩土工程勘察规范》（DBJ08-371994）考虑了土层埋深因素产生的上覆压力影响，对 实测的标贯击数进行了上覆压力修正，并在此基础上 根据修正后的标贯击数给出了对应的砂土密实程度。 考虑土层上覆压力的修正公式如下：
n
[1-Ni/Ncri]diWi…………(4.3.5)
式中：IlE——液化指数； n——在判别深度范围内每一个钻孔标准贯人试验点的总数； Ni、Ncri——分别为 i 点标准贯人锤击数的实测值和临界值，当实测值大 于临界值时应取临界值；当只需要判别 15m 范围以内的液化时，15m 以下的实测 值可按临界值采用； di——i 点所代表的土层厚度(m)，可采用与该标准贯入试验点相邻的上、 下两标准贯人试验点深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液 化深度； -1 Wi——i 土层单位土层厚度的层位影响权函数值 （单位为 m ） 当该层中点 。 深度不大于 5m 时应采用 10，等于 20m 时应采用零值，5～20m 时应按线性内插法 取值。
在地面下 20m 深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算： Ncr=Noβ [ln(0.6ds+1.5)-0.ldw] 3 /ρ c …………(4.3.4) 式中：Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值； No——液化判别标准贯入锤击数基准值，可按表 4.3.4 采用； ds——饱和土标准贯入点深度(m)； dw——地下水位(m)； ρ c——黏粒含量百分率，当小于 3 或为砂土时，应采用 3； β ——调整系数， 设计地震第一组取 0.80， 第二组取 0.95， 第三组取 1.05。 表 4.3.4 液化判别标准贯入锤击数基准值 No
Cv

MR Ip
Ip
D
64
4
CH
图中所示为在板 头上、下面的剪 切阻力分布。
圆柱体侧面的抗扭矩为 圆柱体底面的抗扭矩为 顶面的抗扭矩为：
： M 1 DH ：M M
3
D 2 D 3
Cv C

4
2
D
3
2

12
H
D C
3
H

12
3
D
D1 C

H
D , H 为板头的直径和高度。 D 1为和十字板头接触处轴 M M 1 M
设计基本地震加速度(g) 液化判别标准贯人锤击数基准值 0.10 7 0.15 10 0.20 12 0.30 16 0.40 19
4.3.5 对存在液化砂土层、粉土层的地基，应探明各液化土层的深度和厚度，按 下式计算每个钻孔的液化指数，并按表 4.3.5 综合划分地基的液化等级： IlE ＝

i 1
国内用标贯击数确定地基土变形参数的经验公式
评定地基土的承载力 我国《建筑地基基础设计规范》
砂土承载力标准值与标准贯入击数的关系
人力松绳
粘性土承载力标准值与标准贯入击数的关系
人力松绳
Terzaghi 提出用标贯击数确定地基土承载力标准 值经验关系，安全系数取3： 对条形基础： 对独立方形基础：
Pu—— Ap—— As—— Ac—— Np—— Ns—— Nc——
单桩竖向极限承载力 ( kN ) 桩端的截面积 ( m2 ) 桩在砂土中的侧面积 ( m2 )
桩在黏性土中的侧面积 ( m2 )
桩端附近土层中的标贯数；
桩周砂土层标贯击数
桩周黏土层标贯击数
h——
孔底虚土的厚度 ( m )
饱和砂土、粉土的液化
N CN N
CN 10
CN 3 .1 6 H
0 v
用经上覆压力修正后的标贯击数判别砂土相对密度表
评定黏性土的稠度状态和无侧限抗压强度
黏性土的稠度状态和无侧限抗压强度与标贯击数的关系表
此表为 Terzaghi 和 peck 的结果。
黏性土的稠度状态与标贯击数的关系表
此表为 原冶金部武汉勘察公司成果。