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三三 岩土的原位测试技术岩土的原位测试技术1 1 概述概述1.1 1.1 概念概念指现场基本保持地基土的指现场基本保持地基土的天然结构、天然含水量、天然结构、天然含水量、天然应力状态天然应力状态的情况下，测定地基土的物理的情况下，测定地基土的物理-力学力学性质指标的试验方法性质指标的试验方法不需经过不需经过钻探取样钻探取样，直接测定岩土力学性质，更能真实，直接测定岩土力学性质，更能真实反映岩土的反映岩土的天然结构及天然应力状态下的特性天然结构及天然应力状态下的特性原位测试所涉及的土尺寸较室内试验样品要大得多原位测试所涉及的土尺寸较室内试验样品要大得多(土土体体积大、代表性好体体积大、代表性好)，因而更能反映土的宏观结构如，因而更能反映土的宏观结构如裂隙等对土的性质的影响，比土样具代表性裂隙等对土的性质的影响，比土样具代表性可可重复进行验证重复进行验证，缩短试验周期，缩短试验周期1.2 1.2 优点（与室内试验比较）优点（与室内试验比较）u土体原位测试方法很多，可以归纳为下列两类：土体原位测试方法很多，可以归纳为下列两类：(1)(1)土层剖面测试法土层剖面测试法(logging or logging or stratigraphicstratigraphic profiling methods)profiling methods)：主要包括静力触探、动力触探、：主要包括静力触探、动力触探、扁铲松胀仪试验及波速法等扁铲松胀仪试验及波速法等 土层剖面测试法具有可连续进行、快速经济的优点。土层剖面测试法具有可连续进行、快速经济的优点。(2)(2)专门测试法专门测试法(specific test methods)specific test methods)：主要包括载：主要包括载荷试验、旁压试验、标准贯入实验、抽水和注水试验、荷试验、旁压试验、标准贯入实验、抽水和注水试验、十字板剪切试验等十字板剪切试验等土的专门测试法可得到土层中关键部位土的各种工程土的专门测试法可得到土层中关键部位土的各种工程性质指标，精度高，测试成果可直接供设计部门使用性质指标，精度高，测试成果可直接供设计部门使用 精度超过室内试验的成果精度超过室内试验的成果1.3 1.3 土体原位测试的种类土体原位测试的种类u根据不同的测试方法（包括根据不同的测试方法（包括CPTCPT、DPTDPT、PLTPLT、PMTPMT、FVSTFVST、SDPTSDPT），），其应用可归纳为：其应用可归纳为：（1 1）土层土类划分土层土类划分（2 2）确定天然地基承载力确定天然地基承载力（3 3）测定土的物理力学性质指标（测定土的物理力学性质指标（C C、）（4 4）在桩基勘察中的应用在桩基勘察中的应用（5 5）评价砂土和粉土的地震液化评价砂土和粉土的地震液化（6 6）求解土的固结系数、渗透系数及不排水抗剪强度等求解土的固结系数、渗透系数及不排水抗剪强度等（7 7）检验压实填土的质量及强夯效果检验压实填土的质量及强夯效果（8 8）进行浅基础的沉降计算进行浅基础的沉降计算（9 9）1.4 1.4 土体原位测试的应用土体原位测试的应用2 2 静力载荷试验静力载荷试验2.1 2.1 定义及特点定义及特点平板静力载荷试验平板静力载荷试验(PLT:plate load test)PLT:plate load test)，简称载荷试简称载荷试验验在保持地基土天然状态下，在一定面积的承压板上向地基在保持地基土天然状态下，在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基土的变形特性，土逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基土的变形特性，是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法u优点：优点：对对地地基基土土不不产产生生扰扰动动，结结果果最最可可靠靠、最最具具有有代代表表性性，可可直直接用于工程设计接用于工程设计是确定承载力的最主要方法是确定承载力的最主要方法u缺点：缺点：价格昂贵、费时价格昂贵、费时现场载荷试验现场载荷试验千斤顶荷载板荷载板2.2 2.2 静力载荷试验设备静力载荷试验设备u加载稳压系统加载稳压系统承压板、加载千斤承压板、加载千斤顶、稳压器、油泵、顶、稳压器、油泵、油管等组成油管等组成u反力系统反力系统有堆载式、撑壁式、有堆载式、撑壁式、锚固式等锚固式等u量测系统量测系统压力表、百分表或压力表、百分表或位移传感器位移传感器（1 1）载荷测试一般在方形坑中进行）载荷测试一般在方形坑中进行（2 2）安装设备）安装设备（3 3）分级加荷）分级加荷 加荷原则：第一级为坑底原有重力，后每级按：中加荷原则：第一级为坑底原有重力，后每级按：中低压缩性土低压缩性土5050kPakPa，高压缩性土高压缩性土2525kPakPa，特软土为特软土为1010kPakPa2.3 2.3 静力载荷试验方法静力载荷试验方法（4 4）观测每级荷载下的沉降）观测每级荷载下的沉降观测时间间隔：加荷开始后，按间隔观测时间间隔：加荷开始后，按间隔5 5、5 5、1010、1010、1515、15min15min观测沉降；以后每观测沉降；以后每3030minmin进行一次进行一次u稳定的标准稳定的标准连续两小时内每小时的沉降量连续两小时内每小时的沉降量0.1mm0.1mm时，本级荷载时，本级荷载下沉降已趋稳定，可加下一级荷载下沉降已趋稳定，可加下一级荷载对于软粘土最好观测对于软粘土最好观测24h24h以上，对于正常固结粘土要以上，对于正常固结粘土要8h8h，对于老粘土、砂土、砾石等要对于老粘土、砂土、砾石等要4 4h h（5 5）尽可能使最终荷载达到地基土的极限承载力，以评）尽可能使最终荷载达到地基土的极限承载力，以评价承载力的安全度价承载力的安全度u结束试验的标准结束试验的标准 当下述情况出现时即可停止实验当下述情况出现时即可停止实验a)a)承压板周围的土体出现裂缝或隆起，沉降的很快承压板周围的土体出现裂缝或隆起，沉降的很快b)b)在荷载不变的情况下，沉降速率加速发展或接近一在荷载不变的情况下，沉降速率加速发展或接近一个常数。压力个常数。压力沉降曲线出现明显拐点沉降曲线出现明显拐点c)c)总沉降量超过承压板宽度（或直径）的总沉降量超过承压板宽度（或直径）的1/101/10（6 6）当需要卸载）当需要卸载观测回弹观测回弹时，每级卸荷量可为加荷量时，每级卸荷量可为加荷量的的2 2倍，历时倍，历时1 1h h，每隔每隔1515minmin观测一次。荷载完全卸观测一次。荷载完全卸除后，继续观测除后，继续观测3h3h2.4 2.4 测试数据整理测试数据整理u压力压力沉降量关系曲线沉降量关系曲线P-sP-s曲线的特征：曲线的特征：段直线段段直线段段曲线段段曲线段段直线段段直线段P P0 0P Pu uP Po oS S（1 1）以压力为依据以压力为依据 P Ps s 曲线上的两个特征点曲线上的两个特征点 比例极限比例极限P P0 0(临塑荷载临塑荷载P Pcrcr)：P-sP-s曲线上第一直线段的终曲线上第一直线段的终点对应的荷载，可以作为砂点对应的荷载，可以作为砂土、超固结粘土、砾石土的土、超固结粘土、砾石土的承载力承载力极限承载力极限承载力P Pu u ：P-s P-s曲线上曲线上的第二个拐点对应的荷载的第二个拐点对应的荷载2.4.1 2.4.1 地基的承载力可用下述方法确定地基的承载力可用下述方法确定 确定确定地基的容许承载力地基的容许承载力 RR R=R=P Pcrcr R=R=P Pu u/F/F，安全系数安全系数F=2F=23 3P P0 0P Pu uP Po oS S（2 2）以相对沉降量为依据）以相对沉降量为依据对对中、高压缩性土中、高压缩性土，地基受压破坏形式为局部剪切破坏，地基受压破坏形式为局部剪切破坏或冲剪破坏，或冲剪破坏，P-sP-s曲线无明显拐点。这时用曲线无明显拐点。这时用P-sP-s曲线上沉曲线上沉降量降量s s与承压板的宽度与承压板的宽度B B之比为之比为0.020.02所对应的压力为地基所对应的压力为地基容许承载力容许承载力对对砂土和新近沉积的粘性土砂土和新近沉积的粘性土则采用则采用s/B=0.01-0.015s/B=0.01-0.015所对所对应的压力应的压力u土的变形模量土的变形模量指土在单轴受力，无侧限情况下的应力与应变之比指土在单轴受力，无侧限情况下的应力与应变之比可可由由P-sP-s曲曲线线的的直直线线变变形形段段，按按弹弹性性理理论论公公式式求求得得，下下式式适用于同一层位的均匀地基适用于同一层位的均匀地基2.4.2 2.4.2 计算变形模量计算变形模量E E0 02.5 2.5 测试精度影响因素测试精度影响因素（1 1）承压板的尺寸）承压板的尺寸B B45cm(5000cm45cm(5000cm2 2)时，沉降量随时，沉降量随B B的增加而降低的增加而降低B B45cm(5000cm45cm(5000cm2 2)时，沉降量随时，沉降量随B B的增加而增加的增加而增加由于基础宽度一般均超过由于基础宽度一般均超过3030cmcm，所以所以B B不宜太小不宜太小 S(mm)045B(cm)一般来说，大的比小的好，最好与实际基础面积相同一般来说，大的比小的好，最好与实际基础面积相同 但太大则需大的压力，有时难以达到但太大则需大的压力，有时难以达到所以承压板的面积应适中所以承压板的面积应适中 1000cm 1000cm2 2A A5000cm5000cm2 2（2 2）承压板埋深）承压板埋深载荷测试的影响深度一般为载荷测试的影响深度一般为1.5-21.5-2倍承压板宽度（或直径）倍承压板宽度（或直径）在影响深度范围内在影响深度范围内土性应保持一致土性应保持一致，否则测试成果就不，否则测试成果就不能反映出土层的真实性质能反映出土层的真实性质如果场地土层多，且都是重要的持力层，如果场地土层多，且都是重要的持力层，应分层做载荷应分层做载荷试验试验如果土层较薄，达不到如果土层较薄，达不到2 2倍承压板的宽度，就应采用小的倍承压板的宽度，就应采用小的承压板或螺旋板载荷试验承压板或螺旋板载荷试验2.6 2.6 螺旋板载荷试验螺旋板载荷试验u螺旋板载荷试验螺旋板载荷试验将螺旋形承压板旋入地面以下预订深度，在土层的将螺旋形承压板旋入地面以下预订深度，在土层的天然应力条件下，通过传力杆向螺旋形承压板施加天然应力条件下，通过传力杆向螺旋形承压板施加压力，直接测定载荷与土层沉降的关系压力，直接测定载荷与土层沉降的关系测定土的变形模量、不排水抗剪强度和固结系数测定土的变形模量、不排水抗剪强度和固结系数测定深度为测定深度为101015m15m2.7 2.7 水平载荷试验水平载荷试验地基土水平载荷试验地基土水平载荷试验单桩水平载荷试验单桩水平载荷试验3.1 3.1 定义定义u静静 力力 触触 探探(Static Static Cone Cone Penetration Penetration Test,Test,简简 称称CPT)CPT)是是借借助助机机械械把把一一定定规规格格的的圆圆锥锥形形探探头头匀匀速速压压入入土土中中，通通过过测测定定探探头头的的端端阻阻q q、侧侧壁壁摩摩阻阻力力f f来来确确定定土土体体的的物物理理力力学学参参数数，划划分分土土层层的的一一种种土体勘测技术土体勘测技术3 3 静力触探试验静力触探试验3.2 3.2 测试设备与种类测试设备与种类设备组成：设备组成：触探主机和反力装置触探主机和反力装置触触探探主主机机可可分分为为液液压压式式和机械式和机械式反力装置可分为自重式反力装置可分为自重式和锚式和锚式测量与记录显示装置测量与记录显示装置探头和探杆探头和探杆触探主机为液压传动式的，反力装置为自重式触探主机为液压传动式的，反力装置为自重式触探主机为液压传动式的，反力装置为地锚式触探主机为液压传动式的，反力装置为地锚式触探主机为机械传动式的，反力装置为地锚式触探主机为机械传动式的，反力装置为地锚式3.3 3.3 静力触探探头静力触探探头u工作原理工作原理将探头压入土中时，由于土层的阻力，使探头收到将探头压入土中时，由于土层的阻力，使探头收到一定的压力；土层的强度越高，探头所受到的压力一定的压力；土层的强度越高，探头所受到的压力越大越大通过探头内的阻力传感器，将土层的阻力转换为电通过探头内的阻力传感器，将土层的阻力转换为电信号，由仪表测量出来信号，由仪表测量出来u国际标准探头的规格国际标准探头的规格锥头顶角锥头顶角6060、底面积、底面积1010cmcm2 2、侧壁摩擦筒面侧壁摩擦筒面积积150150cmcm2 2、透水石在锥透水石在锥底底3.3 3.3 测试原理测试原理u运用三个方面的原理运用三个方面的原理材料弹性变形的虎克定律、电量变化的电阻率定律材料弹性变形的虎克定律、电量变化的电阻率定律和电桥原理和电桥原理土的强度土的强度土的阻力土的阻力传感器的应变传感器的应变电阻的变化电阻的变化电压的输出电压的输出电子仪器的放大和输出电子仪器的放大和输出I I电流电流R R电阻电阻 U U电压电压 探头是静力触探仪的关键部件分为三种类型：单用（桥）探头、双用（桥）探头、多用（孔压）探头Ps：比贯入阻力，qc：锥尖阻力，fs：侧壁摩阻力，uw：孔隙水压力单用（桥）探头 双用（桥）探头 多用（孔压）探头（一）探头率定（一）探头率定u率定的目的是求出率定的目的是求出测量仪表测量仪表的读数与荷载的读数与荷载之间的关系之间的关系率定系数率定系数u率定的设备可分为两个主要率定的设备可分为两个主要部分部分1.1.可移动的活动架可移动的活动架2.2.量力环量力环3.4 3.4 测试步骤测试步骤探头率定的步骤探头率定的步骤:a.a.安装设备安装设备b.b.把连着电缆线和记录仪表的探头安装上把连着电缆线和记录仪表的探头安装上c.c.旋转手轮施加压力，边记录仪表上的读数旋转手轮施加压力，边记录仪表上的读数 d.d.画压力画压力读数曲线，一般情况下应该是直线读数曲线，一般情况下应该是直线e.e.求率定系数求率定系数K KK K等于直线的斜率等于直线的斜率x0野外测试的关键步骤野外测试的关键步骤:a.a.布孔位，平整场地布孔位，平整场地b.b.安装触探机，并调平机座（为使贯入压力保持垂直方向）安装触探机，并调平机座（为使贯入压力保持垂直方向），把机座与反力装置衔接，把机座与反力装置衔接 c.c.将探头、测量电缆、探杆连接起来，并检查测量仪表，将探头、测量电缆、探杆连接起来，并检查测量仪表，并调零并调零d.d.将连着探杆的探头压入地下将连着探杆的探头压入地下，同时记录深度值和测量仪同时记录深度值和测量仪表的数据表的数据注意事项注意事项(1)(1)触触探探机机就就位位后后，应应调调平平机机座座，并并使使用用水水平平尺尺校校准准，使使贯贯入入压力保持竖直方向，并使机座与反力装置衔接、锁定压力保持竖直方向，并使机座与反力装置衔接、锁定(2)(2)触触探探机机的的贯贯入入速速率率应应控控制制在在1-21-2cm/scm/s，一一般般为为2 2cm/scm/s；使使用用手摇式触探机时，手把转速应力求均匀手摇式触探机时，手把转速应力求均匀(3)(3)使用记读式仪器时，使用记读式仪器时，每贯入每贯入0.10.1m m或或0.20.2m m时应记录一次读数时应记录一次读数(4)(4)遇下列情况时应停止贯入：遇下列情况时应停止贯入：a a、触探主机负荷达到其额定荷载的触探主机负荷达到其额定荷载的120%120%时时 b b、贯入时探杆出现明显弯曲贯入时探杆出现明显弯曲 c c、反力装置失效反力装置失效 d d、探头负荷达到额定荷载时探头负荷达到额定荷载时 e e、记录仪器显示异常记录仪器显示异常3.5.1 3.5.1 初读数的处理初读数的处理u初读数初读数指探头在不受土层阻力的条件下，传感器的初始应变的读数指探头在不受土层阻力的条件下，传感器的初始应变的读数影响初读数的因素很多，最主要的是温度。影响初读数的因素很多，最主要的是温度。消除初读数影响的办法，可采用每隔一定深度将探头提升一次，消除初读数影响的办法，可采用每隔一定深度将探头提升一次，在其不受力的情况下将应变仪调零一次，或测定一次初读数。在其不受力的情况下将应变仪调零一次，或测定一次初读数。后者在进行应变量计算时，按下式消除初读数的影响后者在进行应变量计算时，按下式消除初读数的影响 =1 1-o o 式中：式中：应变量，应变量，1 1探头压入时的读数探头压入时的读数 o o初读数初读数3.5 3.5 测试数据的处理测试数据的处理3.5.2 3.5.2 贯入阻力的计算贯入阻力的计算u将电阻应变仪测出的应变量将电阻应变仪测出的应变量，换算成比贯入阻力，换算成比贯入阻力p ps s（单桥探头），或锥头阻力（单桥探头），或锥头阻力q qc c 及侧壁摩擦力及侧壁摩擦力f fs s(双桥探双桥探头头)，计算公式如下：，计算公式如下：式中：式中：a a、a al l、a a2 2应变仪标定的单桥探头、双桥探应变仪标定的单桥探头、双桥探头的锥头传感器及摩擦传感器的标定系数，头的锥头传感器及摩擦传感器的标定系数，MPaMPa 、q q、f f单桥探头、双桥探头的锥头及侧单桥探头、双桥探头的锥头及侧壁传感器的应变量，壁传感器的应变量，3.5.3 3.5.3 摩阻比的计算摩阻比的计算u摩阻比摩阻比以百分率表示的双桥探头的各对应深度的锥头阻力以百分率表示的双桥探头的各对应深度的锥头阻力和侧壁摩擦力的比值，即和侧壁摩擦力的比值，即（2 2）绘制触探参数随深度的变化曲线绘制触探参数随深度的变化曲线u包括包括q qc c-H H，f fs s-H-H，F FR R-H-H CPT CPT 在土木工程中的应用特别广泛在土木工程中的应用特别广泛 （1 1）土层划分）土层划分绘制绘制CPTCPT的贯入曲线（包括的贯入曲线（包括q qc c-H H，f fs s-H-H，F FR R-H-H ），），然后根然后根据相近的据相近的q qc c、f fs s和和F FR R，将触探孔分层将触探孔分层力学分层，并计力学分层，并计算各参数的平均值算各参数的平均值结合钻探取样，考虑临界深度进一步分层结合钻探取样，考虑临界深度进一步分层工程地质分工程地质分层，并定土名层，并定土名3.6 3.6 测试成果的应用测试成果的应用u临界深度临界深度模型试验及实测表明，地模型试验及实测表明，地表厚层均质土的表厚层均质土的贯入阻力贯入阻力自地表向下是逐渐增大自地表向下是逐渐增大的。的。当超过一定深度后，阻力当超过一定深度后，阻力才趋近一个常数值，这个才趋近一个常数值，这个土层表面一定深度就称为土层表面一定深度就称为临界深度临界深度临界深度在砂土中表现明临界深度在砂土中表现明显，在粘土中基本不存在显，在粘土中基本不存在（2 2）土类划分）土类划分a)a)单桥探头单桥探头根据根据PsPs，PsPs大的一般为砂层，大的一般为砂层，PsPs小的一般为粘土层小的一般为粘土层b)b)双桥探双桥探头头 在划分土类时，以在划分土类时，以q qc c为主，结合为主，结合f fs s（或或R Rf f），），并在同并在同一层内的触探参数值基本相近为原则一层内的触探参数值基本相近为原则不同的土有不同的不同的土有不同的R Rf f ，砂类土砂类土 R Rf f通常小于或等于通常小于或等于1 1，粘性土粘性土R Rf f常大于常大于2 2CPTCPT可以确定可以确定如如 c,c,C,Cu u,D,Dr r,E,Es s,satsat,等土的物理力等土的物理力学性质指标学性质指标Ps(Mpa)12346111530()2931323334363739（3 3）确定土的物理力学性质指标）确定土的物理力学性质指标（4 4）确定浅基的承载力）确定浅基的承载力用静力触探确定地基承载力一般依据的是经验公式，用静力触探确定地基承载力一般依据的是经验公式，是建立在静力触探与载荷试验的对比关系上是建立在静力触探与载荷试验的对比关系上确定的是地基承载力的基本值，需经过深、宽修正确定的是地基承载力的基本值，需经过深、宽修正用于一般的建筑物用于一般的建筑物地基土的成因、时代及含水量等对静力触探求地基地基土的成因、时代及含水量等对静力触探求地基承载力的经验公式有影响，经验公式有地区性承载力的经验公式有影响，经验公式有地区性地基基本承载力地基基本承载力f f0 0与与P PS S(q(qc c)经验关系式经验关系式(MpMpa a)序号序号提出者提出者经验关系式经验关系式范围值范围值P PS S(q(qc c)土层土层1 1武汉联合试验组武汉联合试验组f f0 0=0.1043P=0.1043Pa a+0.0269+0.02690.36.00.36.0粘性土粘性土2 2交通部三航院交通部三航院f f0 0=0.1P=0.1Pa a+0.025+0.0250.52.50.52.5长江三角洲土长江三角洲土3 3兖州煤矿设计院兖州煤矿设计院f f0 0=0.1012P=0.1012Pa a+0.059+0.0590.353.00.353.0淮北粘性土淮北粘性土4 4江苏省建筑设计院江苏省建筑设计院f f0 0=0.084P=0.084Pa a+0.05+0.050.355.70.355.7南京粘性土南京粘性土5 5青岛城建局青岛城建局f f0 0=0.074P=0.074Pa a+0.0824+0.08241.00.51.00.5青岛粘性土青岛粘性土6 6连云港规划建筑设计连云港规划建筑设计院院f f0 0=0.0807P=0.0807Pa a+0.049+0.049滨海软土滨海软土7 7铁三院铁三院f f0 0=5.8(P=5.8(Pa a)1/21/2-0.046-0.046P PS S单位单位(kPa)kPa)I IP P77粘性土粘性土8 8铁四院铁四院f f0 0=0.112P=0.112Pa a+0.005+0.0050.0850.90.0850.9软土软土9 9武汉冶金勘察公司武汉冶金勘察公司f f0 0=0.02P=0.02Pa a+0.05+0.05 5.05.0长江中下游粉细长江中下游粉细砂土砂土序号序号提出者提出者经验关系式经验关系式范围值范围值P PS S(q(qc c)土层土层1010铁一、四院铁一、四院f f0 0=0.044P=0.044Pa a+0.05+0.051.011.01.011.0中粗砂中粗砂1111同济大学等同济大学等f f0 0=0.055P=0.055Pa a+0.045+0.045上海粉土上海粉土1212陕西综合堪察院陕西综合堪察院f f0 0=0.0878P=0.0878Pa a+0.024+0.024湿陷性黄土湿陷性黄土1313原一机部勘测公司原一机部勘测公司f f0 0=0.098q=0.098qc c+0.019+0.019黄土地基黄土地基1414大庆油田、长春地院大庆油田、长春地院（19961996）f f0 0=0.089q=0.089qc c+0.075+0.075f f0 0=0.108q=0.108qc c+0.0644+0.0644f f0 0=0.0813q=0.0813qc c+0.069+0.069大庆粘性土、粉大庆粘性土、粉土、土、大庆粘性土大庆粘性土大庆粉土大庆粉土1515荷兰，比利时荷兰，比利时f f0 0=(0.0330.025)q=(0.0330.025)qc cf f0 0=0.1q=0.1qc c砂土砂土粘性土粘性土经统计分析，有人提出：经统计分析，有人提出：式中式中、为土类修正系数为土类修正系数静力触探机理和桩的作用机理类似，静力触探相当于静力触探机理和桩的作用机理类似，静力触探相当于沉桩的模拟试验。沉桩的模拟试验。与静力触探相比，桩的表面粗糙，直径大，沉桩对桩与静力触探相比，桩的表面粗糙，直径大，沉桩对桩周土的扰动大，沉降速度慢。周土的扰动大，沉降速度慢。应与桩载荷测试配合使用，互相验证。应与桩载荷测试配合使用，互相验证。静力触探法计算单桩极限承载力的基本公式如下：静力触探法计算单桩极限承载力的基本公式如下：（5 5）确定单桩的承载力）确定单桩的承载力a.a.国外法国外法b.b.国内的方法国内的方法铁路系统法铁路系统法单桩的容许承载力单桩的容许承载力4 4 标准贯入试验标准贯入试验4.1 4.1 定义定义u标准贯入试验（简称为标准贯入试验（简称为SPTSPT）在现场用质量为在现场用质量为63.5kg63.5kg的穿心锤，以落距的穿心锤，以落距76cm76cm自由落下，自由落下，将一定规格的带有小型取土筒的标准贯入器先打入土中将一定规格的带有小型取土筒的标准贯入器先打入土中15cm15cm，然后记录再打入，然后记录再打入30cm30cm的锤击数的原位试验的锤击数的原位试验4.2 4.2 计数方法计数方法 、将贯入器预先打入、将贯入器预先打入15cm15cm，不计数；，不计数；、然后开始记录每、然后开始记录每10cm10cm的击数，累计打入的击数，累计打入30cm30cm；、最后将、最后将30cm30cm的击数累加。的击数累加。一般表示为：一般表示为：N=5+6+5 N=5+6+5 、如果击数达到、如果击数达到5050击时，贯入深度还未达到击时，贯入深度还未达到30cm30cm，则，则 可停止试验，记录可停止试验，记录5050击时的实际贯入深度，然后再击时的实际贯入深度，然后再 换算成换算成30cm30cm的击数，即的击数，即N=30*50/SN=30*50/S；、如果贯入器进入碎石土或碎块状岩石层出现反弹，、如果贯入器进入碎石土或碎块状岩石层出现反弹，则停止试验，击数记为则停止试验，击数记为“反弹反弹”、判别砂土的密实度、判别砂土的密实度（GB50021-2001GB50021-2001）4.3 4.3 主要应用主要应用、利用贯入器采取的扰动样，进行土层定名、利用贯入器采取的扰动样，进行土层定名（GB50021-2001GB50021-2001）、判别饱和砂土、粉土的液化、判别饱和砂土、粉土的液化建筑抗震设计规建筑抗震设计规范范 （GB50011-2001GB50011-2001）、划分花岗岩、划分花岗岩风化带风化带岩土工程勘岩土工程勘察规范察规范（福建省工程建（福建省工程建设地方标准）设地方标准）（DBJ13-84-DBJ13-84-20062006）、估算地基承载力、估算地基承载力岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范（福建省工程建设地方（福建省工程建设地方标准）（标准）（DBJ13-84-DBJ13-84-20062006）、关于应用标贯击数时是否需要修正的问题、关于应用标贯击数时是否需要修正的问题 1 1）、）、岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范（GB50021-2001GB50021-2001）、）、建筑建筑抗震设计规范抗震设计规范（GB50011-2001GB50011-2001）不需要进行修正；）不需要进行修正；2 2）、）、建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007-2002GB50007-2002）中判）中判断砂土密实度时不需要修正，确定地基承载力时需要修正；断砂土密实度时不需要修正，确定地基承载力时需要修正；3 3）、其它国内外规范对该问题也有不同规定。）、其它国内外规范对该问题也有不同规定。因此，由于各种规范的意见不统一，所以勘察报告首先因此，由于各种规范的意见不统一，所以勘察报告首先提供未经修正的实测值，这是基本数据。然后在应用时，根提供未经修正的实测值，这是基本数据。然后在应用时，根据当地积累资料时的具体情况，确定是否修正和如何修正。据当地积累资料时的具体情况，确定是否修正和如何修正。福建省工程建设地方标准福建省工程建设地方标准岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范（DBJ13-84-2006DBJ13-84-2006）对该问题做出明确规定如下：）对该问题做出明确规定如下：The endThe end5.1 5.1 定义定义u十字板剪切试验十字板剪切试验(FVSTFVST：field vane shear test)field vane shear test)是用插入软粘土中的十字板是用插入软粘土中的十字板头，以一定的速率旋转，测头，以一定的速率旋转，测出土的出土的抵抗力矩抵抗力矩，然后换算，然后换算成土的成土的抗剪强度抗剪强度的一种测试的一种测试方法方法5 5 野外十字板剪切试验野外十字板剪切试验u优点优点不不用用取取样样，特特别别是是对对难难以以取取样样的的灵灵敏敏度度高高的的粘粘性性土土，可可以以在在现现场场对对基基本本上上处处于于天天然然应应力力状状态态下下的的土土层层进进行行扭扭剪剪。所求所求软土抗剪强度指标比其他方法都可靠软土抗剪强度指标比其他方法都可靠野外测试设备轻便，操作容易野外测试设备轻便，操作容易测试速度较快，效率高，成果整理简单测试速度较快，效率高，成果整理简单u缺点缺点仅仅适适用用于于江江河河湖湖海海的的沿沿岸岸地地带带的的软软土土，适适应应范范围围有有限限，对对硬硬塑塑粘粘性性土土和和含含有有砾砾石石杂杂物物的的土土不不宜宜采采用用，否否则则会会损损伤十字板头伤十字板头 FVSTFVST主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强度主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强度M1H HDM2时：4.2 4.2 测试原理测试原理4.3 4.3 测试设备测试设备(1)(1)压入主机压入主机(2)(2)十字板头十字板头(3)(3)扭力传感器扭力传感器(4)(4)量测扭力的仪表量测扭力的仪表(5)(5)施加扭力装置施加扭力装置(6)(6)其它（探杆等）其它（探杆等）4.4 4.4 测试步骤测试步骤4.4.1 4.4.1 扭力传感器率定扭力传感器率定将板头与传感器连接，拧紧将板头与传感器连接，拧紧后，把板头插入率定仪的规后，把板头插入率定仪的规定座内定座内逐级施加扭矩，并记录仪表逐级施加扭矩，并记录仪表的读数，直到传感器的最大的读数，直到传感器的最大容许扭矩容许扭矩绘制扭矩与读数的关系曲线，绘制扭矩与读数的关系曲线，确定传感器的率定系数确定传感器的率定系数M M4.4.2 4.4.2 现场十字板剪切测试现场十字板剪切测试（1 1）平整场地，安装机架，并固定）平整场地，安装机架，并固定（2 2）把板头压至测试深度）把板头压至测试深度（3 3）卡住钻杆，并调零）卡住钻杆，并调零（4 4）转动手柄，旋转钻杆，使板头产生扭矩）转动手柄，旋转钻杆，使板头产生扭矩(每每1010秒使摇秒使摇柄转动一圈，每转动一圈测记应变读数一次柄转动一圈，每转动一圈测记应变读数一次)（5 5）测量扭矩直至峰值出现）测量扭矩直至峰值出现（6 6）松动钻杆）松动钻杆（7 7）完全扰动测试土体，重复）完全扰动测试土体，重复2-52-5测量扰动土的剪切强度测量扰动土的剪切强度注意事项：注意事项：应应先先将将电电缆缆穿穿过过施施加加扭扭力力装装置置的的中中心心孔孔，然然后后再再穿穿入入探杆探杆在扭剪前，应读取初始读数或将仪器调零在扭剪前，应读取初始读数或将仪器调零匀速转动手摇柄，摇柄每转一圈，十字板头旋转一度匀速转动手摇柄，摇柄每转一圈，十字板头旋转一度测测试试重重塑塑土土时时，用用扳扳手手或或管管钳钳快快速速将将探探杆杆顺顺时时针针方方向向旋旋转转6 6圈圈，使使十十字字板板头头周周围围的的土土充充分分扰扰动动后后，立立即即拧拧紧紧钻杆夹具钻杆夹具4.5 4.5 测试数据处理测试数据处理u计算土的抗剪强度计算土的抗剪强度 Cu Cu十字板剪切试验记录表十字板剪切试验记录表转角转角（度）（度）原状土原状土重塑土重塑土灵敏度灵敏度StSt应变仪读数应变仪读数剪应力（剪应力（kPakPa）应变仪读数应变仪读数剪应力（剪应力（kPakPa）5 5101020201010222225251515474732322020747436362525101101353530301081083535353510110135354040969635354545898935355050828214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.8u计算重塑土的抗剪强度计算重塑土的抗剪强度u计算土的灵敏度计算土的灵敏度S St t十字板剪切试验记录表十字板剪切试验记录表转角转角（度）（度）原状土原状土重塑土重塑土灵敏度灵敏度StSt应变仪读数应变仪读数剪应力（剪应力（kPakPa）应变仪读数应变仪读数剪应力（剪应力（kPakPa）5 5101020201010222225251515474732322020747436362525101101353530301081083535353510110135354040969635354545898935355050828214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.828.035.044.850.449.049.049.049.049.0十字板剪切试验记录表十字板剪切试验记录表转角转角（度）（度）原状土原状土重塑土重塑土灵敏度灵敏度StSt应变仪读数应变仪读数剪应力（剪应力（kPakPa）应变仪读数应变仪读数剪应力（剪应力（kPakPa）5 5101020201010222225251515474732322020747436362525101101353530301081083535353510110135354040969635354545898935355050828214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.828.035.044.850.449.049.049.049.049.03.0绘制抗剪强度与转角的关系曲线绘制抗剪强度与转角的关系曲线4.6 4.6 测试精度影响因素测试精度影响因素u十字板头的旋转速率十字板头的旋转速率剪切（旋转）速率越大，抗剪强度越大，应规定一个剪切（旋转）速率越大，抗剪强度越大，应规定一个统一的旋转速率（统一的旋转速率（1/101/10s s）对一般粘性土，最大的抗剪强度出现在对一般粘性土，最大的抗剪强度出现在20-3020-30之间，所之间，所用时间为用时间为3-53-5minmin，属不排水抗剪强度属不排水抗剪强度u土的各向异性土的各向异性在板头范围内，土的非均一性在板头范围内，土的非均一性天然土层的抗剪强度的非等向性天然土层的抗剪强度的非等向性u十字板头的规格十字板头的规格指十字板头的形状、板厚及轴杆直径指十字板头的形状、板厚及轴杆直径板厚及轴杆直径越大，板头插入土中对土的扰动越板厚及轴杆直径越大，板头插入土中对土的扰动越大，抗剪强度越小大，抗剪强度越小7575mm150mmmm150mm，厚厚3 3mmmm，轴径轴径1616mmmm50mm100mm50mm100mm，厚厚2 2mmmm，轴径轴径1313mmmmu排水条件排水条件测定的结果为土的不排水抗剪强度（测定的结果为土的不排水抗剪强度（=0=0时的时的C C值），值），但实际测试中，已有部分排水，所测但实际测试中，已有部分排水，所测C Cu u值偏大，应值偏大，应修正修正4.7 4.7 结果的应用结果的应用u估算地基容许承载力估算地基容许承载力 对于内摩擦角为零的饱和软粘土，可以用下式估算对于内摩擦角为零的饱和软粘土，可以用下式估算地基容许承载力地基容许承载力 R R R R=2=2C Cu u+h h式中：式中：基础底面以上土的容重基础底面以上土的容重 h h基础埋深基础埋深u预估单桩承载力预估单桩承载力 在饱和软粘土中，单桩的在饱和软粘土中，单桩的极限端阻力极限端阻力q qp p和和极限侧摩极限侧摩阻力阻力q qf f可由下式计算可由下式计算u求软粘土灵敏度求软粘土灵敏度 野外十字板剪切实验是确定软粘土灵敏度的最可野外十字板剪切实验是确定软粘土灵敏度的最可靠的方法靠的方法u其它其它 如确定地基土的强度如确定地基土的强度5 5 动力触探动力触探5.1 5.1 定义定义u动力触探测试动力触探测试(DPT:dynamic DPT:dynamic penetration test)penetration test)：是利用一定的是利用一定的锤击动能锤击动能，将一，将一定规格的探头打入土中，根据定规格的探头打入土中，根据打入土的难易程度（可用打入土的难易程度（可用贯入贯入度、锤击数或探头单位面积动度、锤击数或探头单位面积动贯入阻力贯入阻力来表示）判定土层性来表示）判定土层性质的一种原位测试的方法质的一种原位测试的方法优点优点（1 1）设备简单，且坚固耐用）设备简单，且坚固耐用（2 2）操作及测试方法容易，一学就会）操作及测试方法容易，一学就会（3 3）适用性广）适用性广（4 4）快速，经济，能连续测试土层）快速，经济，能连续测试土层（5 5）有些动力触探，可同时取样，观）有些动力触探，可同时取样，观察描述察描述（6 6）经验丰富，使用广泛）经验丰富，使用广泛u分类分类依据为穿心锤的重量和探头类型依据为穿心锤的重量和探头类型u标贯与一般动探的主要区别在于探头不同标贯与一般动探的主要区别在于探头不同5.2 5.2 测试原理测试原理lDPT DPT 的基本原理可以用能量平衡法来分析的基本原理可以用能量平衡法来分析u在在一一次次锤锤击击作作用用下下的的功功能能转转换换按按能能量量守守恒恒原原理理，其关系可写成：其关系可写成：E Em m=E Ek k+E+Ec c+E+Ef f+E+Ep p+E+Ee e 式中：式中：E Em m-穿心锤下落能量穿心锤下落能量 E Ek k-锤与触探器碰幢时损失的能量锤与触探器碰幢时损失的能量 E Ec c-触探器弹性变形所消耗的能量触探器弹性变形所消耗的能量 E Ef f-贯入时用于克服杆侧壁磨阻力所耗能量贯入时用于克服杆侧壁磨阻力所耗能量 E Ep p-由于土的塑性变形而消耗的能量由于土的塑性变形而消耗的能量 E Ee e-由于土的弹性变形而消耗的能量由于土的弹性变形而消耗的能量u考虑在动力触探测试中，只能量测到土的永久变形，故考虑在动力触探测试中，只能量测到土的永久变形，故将和弹性有关的变形略去，通过推导可得土的动贯入阻将和弹性有关的变形略去，通过推导可得土的动贯入阻力力R Rd d为：为：u其中：其中：ee贯入度（贯入度（mmmm），），每击贯入的深度；每击贯入的深度；MM重锤质量；重锤质量；mm触探器质量；触探器质量；AA圆锥探头底面积（圆锥探头底面积（m m2 2）（一）轻型动力触探（一）轻型动力触探（1 1）先用轻便钻具钻至试验土层标高以上）先用轻便钻具钻至试验土层标高以上0.30.3m m处，然后对处，然后对土层进行连续触探土层进行连续触探（2 2）试验时，穿心锤落距为）试验时，穿心锤落距为0.500.020.500.02m m，记录每打入记录每打入0.300.30m m所需的锤击数所需的锤击数（3 3）如想取样，则需把触探杆拔出，换钻头进行取样）如想取样，则需把触探杆拔出，换钻头进行取样（4 4）一般用于触探深度小于）一般用于触探深度小于4 4m m的土层的土层（二）中型动力触探（省略）（二）中型动力触探（省略）5.3 5.3 测试程序与要求测试程序与要求（三）重型动力触探（三）重型动力触探（1 1）试验前将触探架安装平稳，使触探保持垂直地进行试验前将触探架安装平稳，使触探保持垂直地进行 垂直度的最大偏差不得超过垂直度的最大偏差不得超过2%2%（2 2）贯入时应使穿心锤自由落下）贯入时应使穿心锤自由落下 地面上的触探杆的高度不宜过高，以免倾斜与摆动太大地面上的触探杆的高度不宜过高，以免倾斜与摆动太大（3 3）锤击速率宜为每分钟）锤击速率宜为每分钟15-3015-30击击（4 4）及时记录每贯入）及时记录每贯入0.100.10m m所需的锤击数所需的锤击数（5 5）对对于于一一般般砂砂、圆圆砾砾和和卵卵石石，触触探探深深度度不不宜宜超超过过12-1512-15m m；超超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响（6 6）每贯入）每贯入0.10.1m m所需锤击数连续三次超过所需锤击数连续三次超过5050击时，即停止试验击时，即停止试验5.4 5.4 测试数据处理测试数据处理1.1.实测击数的统计分析实测击数的统计分析a.a.每层每层实测击数的算术平均值。实测击数的算术平均值。x-x-脚标代表锤重。脚标代表锤重。式中，式中，N Nx x 的平均值的平均值 N Nx x实测锤击数实测锤击数 nn参加统计的测点数参加统计的测点数对于对于轻型动力触探轻型动力触探为每贯入为每贯入3030cmcm的锤击数的锤击数对于对于中型、重型中型、重型为每贯入为每贯入1010cmcm的锤击数的锤击数分别为10，28，63.5，120等b.b.如果土很硬，完全贯入很难，则：如果土很硬，完全贯入很难，则：对于标贯有对于标贯有 式中，式中，NSPTNSPT锤击数；锤击数；n n实际贯入深度的实测击数实际贯入深度的实测击数 ss实际贯入深度实际贯入深度中型动力触探杆长修正系数中型动力触探杆长修正系数探杆长度l（m）1 12 23 34 45 56 68 81010121215151.001.000.960.960.900.900.850.850.830.830.810.810.780.780.760.760.750.750.740.742.2.击数的杆长修正（对于中、重型动力触探）击数的杆长修正（对于中、重型动力触探）3.3.绘制绘制N Nx x-H-H曲线曲线 5.5 5.5 测试精度影响因素测试精度影响因素（1 1）动力触探的有效锤击能量）动力触探的有效锤击能量 有效锤击能量的大小是影响动力触探成果有效锤击能量的大小是影响动力触探成果N N值的最主要值的最主要因素因素探头的单位探头的单位动贯入阻力和锤击数成正比关系动贯入阻力和锤击数成正比关系，因此可以，因此可以用探头的动贯入阻力作为动力触探的成果，评价土的工用探头的动贯入阻力作为动力触探的成果，评价土的工程性质程性质动力触探探头大小、穿心锤重量等差别较大，可以用动力触探探头大小、穿心锤重量等差别较大，可以用动动贯入阻力贯入阻力将各种动探做归一化处理，即可相互通用。将各种动探做归一化处理，即可相互通用。（2 2）测试设备与方法的标准化）测试设备与方法的标准化落锤技术比较关键落锤技术比较关键人力牵引的锤击数要小于自动落锤的锤击数人力牵引的锤击数要小于自动落锤的锤击数自动落锤的锤击数再现性好，结果可靠自动落锤的锤击数再现性好，结果可靠人力牵引落锤的锤击数需修正，建议采用自动落锤技人力牵引落锤的锤击数需修正，建议采用自动落锤技术术（3 3）动力触探设备贯入能力）动力触探设备贯入能力动力触探的设备贯入能力由锤重、落距、探头截面形动力触探的设备贯入能力由锤重、落距、探头截面形状等决定状等决定在软土中测试，应采用轻型动力触探，以获得较高的在软土中测试，应采用轻型动力触探，以获得较高的精度精度在砾石等土中，应用重型或超重型的动力触探，以获在砾石等土中，应用重型或超重型的动力触探，以获得有效的贯入得有效的贯入不同类型的动力触探适宜于不同土层，轻型不大于不同类型的动力触探适宜于不同土层，轻型不大于10m10m，重型的为，重型的为14-25m14-25m，超重型的可达，超重型的可达40m40m（4 4）探杆长度的影响）探杆长度的影响u我国我国建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GBJ7-89GBJ7-89）中规定）中规定应对杆长进行修正应对杆长进行修正钻（探）杆长度校正系数钻（探）杆长度校正系数表表探杆长度l（m）3 36 69 912121515181821211 10.90.92 20.0.86860.80.81 10.0.77770.0.73730.70.70 0（5 5）钻进方式的影响）钻进方式的影响在标贯试验中，在测试前不能采用冲击钻进，必须在标贯试验中，在测试前不能采用冲击钻进，必须采用回转钻进方式采用回转钻进方式在砂层中钻进应采用泥浆护壁在砂层中钻进应采用泥浆护壁（6 6）土的深度（土的有效上覆压力）的影响）土的深度（土的有效上覆压力）的影响（7 7）探杆偏斜影响）探杆偏斜影响5.6 5.6 测试成果的应用测试成果的应用（1 1）划分土类或土层剖面划分土类或土层剖面锤击数越少，土的颗粒越锤击数越少，土的颗粒越细；锤击数越多，土的细；锤击数越多，土的颗粒越粗颗粒越粗动力触探直方图及土层划分动力触探直方图及土层划分（2 2）确定地基土承载力确定地基土承载力 N土类10153050中、粗砂180250340500粉、细砂140180250340砂土地基容许承载力（砂土地基容许承载力（kPakPa）（）（标贯法）标贯法）粘性土、粉土地基承载力粘性土、粉土地基承载力（中型动力触探）中型动力触探）N28234681012fk(kPa)120150180240290350400（3 3）确定单桩容许承载力）确定单桩容许承载力MeyerhofMeyerhof法法式中：式中：B B为桩宽度或直径为桩宽度或直径 mm，h h为桩进入砂层的深度为桩进入砂层的深度 mm日本法日本法式中：式中：N1N1为桩端处的为桩端处的N N值值，N2N2为桩尖上为桩尖上1010B B范围内的平均范围内的平均N N值值6 6 扁铲侧胀试验扁铲侧胀试验6.1 6.1 定义定义用精力或锤击动力把扁铲形探头贯入土中，达预订用精力或锤击动力把扁铲形探头贯入土中，达预订试验深度后，利用气压使扁铲侧面的圆形钢膜向外试验深度后，利用气压使扁铲侧面的圆形钢膜向外扩张进行试验扩张进行试验可作为一种特殊的旁压试验可作为一种特殊的旁压试验适用于适用于黏性土、粉土、中密以下砂土和黄土黏性土、粉土、中密以下砂土和黄土等等不适用于含不适用于含碎石的土、风化岩碎石的土、风化岩等等u优点优点试验简单、快速、重复性好试验简单、快速、重复性好连连接示意接示意图图 测试测试示意示意图图6.2 6.2 基本原理基本原理u扁胀试验时膜向外扩张可假设为在无限弹性介质中扁胀试验时膜向外扩张可假设为在无限弹性介质中在圆形面积上施加均布荷载在圆形面积上施加均布荷载P P，如弹性介质的弹性，如弹性介质的弹性模量为模量为E E，泊松比为，泊松比为u u，膜的半径为，膜的半径为R R（R R=30mm=30mm），膜），膜中心的外移为中心的外移为s s，则，则如把定义为扁胀模量s为1.10mm，则上式变为（1 1）扁胀模量）扁胀模量（2 2）扁账水平应力指数）扁账水平应力指数作用在扁胀仪上的原位应力作用在扁胀仪上的原位应力 即，水平有效应力即，水平有效应力 与竖向有效应力与竖向有效应力 之比，可定义为水平应力指数：之比，可定义为水平应力指数：（3 3）扁账指数）扁账指数（4 4）扁账孔压指数）扁账孔压指数6.3 6.3 仪器设备及试验技术仪器设备及试验技术u扁铲形探头的尺寸长扁铲形探头的尺寸长230230240mm240mm、宽、宽949496mm96mm、厚、厚141416mm16mm。铲缘刃角为铲缘刃角为1212度度1616度，在扁铲的一侧面为一直径度，在扁铲的一侧面为一直径60mm60mm的钢膜的钢膜 u探头可与静力触探的探杆或钻杆连接，对探杆的要求与静力触探头可与静力触探的探杆或钻杆连接，对探杆的要求与静力触探相同探相同u量测仪表为静探测量仪，并前置控制箱量测仪表为静探测量仪，并前置控制箱 （1 1）扁铲形探头和量测仪器）扁铲形探头和量测仪器（2 2）扁胀试验技术要求）扁胀试验技术要求 试验时，测定三个钢膜僮的压力试验时，测定三个钢膜僮的压力A A，B B，C C 压力压力A A为当膜片中心刚开始向外扩张，向垂直扁铲周为当膜片中心刚开始向外扩张，向垂直扁铲周围的土体水平位移围的土体水平位移0.050.05（+0.02+0.02，-0.00-0.00）mmmm时作用时作用在膜片内侧的气压在膜片内侧的气压压力压力B B为膜片中心外移达为膜片中心外移达1.100.03mm1.100.03mm时作用在膜片时作用在膜片内侧的气压内侧的
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