岩土工程测试技术岩土的原位测试技术-课件

, , , , , ,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,岩土工程测试技术岩土的原位测试技术 PPT,1,概述,1.1,概念,指现场基本保持地基土的天然结构、天然含水量、天然应力状态的情况下，测定地基土的物理,-,力学性质指标的试验方法,不需经过钻探取样，直接测定岩土力学性质，更能真实反映岩土的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,(,土体体积大、代表性好,),，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,可重复进行验证，缩短试验周期,1.2,优点（与室内试验比较）,土体原位测试方法很多，可以归纳为下列两类：,(1),土层剖面测试法(,logging or stratigraphic profiling methods),：主要包括静力触探、动力触探、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。,(2),专门测试法(,specific test methods),：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、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,1.3,土体原位测试的种类,根据不同的测试方法（包括,CPT、DPT、PLT、PMT、FVST、SDPT），,其应用可归纳为：,（1） 土层土类划分,（2） 确定天然地基承载力,（3） 测定土的物理力学性质指标（,C,、,）,（4） 在桩基勘察中的应用,（5） 评价砂土和粉土的地震液化,（6） 求解土的固结系数、渗透系数及不排水抗剪强度等,（7） 检验压实填土的质量及强夯效果,（8） 进行浅基础的沉降计算,（9）,1.4,土体原位测试的应用,2,静力载荷试验,2.1,定义及特点,平板静力载荷试验(,PLT: plate load test)，,简称载荷试验,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,优点：,对地基土不产生扰动，结果最可靠、最具有代表性，可直接用于工程设计,是确定承载力的最主要方法,缺点：,价格昂贵、费时,大家学习辛苦了，还是要坚持,继续保持安静,现场载荷试验,千斤顶,荷载板,2.2,静力载荷试验设备,加载稳压系统,承压板、加载千斤顶、稳压器、油泵、油管等组成,反力系统,有堆载式、撑壁式、锚固式等,量测系统,压力表、百分表或位移传感器,（,1,）载荷测试一般在方形坑中进行,（,2,）安装设备,（,3,）分级加荷,加荷原则：第一级为坑底原有重力，后每级按：中低压缩性土50,kPa，,高压缩性土25,kPa，,特软土为10,kPa,2.3,静力载荷试验方法,（,4,）观测每级荷载下的沉降,观测时间间隔：加荷开始后，按间隔,5,、,5,、,10,、,10,、,15,、,15min,观测沉降；以后每30,min,进行一次,稳定的标准,连续两小时内每小时的沉降量,0.1mm,时，本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,24h,以上，对于正常固结粘土要,8h，,对于老粘土、砂土、砾石等要4,h,（,5,）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,结束试验的标准,当下述情况出现时即可停止实验,a),承压板周围的土体出现裂缝或隆起，沉降的很快,b),在荷载不变的情况下，沉降速率加速发展或接近一个常数。压力沉降曲线出现明显拐点,c),总沉降量超过承压板宽度（或直径）的1/10,（,6,）当需要卸载观测回弹时，每级卸荷量可为加荷量的2倍，历时1,h，,每隔15,min,观测一次。荷载完全卸除后，继续观测,3h,2.4,测试数据整理,压力沉降量关系曲线,P-s,曲线的特征：,段直线段,段曲线段,段直线段,P,0,P,u,P,o,S,（1）,以压力为依据,Ps,曲线上的两个特征点,比例极限,P,0,(,临塑荷载,P,cr,)： P-s,曲线上第一直线段的终点对应的荷载，可以作为砂土、超固结粘土、砾石土的承载力,极限承载力,P,u,： P-s,曲线上的第二个拐点对应的荷载,2.4.1,地基的承载力可用下述方法确定,确定地基的容许承载力,R,R=,P,cr,R=,P,u,/F，,安全系数,F=2,3,P,0,P,u,P,o,S,（2）以相对沉降量为依据,对中、高压缩性土，地基受压破坏形式为局部剪切破坏或冲剪破坏，,P-s,曲线无明显拐点。这时用,P-s,曲线上沉降量,s,与承压板的宽度,B,之比为0.02所对应的压力为地基容许承载力,对砂土和新近沉积的粘性土则采用,s/B=0.01-0.015,所对应的压力,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,可由,P-s,曲线的直线变形段，按弹性理论公式求得，下式适用于同一层位的均匀地基,2.4.2,计算变形模量,E,0,2.5,测试精度影响因素,（,1,）承压板的尺寸,B,45cm(5000cm,2,),时，沉降量随,B,的增加而降低,B,45cm(5000cm,2,),时，沉降量随,B,的增加而增加,由于基础宽度一般均超过30,cm，,所以,B,不宜太小,S,(mm),0,45,B(cm),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,所以承压板的面积应适中,1000cm,2,A,5000cm,2,（,2,）承压板埋深,载荷测试的影响深度一般为1.5-2倍承压板宽度（或直径）,在影响深度范围内土性应保持一致，否则测试成果就不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，应分层做载荷试验,如果土层较薄，达不到2倍承压板的宽度，就应采用小的承压板或螺旋板载荷试验,2.6,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,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,10,15m,2.7,水平载荷试验,地基土水平载荷试验,单桩水平载荷试验,3.1,定义,静力触探(,Static Cone Penetration Test,简称,CPT),是借助机械把一定规格的圆锥形探头匀速压入土中，通过测定,探头的端阻,q,、侧壁摩阻力,f,来确定土体的物理力学参数，划分土层的一种土体勘测技术,3,静力触探试验,3.2,测试设备与种类,设备组成：,触探主机和反力装置,触探主机可分为液压式和机械式,反力装置可分为自重式和锚式,测量与记录显示装置,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，反力装置为地锚式,触探主机为机械传动式的，反力装置为地锚式,3.3,静力触探探头,工作原理,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，探头所受到的压力越大,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,国际标准探头的规格,锥头顶角60、底面积10,cm,2,、,侧壁摩擦筒面积150,cm,2,、,透水石在锥底,3.3,测试原理,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和电桥原理,土的强度土的阻力传感器的应变电阻的变化电压的输出电子仪器的放大和输出,I,电流,R,电阻,U,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,P,s,：,比贯入阻力，,q,c,：,锥尖阻力，,f,s,：,侧壁摩阻力，,u,w,：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,率定的目的是求出测量仪表的读数与荷载之间的关系率定系数,率定的设备可分为两个主要部分1.可移动的活动架2.量力环,3.4,测试步骤,探头率定的步骤:,a.,安装设备,b.,把连着电缆线和记录仪表的探头安装上,c.,旋转手轮施加压力，边记录仪表上的读数,d.,画压力读数曲线，一般情况下应该是直线,e.,求率定系数,KK,等于直线的斜率,x,0,野外测试的关键步骤:,a.,布孔位，平整场地,b.,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,c.,将探头、测量电缆、探杆连接起来，并检查测量仪表，并调零,d.,将连着探杆的探头压入地下,，,同时记录深度值和测量仪表的数据,注意事项,(1),触探机就位后，应调平机座，并使用水平尺校准，使贯入压力保持竖直方向，并使机座与反力装置衔接、锁定,(2),触探机的贯入速率应控制在1-2,cm/s,，一般为2,cm/s；,使用手摇式触探机时，手把转速应力求均匀,(3),使用记读式仪器时，每贯入0.1,m,或0.2,m,时应记录一次读数,(4),遇下列情况时应停止贯入：,a、,触探主机负荷达到其额定荷载的120%时,b、,贯入时探杆出现明显弯曲,c、,反力装置失效,d、,探头负荷达到额定荷载时,e、,记录仪器显示异常,3.5.1,初读数的处理,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,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，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, = ,1,- ,o,式中：,应变量，,1,探头压入时的读数,o,初读数,3.5,测试数据的处理,3.5.2,贯入阻力的计算,将电阻应变仪测出的应变量,，换算成比贯入阻力,p,s,（单桥探头），或锥头阻力,q,c,及侧壁摩擦力,f,s,(,双桥探头,),，计算公式如下：,式中：,a,、,a,l,、,a,2,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，,MPa,、,q,、,f,单桥探头、双桥探头的锥头及侧壁传感器的应变量，,3.5.3,摩阻比的计算,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和侧壁摩擦力的比值，即,（,2,）绘制触探参数随深度的变化曲线,包括,q,c,-H，f,s,-H，F,R,-H,CPT,在土木工程中的应用特别广泛,（,1,）土层划分,绘制,CPT,的贯入曲线（包括,q,c,-H，f,s,-H，F,R,-H,），,然后根据相近的,q,c,、f,s,和,F,R,，,将触探孔分层力学分层，并计算各参数的平均值,结合钻探取样，考虑临界深度进一步分层工程地质分层，并定土名,3.6,测试成果的应用,临界深度,模型试验及实测表明，地表厚层均质土的贯入阻力自地表向下是逐渐增大的。当超过一定深度后，阻力才趋近一个常数值，这个土层表面一定深度就称为临界深度,临界深度在砂土中表现明显，在粘土中基本不存在,（,2,）土类划分,单桥探头根据,Ps,，,Ps,大的一般为砂层，,Ps,小的一般为粘土层,双桥探头,在划分土类时，以,q,c,为主，结合,f,s,（,或,R,f,），,并在同一层内的触探参数值基本相近为原则,不同的土有不同的,R,f,，,砂类土,R,f,通常小于或等于1，粘性土,R,f,常大于2,CPT,可以确定,如,c, C,u, D,r, E,s, ,sat,等土的物理力学性质指标,（,3,）确定土的物理力学性质指标,（,4,）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，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,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,f,0,与,P,S,(q,c,),经验关系式(,Mp,a,),经统计分析，有人提出：,式中,、,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。,静力触探法计算单桩极限承载力的基本公式如下：,（,5,）确定单桩的承载力,a.,国外法,b.,国内的方法,铁路系统法单桩的容许承载力,4,标准贯入试验,4.1,定义,标准贯入试验（简称为,SPT,）,在现场用质量为,63.5kg,的穿心锤，以落距,76cm,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,15cm,，然后记录再打入,30cm,的锤击数的原位试验,4.2,计数方法,、将贯入器预先打入,15cm,，不计数；,、然后开始记录每,10cm,的击数，累计打入,30cm,；,、最后将,30cm,的击数累加。,一般表示为：,N=5+6+5 ,、如果击数达到,50,击时，贯入深度还未达到,30cm,，则,可停止试验，记录,50,击时的实际贯入深度，然后再,换算成,30cm,的击数，即,N=30*50/S,；,、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 “反弹”,、判别砂土的密实度,（,GB50021-2019,）,4.3,主要应用,、利用贯入器采取的扰动样，进行土层定名,（,GB50021-2019,）,、判别饱和砂土、粉土的液化,建筑抗震设计规范,（,GB50011-2019,）,、划分花岗岩风化带,岩土工程勘察规范,（福建省工程建设地方标准）,（,DBJ13-84-2019,）,、估算地基承载力,岩土工程勘察规范,（福建省工程建设地方标准）（,DBJ13-84-2019,）,、关于应用标贯击数时是否需要修正的问题,1,）、,岩土工程勘察规范,（,GB50021-2019,）、,建筑抗震设计规范,（,GB50011-2019,）不需要进行修正；,2,）、,建筑地基基础设计规范,（,GB50007-2019,）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；,3,）、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。,福建省工程建设地方标准,岩土工程勘察规范,（,DBJ13-84-2019,）对该问题做出明确规定如下：,The end,5.1,定义,十字板剪切试验(,FVST： field vane shear test),是用插入软粘土中的十字板头，以一定的速率旋转，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪强度的一种测试方法,5,野外十字板剪切试验,优点,不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的粘性土，可以在现场对基本上处于天然应力状态下的土层进行扭剪。所求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,测试速度较快，效率高，成果整理简单,缺点,仅适用于江河湖海的沿岸地带的软土，适应范围有限，对硬塑粘性土和含有砾石杂物的土不宜采用，否则会损伤十字板头,FVST,主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强度,M,1,H,D,M,2,时：,4.2,测试原理,4.3,测试设备,(1),压入主机,(2),十字板头,(3),扭力传感器,(4),量测扭力的仪表,(5),施加扭力装置,(6),其它（探杆等）,4.4,测试步骤,4.4.1,扭力传感器率定,将板头与传感器连接，拧紧后，把板头插入率定仪的规定座内,逐级施加扭矩，并记录仪表的读数，直到传感器的最大容许扭矩,绘制扭矩与读数的关系曲线，确定传感器的率定系数,M,4.4.2,现场十字板剪切测试,（,1,）平整场地，安装机架，并固定,（,2,）把板头压至测试深度,（,3,）卡住钻杆，并调零,（,4,）转动手柄，旋转钻杆，使板头产生扭矩(每10秒使摇柄转动一圈，每转动一圈测记应变读数一次),（,5,）测量扭矩直至峰值出现,（,6,）松动钻杆,（,7,）完全扰动测试土体，重复2-5测量扰动土的剪切强度,注意事项：,应先将电缆穿过施加扭力装置的中心孔，然后再穿入探杆,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,测试重塑土时，用扳手或管钳快速将探杆顺时针方向旋转6圈，使十字板头周围的土充分扰动后，立即拧紧钻杆夹具,4.5,测试数据处理,计算土的抗剪强度,Cu,十字板剪切试验记录表,14.0,30.8,65.8,103.6,141.4,151.2,141.4,134.4,124.6,114.8,计算重塑土的抗剪强度,计算土的灵敏度,S,t,十字板剪切试验记录表,14.0,30.8,65.8,103.6,141.4,151.2,141.4,134.4,124.6,114.8,28.0,35.0,44.8,50.4,49.0,49.0,49.0,49.0,49.0,十字板剪切试验记录表,14.0,30.8,65.8,103.6,141.4,151.2,141.4,134.4,124.6,114.8,28.0,35.0,44.8,50.4,49.0,49.0,49.0,49.0,49.0,3.0,绘制抗剪强度与转角的关系曲线,4.6,测试精度影响因素,十字板头的旋转速率,剪切（旋转）速率越大，抗剪强度越大，应规定一个统一的旋转速率（1/10,s）,对一般粘性土，最大的抗剪强度出现在20-30之间，所用时间为3-5,min，,属不排水抗剪强度,土的各向异性,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,十字板头的规格指十字板头的形状、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大，抗剪强度越小75,mm150mm，,厚3,mm，,轴径16,mm50mm100mm，,厚2,mm，,轴径13,mm,排水条件测定的结果为土的不排水抗剪强度（,=0时的,C,值），但实际测试中，已有部分排水，所测,C,u,值偏大，应修正,4.7,结果的应用,估算地基容许承载力 对于内摩擦角为零的饱和软粘土，可以用下式估算地基容许承载力,R,R,=2,C,u,+,h,式中：,基础底面以上土的容重,h,基础埋深,预估单桩承载力 在饱和软粘土中，单桩的极限端阻力,q,p,和极限侧摩阻力,q,f,可由下式计算,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靠的方法,其它 如确定地基土的强度,5,动力触探,5.1,定义,动力触探测试(,DPT: dynamic penetration test)：,是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据打入土的难易程度（可用贯入度、锤击数或探头单位面积动贯入阻力来表示）判定土层性质的一种原位测试的方法,优点,（1）设备简单，且坚固耐用,（2）操作及测试方法容易，一学就会,（3）适用性广,（4）快速，经济，能连续测试土层,（5）有些动力触探，可同时取样，观察描述,（6）经验丰富，使用广泛,分类,依据为穿心锤的重量和探头类型,标贯与一般动探的主要区别在于探头不同,5.2,测试原理,DPT,的基本原理可以用能量平衡法来分析,在一次锤击作用下的功能转换按能量守恒原理，其关系可写成：,E,m,=E,k,+E,c,+E,f,+E,p,+E,e,式中：,E,m,-,穿心锤下落能量,E,k,-,锤与触探器碰幢时损失的能量,E,c,-,触探器弹性变形所消耗的能量,E,f,-,贯入时用于克服杆侧壁磨阻力所耗能量,E,p,-,由于土的塑性变形而消耗的能量,E,e,-,由于土的弹性变形而消耗的能量,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力,R,d,为：,其中：,e,贯入度（,mm），,每击贯入的深度；,M,重锤质量；,m,触探器质量；,A,圆锥探头底面积（,m,2,）,（一）轻型动力触探,（1）先用轻便钻具钻至试验土层标高以上0.3,m,处，然后对土层进行连续触探,（2）试验时，穿心锤落距为0.500.02,m，,记录每打入0.30,m,所需的锤击数,（3）如想取样，则需把触探杆拔出，换钻头进行取样,（4）一般用于触探深度小于4,m,的土层,（二）中型动力触探（省略）,5.3,测试程序与要求,（三）重型动力触探,（1）,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2%,（2）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,（3）锤击速率宜为每分钟15-30击,（4）及时记录每贯入0.10,m,所需的锤击数,（5）对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过12-15,m；,超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响,（6）每贯入0.1,m,所需锤击数连续三次超过50击时，即停止试验,5.4,测试数据处理,1. 实测击数的统计分析,a.,每层实测击数的算术平均值。,x-,脚标代表锤重。,式中，,N,x,的平均值,N,x,实测锤击数,n,参加统计的测点数,对于轻型动力触探为每贯入30,cm,的锤击数,对于中型、重型为每贯入10,cm,的锤击数,分别为10，28，63.5，120等,b.,如果土很硬，完全贯入很难，则：,对于标贯有,式中，,NSPT,锤击数；,n,实际贯入深度的实测击数,s,实际贯入深度,中型动力触探杆长修正系数,2.击数的杆长修正（对于中、重型动力触探）,3. 绘制,N,x,-H,曲线,5.5,测试精度影响因素,（,1,）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,N,值的最主要因素,探头的单位动贯入阻力和锤击数成正比关系，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，可以用动贯入阻力将各种动探做归一化处理，即可相互通用。,（,2,）测试设备与方法的标准化,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,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术,（,3,）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，以获得较高的精度,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,不同类型的动力触探适宜于不同土层，轻型不大于,10m,，重型的为,14-25m,，超重型的可达,40m,（,4,）探杆长度的影响,我国,建筑地基基础设计规范,（,GBJ7-89,）中规定应对杆长进行修正,钻（探）杆长度校正系数,表,（,5,）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，必须采用回转钻进方式,在砂层中钻进应采用泥浆护壁,（,6,）土的深度（土的有效上覆压力）的影响,（,7,）探杆偏斜影响,5.6,测试成果的应用,（,1,）,划分土类或土层剖面,锤击数越少，土的颗粒越细；锤击数越多，土的颗粒越粗,动力触探直方图及土层划分,（,2,）,确定地基土承载力,砂土地基容许承载力（,kPa）（,标贯法）,粘性土、粉土地基承载力,（,中型动力触探）,（,3,）确定单桩容许承载力,Meyerhof,法,式中：,B,为桩宽度或直径,m，h,为桩进入砂层的深度,m,日本法,式中：,N1,为桩端处的,N,值,，N2,为桩尖上10,B,范围内的平均,N,值,6,扁铲侧胀试验,6.1,定义,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扩张进行试验,可作为一种特殊的旁压试验,适用于黏性土、粉土、中密以下砂土和黄土等,不适用于含碎石的土、风化岩等,优点,试验简单、快速、重复性好,连接示意图,测试示意图,6.2,基本原理,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,P,，如弹性介质的弹性模量为,E,，泊松比为,u,，膜的半径为,R,（,R,=30mm,），膜中心的外移为,s,，则,如把,定义为扁胀模量,s,为,1.10mm,，则上式变为,（,1,）扁胀模量,（,2,）扁账水平应力指数,作用在扁胀仪上的原位应力 即，水平有效应力 与竖向有效应力 之比，可定义为水平应力指数：,（,3,）扁账指数,（,4,）扁账孔压指数,6.3,仪器设备及试验技术,扁铲形探头的尺寸长,230,240mm,、宽,94,96mm,、厚,14,16mm,。铲缘刃角为,12,度,16,度，在扁铲的一侧面为一直径,60mm,的钢膜,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,量测仪表为静探测量仪，并前置控制箱,（,1,）扁铲形探头和量测仪器,（,2,）扁胀试验技术要求, 试验时，测定三个钢膜僮的压力,A,，,B,，,C,压力,A,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,0.05,（,+0.02,，,-0.00,）,mm,时作用在膜片内侧的气压,压力,B,为膜片中心外移达,1.100.03mm,时作用在膜片内侧的气压,压力,C,为在膜片外移,1.10mm,后，缓慢降压，使膜片内缩到刚启动前的原来位置时作用在膜片内的气压,当膜片到达所确定的位值时，会发出一电信号（指示灯发光或蜂鸣器发声），测读相应的气压。一般三个压力计数,A,，,B,，,C,可在贯入后,1min,内完成, 由于膜片的刚度，需通过在大气压下标定膜片中心外移,0.05mm,和,1.10mm,所需的压力,A,和,B,，标定应重复多次。取,A,，,B,的平均值,据压力,B,修正为,P,1,（膜中心外移,1.10mm,）的计算式为,式中,:,为压力表的零计数（在气压下）,把压力,A,修正为（膜中心无外移时，即外移,0.00mm,）的计算式为：,把压力,C,修正为（膜中心外移后又收缩到初始外移,0.05mm,的位置）的计算式为,当静压扁胀探头入土的推力超过,50kN,（或用标准贯入的锤击方式，每,30cm,的锤击数超过,15,击）时，为避免扁胀探头损坏，建议先钻孔，在孔底下压探头至少,15cm,试验点在垂直方向的间距可为,15,30mm,，一般采用,20cm,试验全部结束，应重新检验,A,和,B,值,若要估算原位的水平固结系数，可进行扁胀消散试验，从卸除推力开始，记录压力随时间的变化、记录时间可按,1,，,2,，,4,，,8,，,15,，,30,，,min,安排。直至,C,压力的消散超过,50%,为止,（,3,）扁胀试验的资料整理, 根据,A,，,B,，,C,压力及,A,，,B,计算,P,0,、,P,1,和,P,2,，并绘制,P,0,，,P,1,，,P,2,与深度的变化曲线, 绘制,E,D,，,I,D,，,K,D,和,U,D,与深度的变化曲线,（,4,）扁胀试验的应用, 划分土类,1,）,Marchetti(1980),提出依据扁胀指数,I,D,可划分土类,2,）,Marchetti,和,Crapps(1981),把表扩展成图，也可用于划分土类,静止侧压力系数,K,0,通过经验可建立静止侧压力系数,K,0,与水平应力指数,K,D,的关系式,1,）,Marchetti(1980),根据意大利粘土的试验经验，得出,2,）,Lunne,等（,1990,）补充资料后，提出对于新近沉积粘土,对于老粘土：,3,）,Lacasse,和,Lunne(1988),根据挪威试验资料，提出,式中，,m,为系数，对高塑性粘土，,m=0.44,；对低塑性粘土，,m=0.64, 土的变形参数, 估算地基承载力,7,旁压试验,7.1,定义,旁压测试,（,PMT: pressuremeter test）,是利用钻孔做的原位横向载荷试验，是工程勘察中的一种常用原位测试技术,注水,量测,量测室,测试原理：,通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给周围土体，使土体产生变形直至破坏，并通过量测装置测出施加的压力和土体变形之间的关系，然后绘制应力应变关系曲线,根据这种关系对孔周所测土体的承载力、变形性质等进行评价,7.2,测试原理,优点,可在不同深度上进行测试，所求基本承载力精度高。,缺点,受成孔质量影响大，在软土中测试精度不高,7.3,旁压测试的仪器设备,分为两类：,预钻式旁压仪,自钻式旁压仪,预钻式旁压仪由4部分组成,旁压器,压力和体积控制箱,管路系统,成孔工具等,旁压器是旁压仪中的最重要部件，由圆形金属骨架和包在其外的橡皮膜组成,分为三个腔,中间为主腔（测试腔）,上、下为护腔,(1),仪器校正（率定）,率定旁压仪的目的是为了校正弹性膜和管路系统所引起的压力损失或体积损失,分为旁压器弹性膜约束和旁压器综合变形的率定,1),弹性膜约束力的率定,方法,旁压器竖立于地面，让弹性膜在自由膨胀状态下率定，对弹性膜分级加压，稳定后读取测管水位下降值。绘制,P-V(S),曲线,7.4,测试步骤和注意事项,在压力作用下，连接控制箱和旁压器的管路会膨胀，造成测管中液体的体积损失，所以要进行综合变形的率定,方法,将旁压器放在无缝钢管或有机玻璃管内，使旁压器的横向变形受到约束，分级加压，测量管路变形与压力的关系,求仪器综合变形校正系数,2),仪器综合变形的率定,(2),开孔至预定深度以下35,cm,处,(3),把旁压器放入孔中,(4),测试分级加压，记录测管中的水位下降值注意加压等级和变形稳定标准,(5),终止试验标准为,：,a.,压力达到仪器的最大额定值,b.,测管水位下降值接近最大容许值,（1）钻孔结束后，应将旁压器尽快放入孔中的预定深度,（2）必须保证旁压器三腔都位于同一土层中，不应该放置在强度差异较大的土层中,（3）注水时，测管的水位绝对不可超过最高刻度线,（4）测试时，不得使用杂质水，应使用蒸溜水或冷开水,（5）不能任意将旁压器裸露放置,（6）将快速接头取下后，应立即套上保护套罩，严防泥沙进入管道中，使仪器损坏,（7）不得任意拆卸调压阀,，,以防其精度降低,（8）若旁压仪长时间不用，应排尽水箱、管路系统和旁压器的水,注意事项,7.5,数据处理,(1),绘制弹性膜约束曲线和仪器综合变形曲线,(2),数据校正,把测试数据,P,m, S,m,校正为,P, S,曲线可以分为三部分：,1),第一曲线段,2),直线段,3),尾段曲线段,(3),绘制旁压测试曲线,V,0,p,l,p,f,p,0,V,f,o,P,0,静止水平总压力,P,f,临塑荷载,P,l,极限压力,7.6,测试的影响因素,软土的扰动对测试结果的影响很大，必须根据土类选择不同的钻孔方法,成孔应该是垂直，且其直径与旁压器吻合的好,(1),成孔质量（这对于预钻式旁压试验来说是非常重要）,分为加压速率与加压等级两个方面,加压等级一般按预估土的临塑压力或极限压力而定，为它们的1/81/12,加荷速率反映了不同的试验条件，如排水或不排水,快速法：1、2、3,min,慢速法：5、10,min,不同的加压速率对临塑荷载影响不大，而对于极限荷载影响比较大,(2),加压方式,当单腔式有效长径比为,10,时，与三腔式旁压器所取得变形模量的结果没有明显的差别，但单腔式的临塑压力和极限压力则偏小,(3),旁压器构造和规格,旁压器的有效长,(,l,)、,径,(D),比是设计旁压器的关键参数,在均质土层中测试，,P,f,自地表向下逐渐增大，当超过一定深度后，才趋近一个常数值，这个土层表面一定深度就称为临界深度,砂土中表现明显，临界深度随砂土密实度的增加而增加，一般为,1,3m,在临界深度内，由于地面是临空面，土体可以产生较明显的垂向变形，而在临界深度以下，因上覆土层压力加大，限制了垂向变形，基本上只有径向变形,(4),旁压测试临界深度的影响,(2),确定单桩的轴向承载力,旁压器周围的土体受的作用为剪切为主，与桩的作用机理相近,7.7,旁压试验的应用,(1),确定地基土的承载力,(3),确定地基土层旁压模量,地基土层旁压模量是反映土层中应力和体积变形（可表达为应变的形式）之间的关系的一个重要指标，代表地基土水平方向的变形性质,(4),确定地基土的变形模量,Menard,提出，用土的结构系数,将旁压模量,E,m,和变形模量,E,0,联系起来,The end,结束,