1、岩土工程测试与监测Yan-feng ZhuangAssociate Professor in Geotechnical EngineeringSchool of Civil Engineering Wuhan UniversityWuhan 430072P.R.C 岩土工程勘察（可行性研究、初勘、详勘和施工岩土工程勘察（可行性研究、初勘、详勘和施工勘察）勘察）岩土工程设计（地基基础、地基处理、基坑支护、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）工程降水、边坡和滑坡治理设计等）岩土工程施工岩土工程施工 岩土工程监理岩土工程监理 岩土工程监测岩土工程监测 岩土工程
2、检测岩土工程检测 原位测试：原位测试：从广义上讲，包括原位检测和原位试验两部分，即指在从广义上讲，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的性能和状态。的指标，进而评价被测试对象的性能和状态。从狭义上讲，原位测试是指利用一定的试验手段在天然状从狭义上讲，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，测试岩土的反应态（天然应力、天
3、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。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，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。程中岩土体物理、力学性质及状态变化的监测。原
4、位测试方法原位测试方法 岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范（GB5002l-2001）所列的原位测试）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、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。验、波速测试、岩体原位应力测试和激振法测试。载荷试验载荷试验承载力承载力 静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验触探试验触探试验 十字板剪切试验、直接剪切试验十字板剪切试验、直接剪切试验剪
5、切试验剪切试验 旁压试验、扁铲侧胀试验旁压试验、扁铲侧胀试验侧胀试验侧胀试验 声波测试、弹性波波速测试、激振法测试声波测试、弹性波波速测试、激振法测试动力参数测试动力参数测试 原位测试优缺点原位测试优缺点项目项目原原 位位 测测 试试室室 内内 试试 验验试验试验对象对象1测定土体范围大，能反映微观、宏测定土体范围大，能反映微观、宏观结构对土性的影响，代表性好；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；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；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，有的能给出连续的土性变化剖面，可用以确定分层界线；可用以确
6、定分层界线；5测试土体边界条件不明显测试土体边界条件不明显 1试样尺寸小，不能反映宏观结构、非试样尺寸小，不能反映宏观结构、非均质性对土性的影响，代表性较差；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，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；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；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，点间只能对有限的若干点取样试验，点间土样变化是推测的；土样变化是推测的；5试验土样边界条件明显试验土样边界条件明显应力应力条件条件1基本上在原位应力条件下试验；基本上在原位应力条件下试验；2试验应力路
7、径无法很好控制；试验应力路径无法很好控制；3排水条件不能很好控制；排水条件不能很好控制；4试验时应力条件有局限性试验时应力条件有局限性1在明确、可控制的应力条件下试验；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；试验应力路径可以事先预定；3能严格控制排水条件；能严格控制排水条件；4可模拟各种应力条件进行试验可模拟各种应力条件进行试验应变应变条件条件1应变场不均匀；应变场不均匀；2应变速率一般大于实际工程条件下应变速率一般大于实际工程条件下的应变速率的应变速率1试样内应变场比较均匀；试样内应变场比较均匀；2可以控制应变速率可以控制应变速率岩土岩土参数参数反映实际状态下的基本特性反
8、映实际状态下的基本特性反映取样点上，在室内控制条件下的特性反映取样点上，在室内控制条件下的特性试验试验周期周期周期短，效率高周期短，效率高周期较长，效率较低周期较长，效率较低载荷试验（载荷试验（P1ate Load Test，简称，简称PLT）：）：是在现场通过一定面积的刚性承压板向地基逐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。形特征的现场试验。载荷试验载荷试验 平板载荷试验平板载荷试验Plate Lo
9、ading TestIs)1(pbE2 oa段：段：载荷试验的适用条件载荷试验的适用条件p浅层平板载荷试验浅层平板载荷试验 适用于地表浅层地基土（包括各种填土和碎石土）适用于地表浅层地基土（包括各种填土和碎石土）p深层平板载荷试验深层平板载荷试验 适用于埋深等于或大于适用于埋深等于或大于3.0m和地下水位以上的地基土和地下水位以上的地基土p螺旋板载荷试验螺旋板载荷试验 适用于深层地基或地下水位以下的土层适用于深层地基或地下水位以下的土层载荷试验的优点载荷试验的优点 对地基土不产生扰动，确定地基承载力最可靠、最具代表对地基土不产生扰动，确定地基承载力最可靠、最具代表性，可直接用于工程设计，还可用
10、于预估建筑物的沉降量，对性，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。的基础。载荷试验载荷试验 浅层平板静力载荷试验的基本原理浅层平板静力载荷试验的基本原理 载荷试验载荷试验 承压板地基土平板载荷试验平板载荷试验糯扎渡现场碾压糯扎渡现场碾压平板载荷试验平板载荷试验现场载荷试验按地基载荷试验确定地基的承载力特值按地基载荷试验确定地基的承载力特值 载荷试验载荷试验 （1
11、 1）直线变形阶段）直线变形阶段 p-sp-s呈线性关系呈线性关系 p p00比例界限压力比例界限压力（2 2）剪切（塑性）变形阶段）剪切（塑性）变形阶段 p-sp-s关系为曲线，斜率逐关系为曲线，斜率逐渐变大渐变大 p puu极限压力极限压力（3 3）破坏阶段）破坏阶段 当荷载大于极限压力当荷载大于极限压力pupu，即使荷载维持不变，沉降也会持即使荷载维持不变，沉降也会持续发展或急剧增大，始终达不到续发展或急剧增大，始终达不到稳定标准。稳定标准。载荷试验载荷试验 典型的平板载荷试验典型的平板载荷试验p-s曲线曲线浅层平板静力载荷试验的仪器设备浅层平板静力载荷试验的仪器设备 载荷试验载荷试验
12、承压板承压板 承压板是模拟建筑物的基础，将施加的荷载通过承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，压板传递给地基土，其刚度和尺寸应与建筑物基础接近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、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。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、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
13、便，在使用过程中不易变形。搬运和安装方便，在使用过程中不易变形。承压板的形状有圆形和方形的两种，也有根据试验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。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承压板的尺寸要与实际基础接近则难于达到，因为承压，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，地基土的土的极限荷载极限荷载会因承压板的宽度或直径会因承压板的宽度或直径b过小而降低（过小而降低
14、（s增大增大），但），但b值过大极限荷载增加也不明显，因此，在确定承压板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。尺寸时，既不能过小，也不必太大。由于承压板的尺寸大小对评定地基土承载力有一定的影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。响。为统一试验条件，使试验结果具有可比性。我国的大部我国的大部分勘察规范规定承压板面积以分勘察规范规定承压板面积以0.25-0.50 为主，为主，另外还有另外还有0.1和和1.0。载荷试验载荷试验 选择承压板尺寸时，可根据地基土质情况，选择承压板尺寸时，可根据地基土质情况，强度低
15、、变形强度低、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。用小尺寸的承压板。一般情况下，可参照下面的经验值选取：一般情况下，可参照下面的经验值选取：（1）对于软土、新近沉积土和人工填土，或用载荷试验）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）对于一般粘性土地基，常用0.25-0.5 的承压板；的承压板；（3）对于碎石类土，承压板直径（或宽度）应为最大碎）对于碎石类土，承压板直径（或宽度）应为最
16、大碎石直径的石直径的1020倍；倍；（4）对于岩石类土或均质密实土，如老粘土或密实砂土）对于岩石类土或均质密实土，如老粘土或密实砂土，以，以0.10 为宜为宜.载荷试验载荷试验 加荷系统加荷系统 加荷系统是指通过承压板对地基土施加额定荷载的装置。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：常见有四种类型：l重物加荷装置重物加荷装置 l油压千斤顶加荷装置油压千斤顶加荷装置l重物、机械、液压放大加荷装置重物、机械、液压放大加荷装置l电控稳压式加荷装置电控稳压式加荷装置 载荷试验载荷试验 反力系统反力系统 除重物加荷装置外，其它加荷装置均需反力系统配套。除重物加荷装置外，其它加
17、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。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，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。以免试验中间被拔起。反力梁亦应有足够的刚度。载荷试验载荷试验 坚硬岩土体内载荷试验反力系统示意图（撑壁式和平洞式）坚硬岩土体
18、内载荷试验反力系统示意图（撑壁式和平洞式）常见的载荷试验反力与加载布置方式常见的载荷试验反力与加载布置方式1承压板；承压板；2千斤顶；千斤顶；3木跥；木跥；4钢梁；钢梁；5钢锭；钢锭；6百分表；百分表；7地锚；地锚；8桁架；桁架；9立柱；立柱；10分力帽；分力帽；11拉杆；拉杆；12载荷台；载荷台；13混凝土；混凝土；14测点测点（ad为千斤顶加载方式，为千斤顶加载方式，e和和f为重物加载方式）为重物加载方式）量测系统量测系统 测量地基土沉降和承压板周围地面变形的量测系统测量地基土沉降和承压板周围地面变形的量测系统由由观测支架和测量仪表观测支架和测量仪表两部分组成。两部分组成。观测支架用来固定
19、量测仪表，由支撑柱、基准梁及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；其它附件等组成；测量仪表有百分表、位移计、位移传感器等。测量仪表有百分表、位移计、位移传感器等。载荷试验载荷试验 试坑的尺寸及要求试坑的尺寸及要求 试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的3倍。试坑倍。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承压板下铺设不超过20 mm的砂垫层找平，并尽快安装设备的砂垫层找平，并尽快安装设备。承压板的尺寸承压板的尺寸 载荷试验宜采用圆形刚性承压板，根
20、据土的软硬或岩体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度测定，有时要求承压板的面积应大于1.0m1.0 m。岩石。岩石载荷试验承压板的面积不宜小于载荷试验承压板的面积不宜小于0.07 。载荷试验载荷试验 浅层平板静力载荷试验的试验技术要求浅层平板静力载荷试验的试验技术要求 位移量测系统的安装位移量测系统的安装 载荷试验载荷试验 基准梁的支撑柱或其他类型的支点应离承压板和地锚一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
21、中地表变形对基准梁的影响。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支撑柱与承压板中心的距离应大于1.5d（d为边长或直径），为边长或直径），与地锚的距离应不小于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。承压板设置。千斤顶承压板基准梁试桩 载荷试验装置示意
22、图载荷试验装置示意图垫块枕头次梁拉杆锚笼锚桩主筋地表锚桩试桩次梁基准梁基准桩主梁锚桩主梁载荷试验载荷试验 加载方式加载方式一般采用分级维持荷载沉降相对稳定法（通常一般采用分级维持荷载沉降相对稳定法（通常称为称为慢速法慢速法）；有地区经验时，也可采用分级加荷沉降非稳）；有地区经验时，也可采用分级加荷沉降非稳定法（通常称为定法（通常称为快速法快速法）或）或等沉降速率法等沉降速率法。加荷等级加荷等级宜取宜取1012级，并不应小于级，并不应小于8级。最大加载量级。最大加载量不应小于地基土承载力设计值的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倍，荷载的量测精度应控制在最大加载量的在最大加载
23、量的1以内。以内。第一级荷载第一级荷载（包括设备自重）宜接近挖除土柱的自重，（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其相应沉降不计。对软土地基每级荷载增量10-25kPa；对一；对一般粘性土和中密砂土地基般粘性土和中密砂土地基25-50kPa；对坚硬粘性土、密实砂；对坚硬粘性土、密实砂土和碎石土土和碎石土50-100kPa。载荷试验载荷试验 加载方式及加荷等级加载方式及加荷等级 慢速法：慢速法：对于对于土体土体，每级荷载施加后，间隔，每级荷载施加后，间隔5min、5min、10min、10min、15min、15min测读一次沉降，以测读一次沉降，以后间隔后
24、间隔30min测读一次沉降，当连续测读一次沉降，当连续2h、且每小时沉降量不、且每小时沉降量不大于大于0.1mm时，可认为沉降已达到相对稳定标准，施加下一时，可认为沉降已达到相对稳定标准，施加下一级荷载；对于级荷载；对于岩体岩体，间隔，间隔lmin、2min、2min、5min测读一测读一次沉降，以后每隔次沉降，以后每隔10min测读一次，当连续三次读数之差小测读一次，当连续三次读数之差小于或等于于或等于0.01mm时，认为沉降已达到相对稳定标准，可施时，认为沉降已达到相对稳定标准，可施加下一级荷载。加下一级荷载。快速法：快速法：每加一级荷载按间隔每加一级荷载按间隔15min观测一次沉降。每观
25、测一次沉降。每级荷载维持级荷载维持2h，即可施加下一级荷载。最后一级荷载可观测，即可施加下一级荷载。最后一级荷载可观测至沉降达到上述沉降相对稳定标准或仍维持至沉降达到上述沉降相对稳定标准或仍维持2h。等沉降速率法：等沉降速率法：控制承压板以一定的沉降速率沉降，测控制承压板以一定的沉降速率沉降，测读与沉降相应的所施加的荷载，直至试验达到破坏阶段。读与沉降相应的所施加的荷载，直至试验达到破坏阶段。载荷试验载荷试验 沉降观测和稳定标准沉降观测和稳定标准 载荷试验一般应尽可能加荷到试验土层破坏，然后终止试载荷试验一般应尽可能加荷到试验土层破坏，然后终止试验。当出现下列情况之一时，认为地基已达到破坏阶段
26、，可终验。当出现下列情况之一时，认为地基已达到破坏阶段，可终止试验：止试验：（1）承压板周边的土体出现明显侧向挤出，周边岩土出）承压板周边的土体出现明显侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；现明显隆起或径向裂缝持续发展；（2）本级荷载的沉降量急剧增大（大于前级荷载沉降量）本级荷载的沉降量急剧增大（大于前级荷载沉降量的的5倍），倍），p-s曲线出现陡降段；曲线出现陡降段；（3）在某级荷载下）在某级荷载下24h沉降速率不能达到相对稳定标准；沉降速率不能达到相对稳定标准；（4）总沉降量与承压板直径（或宽度）之比超过）总沉降量与承压板直径（或宽度）之比超过0.06。载荷试验载荷试验 试验终
27、止条件试验终止条件 原始资料整理原始资料整理 载荷试验原始资料包括沉降观测、荷载等级和其他与载载荷试验原始资料包括沉降观测、荷载等级和其他与载荷试验相关的信息，如承压板形状、尺寸、载荷点的试验荷试验相关的信息，如承压板形状、尺寸、载荷点的试验深度、试验深度处的土性特征，以及沉降观测百分表或传深度、试验深度处的土性特征，以及沉降观测百分表或传感器在承压板上的位置等（一般以图示的方式标注在记录感器在承压板上的位置等（一般以图示的方式标注在记录表上）。表上）。在试验过程中，应对原始记录数据及时检查，试验结束在试验过程中，应对原始记录数据及时检查，试验结束后再进行全面检查整理。后再进行全面检查整理。载
28、荷试验载荷试验 浅层平板静力载荷试验的试验资料整理浅层平板静力载荷试验的试验资料整理 慢速法的试验资料整理慢速法的试验资料整理l绘制绘制p-s曲线曲线lp-s曲线的修正曲线的修正 l绘制绘制s-lgt曲线和曲线和1g p-lg s曲线曲线 l确定比例界限压力（确定比例界限压力（p0）l确定极限界限压力（确定极限界限压力（pu）载荷试验载荷试验 （1）图解法）图解法 适用于开始的一些适用于开始的一些观测点（观测点（p，s）基本在）基本在一条直线上。将一条直线上。将p-s曲线曲线上的各点同时沿上的各点同时沿s（沉降（沉降）坐标平移）坐标平移s0，使，使p-s曲曲线的直线段通过原点。线的直线段通过原
29、点。1 1 载荷试验载荷试验 （2）最小二乘法）最小二乘法 对于已知对于已知p-s曲线开始一段近似为一直线（即曲线开始一段近似为一直线（即p-s曲线具曲线具有直线段和拐点），用最小二乘法求出最佳回归直线的方程有直线段和拐点），用最小二乘法求出最佳回归直线的方程式。假设式。假设p-s曲线的直线段可以用下式来表示：曲线的直线段可以用下式来表示：s修正后的沉降数据。修正后的沉降数据。载荷试验载荷试验 pcss000sss 对于圆滑型或不规则型的对于圆滑型或不规则型的p-s曲线（即不具有明显的直曲线（即不具有明显的直线段和拐点），可假设其为抛物线或高阶多项式表示的曲线，线段和拐点），可假设其为抛物线或
30、高阶多项式表示的曲线，通过曲线拟合求得常数项，即通过曲线拟合求得常数项，即so，然后按，然后按 对原始数据进行修正。对原始数据进行修正。0sss慢速法的试验资料整理慢速法的试验资料整理l绘制绘制p-s曲线曲线lp-s曲线的修正曲线的修正 l绘制绘制s-lgt曲线和曲线和1g p-lg s曲线曲线 l确定比例界限压力（确定比例界限压力（p0）l确定极限界限压力（确定极限界限压力（pu）载荷试验载荷试验 比例界限压比例界限压力可用力可用p-s曲曲线或线或lg p-lg s曲线（直线段曲线（直线段不明显时）中不明显时）中的第一个拐点的第一个拐点确定。确定。载荷试验载荷试验 慢速法的试验资料整理慢速法
31、的试验资料整理l绘制绘制p-s曲线曲线lp-s曲线的修正曲线的修正 l绘制绘制s-lgt曲线曲线绘制1g p-lg s曲线 l确定比例界限压力（确定比例界限压力（p0）l确定极限界限压力（确定极限界限压力（pu）载荷试验载荷试验 确定极限界限压力的方法有：确定极限界限压力的方法有：（1）当试验荷载加荷至破坏荷载时，取破坏荷载的前一级）当试验荷载加荷至破坏荷载时，取破坏荷载的前一级荷载为极限界限压力；荷载为极限界限压力；（2）用）用p-s、1g p-lg s、p-s/p等曲线的第二个拐点；等曲线的第二个拐点；（3）当试验荷载未加荷至破坏荷载时，可用）当试验荷载未加荷至破坏荷载时，可用外插作图法外
32、插作图法确确定。定。载荷试验载荷试验 载荷试验载荷试验 快速法的资料整理快速法的资料整理（1）假设）假设s与与ln(t+1)为直线关系，即为直线关系，即sn=n+nln(tn+1)式中式中sn 第第n级荷载下外推的稳定沉降量（级荷载下外推的稳定沉降量（mm）；）；tn第第n级荷载下外推的稳定沉降时间（级荷载下外推的稳定沉降时间（h）；）；n、n分别为第分别为第n级荷载下级荷载下sln(t+1)直线的截距与斜率。直线的截距与斜率。根据第根据第n级荷载下级荷载下2h内的内的s-t观测值，按下式计算观测值，按下式计算n、n值：值：式中式中si第第n级荷载下第级荷载下第i次沉降观测值中扣除了次沉降观测
33、值中扣除了s0后的沉降量（后的沉降量（mm）；）；ti第第n级荷载下第级荷载下第i次沉降观测值中扣除了次沉降观测值中扣除了s0后的沉降观测时间（后的沉降观测时间（h）。）。载荷试验载荷试验 222)1ln()1ln()1ln()1ln()1ln(iiiiiiinttNtstts 22)1ln()1ln()1ln()1ln(iiiiiinttNtstsN（2）由下式计算沉降速率达到相对稳定标准的时间）由下式计算沉降速率达到相对稳定标准的时间tw及沉降量及沉降量sw，当，当tw不是不是30min的倍数时，可将其增大为的倍数时，可将其增大为30min的倍数。的倍数。sw=n+nln(ti+1)利用上
34、式进行计算时，相对稳定标准为每小时沉降量利用上式进行计算时，相对稳定标准为每小时沉降量s小于小于0.1mm。（3）为了使快速法的成果与常规法取得一致，必须从施加第二级荷载开始，从）为了使快速法的成果与常规法取得一致，必须从施加第二级荷载开始，从沉降观测值中扣除其以前各级沉降未稳定而产生的残余沉降的影响。残余沉沉降观测值中扣除其以前各级沉降未稳定而产生的残余沉降的影响。残余沉降量的计算公式为：降量的计算公式为：式中式中 第第n级荷载下第级荷载下第i次沉降观测值中应扣除的残余沉降量（次沉降观测值中应扣除的残余沉降量（mm）；）；m第第n级荷载前的荷载级数（级荷载前的荷载级数（m=1,2,n-1）;
35、t沉降观测的时间间隔（沉降观测的时间间隔（min）；）；N每级荷载下的沉降观测次数；每级荷载下的沉降观测次数；n荷载级数。荷载级数。（4）第）第n级荷载下第级荷载下第i次沉降观测值次沉降观测值 扣除扣除 后为沉降修正值后为沉降修正值sni：sni 载荷试验载荷试验 1)(ln1)(ln11tmnNtimNNsnmmimnimnsnisimnsnisimns0.1/601nwte浅层平板静力载荷试验的试验成果应用浅层平板静力载荷试验的试验成果应用 确定地基土的承载力确定地基土的承载力 （1）比例界限压力法）比例界限压力法 （2）极限压力法）极限压力法 当当pu小于对应的小于对应的p0荷载值的荷载
36、值的2倍时，取倍时，取pu的一半作为的一半作为f k。（3）相对沉降法）相对沉降法 ，f k不应大于最大加载量的一半。不应大于最大加载量的一半。确定地基土的承载力时，同一土层参加统计的试验点数确定地基土的承载力时，同一土层参加统计的试验点数不应小于不应小于3个，当各试验点实测的承载力的极差（即最大值与个，当各试验点实测的承载力的极差（即最大值与最小值之差）小于平均值的最小值之差）小于平均值的30时，取其平均值作为该土层时，取其平均值作为该土层的承载力特征值。的承载力特征值。载荷试验载荷试验 f k=p0f k=pu/K（K一般取一般取2）f k=p0.010.015 f k=p0 或 f k=
37、pu/K 或 f k=p0.010.015 spbIE2001确定地基土的变形模量确定地基土的变形模量 I0刚性承压板的形状系数；对于圆形刚性板，刚性承压板的形状系数；对于圆形刚性板，I0=0.785；对于方形承压板，对于方形承压板，I0=0.886；土的泊松比土的泊松比(碎石土取碎石土取0.27,砂土砂土0.30,粉土粉土0.35,粉质粘土粉质粘土0.38,粘土粘土 0.42)。预估地基的最终沉降量预估地基的最终沉降量sj 砂土地基：砂土地基：粘性土地基粘性土地基：式中式中s与建筑物基底压力对应的承压板沉降量；与建筑物基底压力对应的承压板沉降量；B基础短边宽度；基础短边宽度；b承压板直径或宽
38、度。承压板直径或宽度。载荷试验载荷试验 spbIE200122)3030()(BbbBssjjBssb估算地基土的不排水抗剪强度估算地基土的不排水抗剪强度cu 式中式中 pu极限压力（极限压力（kPa）；）；地基土的重度（地基土的重度（kN/m3）；）；h试验深度（试验深度（m）。）。Nc计算系数，对方形、圆形承压板，无超载时，计算系数，对方形、圆形承压板，无超载时，Nc=6.15；承压板埋深大于或等于；承压板埋深大于或等于4倍承压板直径或宽度时倍承压板直径或宽度时，Nc=9.25；其他值用内插法。；其他值用内插法。另外，载荷试验可以检验地基处理效果，判断黄土湿陷另外，载荷试验可以检验地基处理
39、效果，判断黄土湿陷性和湿陷起始压力等。性和湿陷起始压力等。载荷试验载荷试验 Nchpcuu 螺旋板载荷试验简介螺旋板载荷试验简介 将一螺旋形承压板旋入地将一螺旋形承压板旋入地下试验深度，通过传力杆对螺下试验深度，通过传力杆对螺旋板施加荷载，观测螺旋板的旋板施加荷载，观测螺旋板的沉降，以获得荷载沉降，以获得荷载沉降沉降时时间关系，然后根据理论公式或间关系，然后根据理论公式或经验关系式获得地基土参数的经验关系式获得地基土参数的一种现场测试技术。通过螺旋一种现场测试技术。通过螺旋板试验可以确定地基土的承载板试验可以确定地基土的承载力、变形模量、基床系数和固力、变形模量、基床系数和固结系数等参数。结系
40、数等参数。载荷试验载荷试验 YDL型螺旋板载荷试验装置型螺旋板载荷试验装置1横梁；横梁；2千斤顶；千斤顶；3百分表及表座；百分表及表座；4基准梁；基准梁；5立柱；立柱；6传力杆；传力杆；7力传感器；力传感器；8螺旋板；螺旋板；9地锚地锚 Screw Plate Compressometer 螺旋板压缩试验（SPC）螺旋载荷板螺旋载荷板54Pressuremeter 旁压试验将圆柱形探头插入地基土中，在探将圆柱形探头插入地基土中，在探头的空腔中加压力水，量测施加压头的空腔中加压力水，量测施加压力力p p与探头体积与探头体积v v间的关系间的关系 55岩土工程勘察规范（岩土工程勘察规范（GB 50
41、021-2001GB 50021-2001）(2009(2009年版年版)10.8-10.8-扁铲侧胀试验扁铲侧胀试验 概述概述 静力触探试验静力触探试验Static Cone Penetration Test(简称简称CPT)是通过一系列探杆用准静力将一个内部装有传感器的触探头匀是通过一系列探杆用准静力将一个内部装有传感器的触探头匀速压入到土中，同时测记贯入过程中探头所受到的阻力，根据速压入到土中，同时测记贯入过程中探头所受到的阻力，根据测得的贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的现场试验测得的贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的现场试验方法。方法。1932年由荷兰人发明，又称为荷兰锥
42、（年由荷兰人发明，又称为荷兰锥（Dutch Cone）试验。）试验。既是一种原位测试方法，又是一种勘探手段。既是一种原位测试方法，又是一种勘探手段。静力触探试验静力触探试验 静力触探示意图及其曲线 触探参数随深度的变化曲线触探参数随深度的变化曲线 包括：包括：qch、fsh、uh、FRh适用土层：适用土层：适应于软土、一般粘性土、粉土、砂类土和含有少适应于软土、一般粘性土、粉土、砂类土和含有少量碎石的土层。量碎石的土层。优点：优点：具有快速、准确、省时、省力、清洁、经济等优点，而具有快速、准确、省时、省力、清洁、经济等优点，而且可连续获得地层的强度和其他方面的信息，不受取样扰动且可连续获得地层
43、的强度和其他方面的信息，不受取样扰动等人为因素的影响。这对于地层变化较大的复杂场地以及不等人为因素的影响。这对于地层变化较大的复杂场地以及不易取得原状土样的饱和砂土、砂质粉土和高灵敏性软土地层易取得原状土样的饱和砂土、砂质粉土和高灵敏性软土地层的勘察，具有独特的优越性。的勘察，具有独特的优越性。缺点：缺点：不能直接识别土层，对碎石类土和密实的砂层难以贯入，不能直接识别土层，对碎石类土和密实的砂层难以贯入，有时需钻探与其配合才能完成工程地质勘察任务。有时需钻探与其配合才能完成工程地质勘察任务。静力触探试验静力触探试验 仪器设备仪器设备 静力触探试验静力触探试验 l贯入装置贯入装置l探头探头 l量
44、测仪表量测仪表 l贯入装置贯入装置液压式静力触探机（总贯入力液压式静力触探机（总贯入力1020t）手摇链条式静力触探机手摇链条式静力触探机（总贯入力（总贯入力23t）电动机械式静力触探机（最大电动机械式静力触探机（最大45t，个别达，个别达10t）2 2 静力触探试验静力触探试验 WSY-15WSY-15液压式静力触探机液压式静力触探机 仪器设备仪器设备 静力触探试验静力触探试验 l贯入装置贯入装置l探头探头 l量测仪表量测仪表 l探头探头（地层阻力传感器）（地层阻力传感器）单桥探头（单桥探头（ps）双桥探头（双桥探头（qc，fs）多用探头多用探头（孔压、波速、旁压触探头，还有能测（孔压、波速
45、、旁压触探头，还有能测温、测斜、测地磁、土壤电阻或温、测斜、测地磁、土壤电阻或pH值等的探头值等的探头）静力触探试验静力触探试验 静力触探试验静力触探试验 顶柱顶柱密封圈密封圈应变片应变片空心柱空心柱电缆电缆橡皮管橡皮管密封圈密封圈外套筒外套筒探头管探头管单桥探头结构示意图单桥探头结构示意图 双双桥桥探探头头结结构构示示意意图图 1-锥尖；锥尖；2-O型密封圈；型密封圈；3-电阻丝片；电阻丝片；4-变形柱；变形柱；5-摩擦筒；摩擦筒；6-密封圈；密封圈；7-加强筒；加强筒；8-垫圈；垫圈；9-密封圈；密封圈；10-接头；接头；11-支座；支座；12-顶柱；顶柱；13-胶垫；胶垫；14-螺母螺母
46、 仪器设备仪器设备 静力触探试验静力触探试验 l贯入装置贯入装置l探头探头 l量测仪表量测仪表 l量测仪表量测仪表电阻应变仪（数字式）电阻应变仪（数字式）自动记录仪（电子电位差）自动记录仪（电子电位差）数据采集仪（微电脑）数据采集仪（微电脑）静力触探试验静力触探试验 微电脑微电脑l无绳静力触探试验系统无绳静力触探试验系统（GeoMil公司）公司）无绳的静力触探探头和记录系统，包括静力触探无绳的静力触探探头和记录系统，包括静力触探探头、麦克风、深度记录装置、计算机接口箱、笔记探头、麦克风、深度记录装置、计算机接口箱、笔记本电脑和打印机。本电脑和打印机。静力触探试验静力触探试验 探头数据探头数据
47、探杆探杆 麦克风麦克风 中控箱（声波信号转中控箱（声波信号转换成数字信号）换成数字信号）电脑电脑声波声波n 利用无线电波将利用无线电波将数据从探头传送到数据从探头传送到地面地面n 无线电波从钻杆无线电波从钻杆中的孔洞传播中的孔洞传播n 数据容量大约是数据容量大约是基于无电缆声波传基于无电缆声波传输的输的1000倍倍n 还可以完成无电还可以完成无电缆的缆的 试验或者传输试验或者传输安装在探头上的摄安装在探头上的摄像头所拍摄的图片像头所拍摄的图片静力触探试验原理静力触探试验原理&探头的工作原理探头的工作原理 主要采用电阻应变式测试技术，应用虎克定律、电阻定律主要采用电阻应变式测试技术，应用虎克定律
48、、电阻定律和电桥原理。和电桥原理。其工作原理是地层阻力变化其工作原理是地层阻力变化空心柱变形空心柱变形电阻应变片变电阻应变片变形、电阻阻值变化形、电阻阻值变化电压变化电压变化量测仪表放大、显示、储存。量测仪表放大、显示、储存。静力触探试验静力触探试验 静力触探试验原理静力触探试验原理&试验的贯入机理试验的贯入机理 对于对于qc和和fs，都存在，都存在“临界深度临界深度”的问题。土的密实度愈大、探头直径的问题。土的密实度愈大、探头直径愈大，愈大，“临界深度临界深度”也愈大，一般也愈大，一般fs的临界深度比的临界深度比qc的要小。的要小。破坏机理与探头的几何形状、土类和贯入深度有关。当探头上端等径
49、破坏机理与探头的几何形状、土类和贯入深度有关。当探头上端等径（标准探头）时，在松砂中贯入为刺入破坏，探头阻力取决于土的压缩性；（标准探头）时，在松砂中贯入为刺入破坏，探头阻力取决于土的压缩性；而在一般土和较密实的砂土中，小于而在一般土和较密实的砂土中，小于“临界深度临界深度”时，以剪切破坏为主，达时，以剪切破坏为主，达到到“临界深度临界深度”以后，由于土的侧向约束应力增大，土中一般不会出现整体以后，由于土的侧向约束应力增大，土中一般不会出现整体剪切破坏，探头下的土体强烈压缩，有时甚至发生土粒压碎，并发生局部剪剪切破坏，探头下的土体强烈压缩，有时甚至发生土粒压碎，并发生局部剪切。切。圆锥探头在贯
50、入时，在土周围及底部土中会形成一定的扰动区。在软粘圆锥探头在贯入时，在土周围及底部土中会形成一定的扰动区。在软粘土中土体的扰动使强度降低；在松砂中土体的扰动使土被挤压密实，强度反土中土体的扰动使强度降低；在松砂中土体的扰动使土被挤压密实，强度反而提高；在密实砂中砂粒甚至被压碎。而提高；在密实砂中砂粒甚至被压碎。静力触探试验静力触探试验 静力触探试验的贯入机理是个很复杂的问题，且影响因素较多。目前土静力触探试验的贯入机理是个很复杂的问题，且影响因素较多。目前土力学还不能完善地从理论上解析圆锥探头与周围土体间的接触应力分布及相力学还不能完善地从理论上解析圆锥探头与周围土体间的接触应力分布及相应的土
