1、土木工程地质学Geology in Civil EngineeringGeology in Civil Engineering7.17.1概述概述7.27.2工程地质测绘工程地质测绘7.37.3工程地质勘探工程地质勘探7.47.4工程地质勘查原位测试工程地质勘查原位测试7.57.5工程地质长期观察工程地质长期观察7.67.6工程地质勘查资料整理工程地质勘查资料整理7.77.7工程地质勘查报告实例工程地质勘查报告实例7.工程地质勘查工程地质勘查 7.17.1概述概述7.1.17.1.1工程地质勘察的目的与任务工程地质勘察的目的与任务 目的：探明作为建筑物或构筑物工程场地、地基的稳定目的：探明作为
2、建筑物或构筑物工程场地、地基的稳定 性与适宜性以及岩土材料的性状等问题进行技术方案性与适宜性以及岩土材料的性状等问题进行技术方案论证，解决并处理整个工程建设中涉及的岩土的利用、论证，解决并处理整个工程建设中涉及的岩土的利用、整改问题，保证工程的正常使用。整改问题，保证工程的正常使用。任务：查明场所工程地质条件，并根据场地的工程地质任务：查明场所工程地质条件，并根据场地的工程地质条件结合工程的具体特点和要求，进行工程地质分析条件结合工程的具体特点和要求，进行工程地质分析评价，为基础工程、整治工程、土方工程提出设计方评价，为基础工程、整治工程、土方工程提出设计方案。案。7.1.37.1.3工程地质
3、勘察分类工程地质勘察分类可行性研究勘察阶段探明工程场地的稳定性和适宜性1.收集资料2.现场踏勘3.测绘和必要的勘探避开地区或地段初步勘察阶段对工程场地的稳定性作出岩土工程评价1.搜集可行性研究阶段岩土勘察报告，建筑范围地形图及有关工程性质、规模的文件；2.初步查明地层、构造、岩土物理力学性质、地下水埋藏条件及冻结深度；3.查明场地不良地质现象的成因、分布、对场地稳定性的影响及其发展趋势4.判定场地和地基的地震效应。详细勘察与施工勘察阶段1.详勘与施工图设计相对应，按不同的建筑物或建筑群提出详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数，对地基作出工程分析评价，为基础设计、地基处理、不良地质现象的防
4、治等作出方案及论证，提出建议。2.施工勘察与设计施工相结合进行的地基验槽，桩基工程与地基处理的质量和效果的检验，特别在施工阶段发现地质情况与勘察不符时要进行施工勘察，补充必要数据，为施工阶段的地基基础设计变更提出相应的地基资料。内容和比例尺1.内容：包括有工程地质条件的全部要素，即拟建场地的地层、岩性、地质构造、地貌、水文地质条件、物理地质作用和现象、已有建筑物的变形和破坏状况和建筑经验、可利用的天然建筑材料的质量及其分布等2.比例尺：小比例尺测绘：1:50001:50000(选址阶段)中比例尺测绘：1:20001:50000(初勘阶段)大比例尺测绘：1:1001:1000(详勘阶段)在地质条
5、件复杂时，比例尺可适当放大。最基本的勘察方法和基础性的工作，用于勘察的前期阶段，在野外将各种地质现象进行观察、描述、记录，并反映到一定比例尺的地形图上，编绘成地质图或工程地质图。7.2工程地质测绘工程地质测绘 主要是指测绘中观察描述工程地质条件的详细程度，包括划分单元的最小尺寸和实际单元界限在图上标定的误差观察点个数：1/cm2、岩层界限点、地貌单元变化点、断裂（构造）点、水文地质点、原位试验点、物探点。划分单元：最小尺寸为2mm，即大于2mm均应标示在图上。对小断层、裂隙、软弱面，反映在图上，对某些重要单元体，可采用“超”比例的办法标出。误差要求：建筑地段的地质界限、地质点测绘精度在图上误差
6、不应0.5mm。测绘精度工程地质测绘方法和程序实地测绘法1.测绘前的准备工作2.布置地质观察测绘路线，方法：路线穿越法分为：直线形或折线形路线方向大致与岩层走向、构造线及地貌单元相垂直布点法预先在地形图上布置一定数量的观测路线和观测点，常用于大、中比例的工程地质测绘界限追索法沿地层走向或某一地质构造线或某些不良地质现象界限进行布点追索，查明局部的工程地质问题3.工程地质观测点的工作内容工程地质观察点的类型测定地质点的位置在地质点应认真观察，仔细描述，照实做好野外记录采集有代表性的岩石（土）样标本、化石标本等4.野外实测地质剖面图5.测绘工作的内业整理将野外测绘观察成果资料进行鉴定分析，确定岩石
7、性质及地质年代，将地质观察点标定在地形图上，并将各点的主要岩层界限、构造线画出，其它的主要地质要素用特殊符号标出，连结所有相同地质界限及构造线，得到所绘制的工程地质图利用实测剖面图或在平面图上切取纵横两方向的工程地质剖面图将所得资料进行综合分析，编制成工程地质测绘报告像片成图法1.利用航空（卫星）摄影的像片，先在室内根据判释标志，并结合所掌握的区域地质资料，把判明的地层岩性、地质构造地貌、水系及不良地质现象等，描述在单张像片上。2.然后在像片选择需要调查的若干点和路线，据此去实地进行调查，校对修正绘成底图，3.最后，将结果转绘成工程地质图比例尺：航片 1:250001:100000 陆地卫星影
8、像 1:2500001:500000 热红外图像 1:50000遥感技术 岩土工程勘探常用的方法有钻探、坑探及工程物探三类 钻探和坑探工程是直接勘探手段，能较可靠地了解地下地质情况。钻探工程是使用最广泛的一类勘探手段，普遍应用于各类工程的勘探；由于它对一些重要的地质体或地质现象有时可能会误判、遗漏，所以也称它为“半直接”勘探手段。坑探工程勘探人员可以在其中观察编录，以掌握地质结构的细节；但是重型坑探工程耗资高，勘探周期长，使用时应具经济观点。地球物理勘探简称物探，是一种间接的勘探手段，它可以简便而迅速地探测地下地质情况，且具有立体透视性的优点。但其勘探成果具多解性，使用时往往受到一些条件的局限
9、。考虑到三类勘探手段的特点，布置勘探工作时应综合使用，互为补充。7.3工程地质勘探工程地质勘探 一、工程物探 岩土层有不同的物理性质，如导电性、弹性、密度、磁性等。利用专门仪器测定岩土层物理参数，通过分析地球物理场的异常特征，结合地质资料，间接了解地下深处地质体的情况。物探种类：电法、磁法、地震、重力、放射性等勘探方法，工程中常用的是电法和弹性波法。1.电法：利用仪器测定人工或天然电场中岩土的导电性的差异测定地质情况。2.弹性波勘探：用人工激发震动，研究弹性波在地质体中传播规律，判断地下情况和岩体的特性和状态。分为地震勘探、声波探测工程物探的作用主要有：作为钻探的先行手段。了解隐蔽的地质界线、
10、界面或异常点（如基岩面、风化带、断层破碎带、岩溶洞穴等）作为钻探的辅助手段。在钻孔之间增加地球物探勘探点，为钻探成果的内插、外推提供依据。作为原位测试手段。测定岩体的波速、动弹性模量、特征周期等参数。二、钻探工程1.岩土工程钻探的特点在岩土工程勘察中，钻探是最常用的一类勘探手段。与坑探、物探相比较，钻探有其突出的优点，它可以在各种环境下进行，一般不受地形、地质条件的限制；能直接观察岩心和取样，勘探精度较高；能提供作原位测试和监测工作，最大限度地发挥综合效益；勘探深度大，效率较高。因此，不同类型、结构和规模的建筑物，不同的勘察阶段，不同环境和工程地质条件下，凡是布置勘探工作的地段，一般均需采用此
11、类勘探手段。与一般的矿产资源钻探相比，岩土工程钻探有如下特点：（1）钻探工程的布置，不仅要考虑自然地质条件，还需结合工程类型及其结构特点。如房屋建筑与构筑物一般应按建筑物的轮廓线布孔。（2）除了深埋隧道以及为了解专门地质问题而进行的钻探外，孔深一般十余米至数十米，所以经常采用小型、轻便的钻机。（3）钻孔多具综合目的，除了查明地质条件外，还要取样、作原位测试和监测等；有些原位测试往往与钻进同步进行，所以不能盲目追求进尺。（4）在钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面，均有特殊的要求。如岩心采取率、分层止水、水文地质观测、采取原状土样和软弱夹层、断层破碎带样品等要求。1.线网的布置不仅考虑
12、地质条件，还要结合工程类型2.钻探的深度较浅3.孔径变化较大，小者数十毫米，大者1000或2000毫米4.一孔多用5.要求达到一定岩芯采取率 80%；软弱夹层65%6.准备做试验的孔段，要求孔壁光滑平整，以利压水试验、灌浆等。通过对岩心的各种统计，可获得岩心采取率、岩心获得率和岩石质量指标(RQD)等定量指标。岩心采取率是指所取岩心的总长度与本回次进尺的百分比。总长度包括比较完整的岩心和破碎的碎块、碎屑和碎粉物质。岩心获得率是指比较完整的岩心长度与本回次进尺的百分比。它不计入不成形的破碎物质。2.钻孔类型:指钻孔的角度及其方向钻孔的角度即是钻机的立轴钻杆与地平线的夹角。主要分为：钻直孔:倾角9
13、0，工程地质钻探中最常用、可作压水试验 水平孔：倾角0，一般在坑探中布置，可作平硐、石门延续 斜孔：倾角小于90，且应定出倾斜的方向 定向孔：钻孔随深度的变化有规律地弯曲，进行定向钻进3.钻探孔深度的确定 确定勘探孔深度应根据建筑物类型、勘察阶段、工程地质条件的复杂程度和所评价的工作地质问题等综合考虑。水工建筑物：为评价坝基深部抗滑稳定，勘探孔应穿过可能构成 滑移面的软弱结构面；评价坝基渗漏，勘探孔应达 到透水层以下的相对隔水岩层。工民建：勘探孔一般要打到压缩层以下。平原区5-15m；控制孔 20-30m;东南沿海30-75m;断层破碎带要穿过,打入新鲜 基岩5m。控制孔、一般勘探孔4.钻孔观
14、测与编录 钻孔观测与编录是钻进过程的详细文字记载，也是岩土工程钻探最基本的原始资料。因此在钻进过程中必须认真、细致地做好观测与编录工作，以全面、准确地反映钻探工程的第一手地质资料。钻孔观测与编录的内容包括：1、岩心观察、描述和编录 对岩心的描述包括地层岩性名称、分层深度、岩土性质等方面。不同类型的岩土其岩性描述的内容为：(1)碎石土：颗粒级配；粗颗粒形状、母岩成分、风化程度，是否起骨架作用；充填物的成分、性质、充填程度；密实度；层理特征。(2)砂类土：颜色；颗粒级配；颗粒形状和矿物成分；湿度；密实度；层理特征。(3)粉土和粘性土：颜色；稠度状态；包含物；致密程度；层理特征。(4)岩石：颜色；矿
15、物成分；结构和构造；风化程度及风化表现形式，划分风化带；坚硬程度；节理、裂隙发育情况，裂隙面特征及充填胶结情况，裂隙倾角、间距，进行裂隙统计。必要时作岩心素描。岩心采取率:是指所取岩心的总长度与本回次进尺的百分比。总长 度包括比较完整的岩心和破碎的碎块、碎屑和碎粉物质。岩心获得率:是指比较完整的岩心长度与本回次进尺的百分比。它 不计入不成形的破碎物质。岩石质量指标（RQD）：指在取出的岩心中，大于10cm的柱状岩心 长度与本回次进尺的百分比。是岩体分类 和评价地下洞室围岩质量的重要指标。上述三项定量指标可反映岩石的坚硬和完整程度。岩石愈坚硬、完整，数值愈高；愈软弱、破碎的岩石，数值愈低。岩芯采
16、取率 80%；软弱夹层65%在钻进过程中注意换层的深度、回水颜色变化、钻具陷落、孔壁坍塌、卡钻、埋钻和涌沙现象等，结合岩心以判断孔内情况。如果钻进不平稳，孔壁坍塌及卡钻，岩心破碎且采取率又低，就表明岩层裂隙发育或处于构造破碎带中。国内水利水电勘察单位使用的钻孔摄影和钻孔电视，可以对孔内岩层裂隙发育程度及方向、风化程度、断层破碎带、岩溶洞穴和软弱泥化夹层等，获取较为清晰的照片和图像。这无疑提高了钻探工作的质量和钻孔利用率。三、三、坑探工程1、岩土工程勘探常用的坑探工程类型及其适用条件 坑探工程也叫掘进工程、井巷工程，它在岩土工程勘探中占有一定的地位。与一般的钻探工程相比较，其特点是：勘察人员能直
17、接观察到地质结构，准确可靠，且便于素描；可不受限制地从中采取原状岩土样和用作大型原位测试。尤其对研究断层破碎带、软弱泥化夹层和滑动面(带)等的空间分布特点及其工程性质等，更具有重要意义。坑探工程的缺点是：使用时往往受到自然地质条件的限制，耗费资金大而勘探周期长；尤其是重型坑探工程不可轻易采用。各种坑探工程的特点和适用条件：名称名称特点特点适用条件适用条件探槽在地表深度小于3-5米的长条形槽子剥除地表覆土，揭露基岩，划分地层岩性，研究断层破碎带；探查残坡积层的厚度和物质、结构 试坑从地表向下，铅直的、深度小于35m的圆形或方形小坑 局部剥除覆土，揭露基岩；作载荷试验、渗水试验，取原状土样 浅井从
18、地表向下，铅直的、深度515m的圆形或方形井 确定覆盖层及风化层的岩性及厚度；作载荷试验，取原状土样 竖井（斜井）形状与浅井相同，但深度大于15m，有时需支护 了解覆盖层的厚度和性质，作风化壳分带、软弱夹层分布、断层破碎带及岩溶发育情况、滑坡体结构及滑动面等；布置在地形较平缓、岩层又较缓倾的地段 岩土工程勘探中常用的坑探工程有：探槽、试坑、浅井、竖井(斜井)、平硐和石门(平巷)。其中前三种为轻型坑探工程，后三种为重型坑探工程。名称名称特点特点适用条件适用条件平硐在地面有出口的水平坑道，深度较大，有时需支护 调查斜坡地质结构，查明河谷地段的地层岩性、软弱夹层、破碎带、风化岩层等；作原位岩体力学试
19、验及地 应力量测，取样；布置在地形较陡的山坡地段 石门（平巷）不出露地面而与竖井相连的水平坑道，石门垂直岩层走向，平巷平行 了解河底地质结构，作试验等 2.编录工作 坑探工程应事先编好设计书，开挖过程中要及时作好观察、描述、记录或照相，然后作好编录工作。坑探工程的编录工作主要是编制展视图，展视图就是沿坑探工程的壁面、底面所编制的连续地质剖面图、按一定的制图方法将三度空间的图形展开。不同类型的坑探工程展视图的编制方法和表示的内容有所不同，比例尺一般为1:25-1:100u试坑、浅井、竖井：采用四壁辐射展开法或四壁平行展开法u探槽：一般只画底和一壁，有时也将两侧壁画出。u平硐：将五个面全部画出，硐
20、顶分开单画，其余面相联展开 原位测试工程地质野外试验是工程地质的重要勘察方法之一。主要特点是：保持天然状态综合反映客观实际避免取样的困难完成室内无法测定的试验内容工程地质勘察中常用的野外试验有三大类：水文地质试验：钻孔压水试验、抽水及渗水试验等岩土力学性质和地基强度试验：载荷试验、触探试验、十字板剪切试验、钻孔旁压试验、岩体弹性模量测定、点荷载试验、回弹锤击试验等地基处理试验：灌浆试验、桩基承载力试验洛阳铲麻花钻钻进钻孔平面布置图钻孔柱状图工程地质剖面图主要指标天然含水量天然重度孔隙比液限塑限塑性指数液性指数压缩模量变形模量抗剪强度指标标准值(固结快剪)地基承载力特征值内聚力内摩擦角ckk(%
21、)(kN/m3)（%）(Mpa)(kpa)(度)(kpa)冲填土1217.90.7917.5130淤泥75.015.22.0947.326.021.32.552.186639.5粉质粘土20.819.10.7129.418.211.20.2311.42824289物理力学性质指标值刮刀钻头一字钻头鱼尾钻头螺旋钻头金刚石钻头潜孔锤钻头常见各种钻头一、平板载荷试验适用范围：一般粘性土和无粘性土1.目的：研究地基土体压缩变形特征、地基容许承载力R、变形模量Eo、地基变形范围、黄土起始湿陷压力2.原理：通过对放置在地基土表面上的方形(或圆形)刚性承压板上逐级施加荷载，观测各级荷载下沉降量随时间的变化，
22、逐级达到稳定为止，这样测得各级荷重压力(P)相应的稳定沉降量，以此绘制压力与沉降的关系曲线(P-S)和沉降量随时间变化的S-t关系曲线.3.试验设备 主要包括加载与传压装置、变形观测装置及承压板。载荷试验一般在方形试坑中进行，将试坑挖到基础的设计砌置深度，整平坑底，放置承压板，在承压板上施加荷载。承压板：采用现场混凝土浇筑和预制两种，其底面一般用厚钢板。对承压板的要求是：要有足够的刚度；满足在加荷过程中承压板本身的变形小；而且其中心和边缘不能产生弯曲和翘起的要求，故其形状一般为圆形或方形。根据经验，土质松软的地基土，宜采用较大尺寸；土质较硬时，承压板宜选用较小尺寸。承压板的面积一般采用2500
23、10000cm2。加荷传压装置：加荷传压装置包括：压力源(千斤顶、堆载物)；载荷台架；反力构架等。加荷方式有两种：重物静力加荷和液压千斤顶加荷。重物静力加荷法：在载荷台上放置重物(如钢锭、铅块、建筑砌块)以此向地基土加荷载。此法虽显笨重，劳动强度大，但其荷载稳定，常在大荷载测试时采用。液压千斤顶反力加荷法：用液压千斤顶加荷，用地锚系统提供反力。加荷是通过钢桁架或拉杆传给地锚。其加荷控制及搬运方便，劳动强度相对较小，但可提供的反力有限，故适于小荷载测试。受力时地锚有时会上拔，千斤顶压力不易稳定，故常加一稳压器，以保持一定恒压。地锚系统、反力构架或载荷台架，其构件和总体组合强度不能过低，应是试验最
24、大荷载的1.5-2倍。沉降量测系统由千分表（现在一般使用带计算机数据接口的电子千分表，既可观测，又可以实现数据自动采集）及固定支架或沉降传感器及自动记录仪组成。反力装置：堆载式、撑臂式、伞型锚杆式、桁架式。对于大型压板试验常采用锚桩或锚杆梁式反力系统观测装置：压力环、百分表及固定支架等。油压千斤顶的反力，由地锚支承。测量承压板的沉降变形可用千分表。3、试验要点 试验点的位置应根据建筑物的结构特点、特殊要求、以及建筑区的工程地质条件来选择，一般布置在重要建筑物关键部位的持力层和软弱土层处。a.试坑开挖开挖圆形或方形基坑，试坑直径或宽度不小于承压板直径和宽度的三倍。当挖至距试验深度15-20cm处
25、预留防扰动保护层，停止快速开挖，用平铲修整至试测深度。试验前应保持土层的天然湿度和原状结构。试面上铺设0.5-1cm厚的净砂，粒径为0.25-0.5mm中粗砂,保证承压板水平并与土均匀接触。b.加荷等级 分级加荷。第一级加荷宜接近挖除土柱的自重，其相应的沉降不计。以后，每级加荷的增量一般应取地基预估荷载1/8-1/10；软土每级荷载增量为10-25KPa；中密粘性土及砂土为25-50KPa；密实的砂土、碎石土和坚硬的粘性土，可采用50-100KPa c.每级荷载下的沉降观测与稳定标准 沉降观测标准：每次加荷后,第一小时内按5、5、10、10、15、15分钟观测其沉降量（S）一次，以后每隔30m
26、in观测一次，达到稳定标准为止，绘制S-t关系曲线。沉降稳定标准：视土的种类而定。碎石土及砂土每级荷载观测不少于4个小时；一般粘性土不少于8个小时，软粘土不少于24小时。同时还须满足每小时沉降量不大于0.1mm的要求。d.终止试验条件 试验过程中出现下列现象之一时，即可认为土体已达到极限荷载状态，可以结束试验：承压板周围出现土被挤出，或有明显裂缝变形现象；荷载-沉降曲线出现陡降段；24h沉降速率不能达到相对稳定标准；一般尽可能加荷至土体破坏。当最终一级加荷观测沉降量结束后，可逐级卸荷，并观测其回弹值。4.资料的整理 根据载荷试验结果，可以绘制压力P与变形量S的关系曲线和变形量S与时间t的关系曲
27、线。P-S曲线的开始部分往往接近于直线，与直线段终点1对应的荷载P0称为地基的比例界限荷载或地基的临塑荷载，一般地基承载力设计值取接近于或稍超过此比例界限值；拐点2对应的荷载Pu为极限荷载，相当于地基整体滑移破坏时的承载力。这两个拐点是确定地基的承载力和计算变形模量的重要依据。根据记录绘制PS和St关系曲线。曲线被两个拐点P0和Pu分为三段：线段为直线，PS成正比关系，P0为比例界限点，称为压密阶段；线段为曲线，Pu为极限强度，这段称为剪切阶段；线段曲线，表明压力作用下不能稳定，形成滑动面，土体受到破坏，称为破坏阶段。压力与稳定沉降关系曲线5.资料应用a.计算变形模量Eo 变形模量Eo是指土在
28、单轴受力、无侧限情况下的应力与应变之比，与室内有侧限条件下压缩试验求得的压缩模量Es不同。其值可由载荷试验成果P-S曲线的直线变形段按弹性理论公式求得。式中Eo土的变形模量，MPa；P承夺板上的总荷载，KPa；S相应沉降量，mm；d换算成圆面积的承压板直径，m(表15-11)；土的泊松比，0.25-0.42。SdP)(1E20b.确定地基承载力特征值（1）拐点法 根据试验P-S曲线有较明显直线段时，就用直线段的拐点所对应的压力即临塑荷载作为地基承载力的特征值。软粘土中P-S关系曲线拐点常不明显，则可采用双对数lgP-lgS关系曲线，找到拐点。常见这类土多为密实砂土、硬塑以上的粘性土等。（2）极
29、限荷载法 当临塑荷载与极限荷载接近时，应以Pu除以安全系数K作为地基承载特征值。K值一般取1.5-2.5。多为脆性破坏类型的土，如某些黄土、红土等。（3）相对沉降控制法 在P-S曲线较平缓的区段中选取承压板沉降量S与承压板宽度或直径b之比值（S/b）.对一般粘性土采用S/b0.02对应的压力作为地基承载特征值；对砂土和新近沉积粘性土采用S/b=0.01-0.015所对应的压力值为地基承载特征值。c.预估建筑物沉降量 在建筑物基础宽度2倍深度以内土质相对均匀时，利用平板载荷试验，可以预估建筑物沉降量。对于砂土地基，建筑物沉降量估算，可按公式计算：对粘性土地基，建筑物沉降量估算，可按公式计算式中：
30、S为预估的基础沉降量;S为载荷与基础底面压力值相等时的承压板的沉降量；B为基础短边宽度；D承压板尺寸。22()()3030BDSSDB BSSD 二、静力触探 1.试验目的和基本原理 用静压力匀速将标准规格的圆锥形探头压入土层，由于土层中各种土的软硬不同，探头所受阻力自然不一样，利用探头内的阻力传感器，通过电讯号和机械系统将进入土中的贯入阻力，传至自动记录仪绘出随深度的变化曲线。根据贯入阻力与土的工程性质之间的定性关系和统计关系，对复杂地层进行划分、并提供地基承载力、选择桩尖持力层和预估单桩承载力等指标。根据工程需要采用单桥探头、双桥探头、或带孔隙水压力量测的探头，可测比贯入阻力（Ps）、锥尖
31、阻力（qc）、侧壁摩阻力（fs）和贯入时的孔隙水压力。静力触探试验用于软土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土.但对卵砾和砾质土层不宜采用。静力触探仪、静力触探车2.仪器与主要设备 静力触探仪主要由贯入装置、探头、量测记录装置三部分组成。a.贯入装置：包括触探主机与反力装置，触探主机借助探杆将装在其底端的探头压入土中；反力装置则提供主机在贯入探头过程中所需的反力。触探主机按力的传动方式可分为液压传动和机械传动两类。液压传动方式最大贯入行程一般为0.5-1.0m，贯入力大于80KN，以车装式为主。特点是贯入速度均匀、加压能力大。适于一般粘性土、硬粘土和较密实的砂类土的深层静力触探。机械式有电
32、动丝杆和手摇链式两种。电动丝阻力贯入力较大，适用于一般粘性土和砂类土；手摇式主机以人力转动手柄将探头压力土中，贯入力一般小于20-30KN，只适用于浅层松软的粘性土层。反力装置：作用是固定触探主机，一般常采用地锚、重物和车辆自重作为反力装置。b.探头 探头工作原理：将探头压入土中，由于土层的阻力，使探头受到一定的压力。土层的强度越高，探头所受到的压力愈大，探头内的阻力传感器，将土层的阻力转变为电讯号，由仪器测量出来。土的强度 土的阻力 传感器应变 电阻变化 电压输出，最后由电子仪器记录下来，测定土的强度。单、双桥探头 探头的类型：单桥探头和双桥探头 单桥探头试验可得比贯入阻力Ps，双桥探头试验
33、可得到锥头阻力qc及侧壁摩擦力fs3.试验方法和步骤:a.平整实验场地。b.将触探头对准孔位。c.设置好量测仪器，将探头按1.2m0.3m/min均速贯入土中0.5m-1.0m左右(冬季应超过冻结线)，然后稍许提升，使探头传感器处于不受力状态。d.待探头温度与地温平衡后(仪器零位基本稳定)，将仪器调零或记录初读数，即可进行正常贯入。深度6m内，每贯入1-2m，应提升探头检查温漂并调零；6m以下每贯入5-10m应提升探头并检查回零情况，若有异常情况，应检查原因并及时处理。e.实验时均匀转动摇柄，以上述均速将探杆压入土中，根据深度指针和触探机架上的刻度，每压入10cm，记录一次探头阻力读数。4.资
34、料整理及应用 a.资料整理 比贯入阻力Ps：锥头阻力qc及侧壁摩擦力fs其中p,q,f分别为应变率定的传感器的率定系数；p,q,f传感器的应变量或输出电压 摩阻比Rf:是同一深度的侧摩阻力fs与锥尖阻力之比，以百分数表示sppp cqqffqf s100sfcfRqb.成果应用 绘图：以深度为纵坐标，以比贯入阻力Ps或锥尖阻力qc和侧摩阻力fs(及摩阻比Rf)为横坐标，绘出关系曲线。(1)划分土层和定名 单桥探头可根据比贯入阻力Ps确定土类，但精度不高。双桥探头可测得锥尖阻力和侧壁摩擦力计算摩阻比Rf，划分土类，精度较高。qcfs(2)确定地基土的承载力 利用静力触探资料确定地基土承载力,国内
35、均采用在实践基础上提出经验公式。工业与民用建筑地质勘察规范采用的公式：砂土：f=0.0197Ps+0.0656 一般粘性土：f=0.104Ps+0.269 老粘土：f=0.1Ps(3)确定土的压缩模量ES和变形模量E0 用经验公式确定土的压缩模量ES和变形模量E0，不同地区和部门对不同土类有不同的经验公式可供选择(4)估算单桩极限承载力 利用双桥探头测得的qc和fs，可以用在桩基设计中，确定单桩承载力；选择桩尖持力层；提供各层土的变形指标。三、圆锥动力触探 1.试验目的和基本原理：是利用一定重量的落锤，以一定高度自由下落，将一定尺寸、一定形状的探头打入土中，记录贯入一定深度所需锤击数，根据贯入
36、的难易程度来判定土的物理力学性质并进行力学分层的一种原位测试方法。可查明地层剖面、确定各类土的承载力、桩基持力层、预估单桩承载力等。2.动力触探的类型及规格 根据穿心锤的重量，可将圆锥动力触探分为轻型、重型、超重型三种动力触探。其中，轻型适用于一般粘性土及素填土；重型适用于砂土及碎石土；超重型适用于卵石、砾石类土。各类型触探设备均由触探器、重锤、及触探杆三部分组成。动力触探设备规格贯入深度：轻型贯入30cm锤击数N10 重型贯入10cm锤击数N63.5 超重型贯入10cm锤击数N120a.轻型动力触探 适用于一般粘性土和素填土(1)规格：锤重10kg、落距50cm、贯入30cm 锤击数N10(
37、2)试验要点：先用轻便钻具钻到试验土层标高以上3cm处，然后将探头与探杆放入孔内，保持探杆垂直。将10kg的穿心锤提升到502cm高度，使其自由下落，将探头垂直打入土层中。记录每打入土层30cm锤击数N10如遇密实坚硬土层，当贯入0.3m所需锤击数超过100击或贯入15cm超过50击时，即可停止试验，N10可用贯入深度及其相应锤击数换算。圆锥触探头类型b.重型、超重型动力触探(1)规格：锤重63.5kg、落距76cm、贯入10cm锤击数N63.5 锤重120kg、落距100cm、贯入10cm锤击数N120(2)试验要点：触探杆应保持垂直，接头连接紧固。贯入时63.5kg穿心锤提升76cm高度（
38、超重型穿心锤120kg提升到100cm），然后使其自由下落，将探头打入土中。记录贯入深度、一阵击的贯入量及相应的锤击数（一般5击为一阵击）并计算每贯入10cm的实测锤击数N；当触探杆长度大于2m时，锤击数校正：式中N63.5重型动力触探锤击数；触探杆长度校正系数NN5.633.资料整理与成果应用 资料整理：绘制N10-H、N63.5-H、N120-H曲线，分层及计算分层击数平均值。成果应用：根据曲线可划分土类或土层剖面 一般来说，锤击数越小，土的颗粒越细；锤击数越大颗粒越粗。在某一地区进行多次实践后，就可以建立起当地土类型与锤击数之间的关系。将触探锤击数相近段划分为一层，并求出每一层的锤击数平
39、均值，定出土层名称。在地区性的经验基础上，根据触探成果指标确定砂土的孔隙比、相对密度、估算地基土承载力、及单桩承载力等四、十字板剪切试验 用于测定饱和软粘土不排水抗剪强度和灵敏度的原位测试技术。测试时，把一定标准的十字板头插入饱和软粘土中，以一定的速率扭转，量测土破坏时的抵抗力矩，测定土的不排水抗剪强度。由于该试验是在原位条件下进行的，与室内试验相比，更容易反映土体的天然结构、天然应力等条件，尤其是高塑性软土。目前国内主要有两种十字板剪切仪，即机械式和电测式。电测式十字板剪切仪 在十字板头上连接贴有电阻应变片的受扭力矩传感器，在地面用电子仪器直接测量十字板的剪切扭矩。将十字板头压入土中预定的试
40、验深度后，顺时针方向转动扭力装置的手摇柄，当量测仪表读数开始增大时，每转1度读数1次。将峰值或稳定值作为原状土的剪切破坏的读数。四、标准贯入(SPT)1.试验目的和原理 也是一种动力触探，它利用一定的锤击动能（锤重63.5kg,落距76cm），将一定规格的对开管式的标准贯入器（对开管外径51mm、内径35mm、长度457mm）打入钻孔孔底的土中15cm，然后再打入30cm，用后30cm的锤击数作为试验的指标N。根据打入土中的贯入阻抗，判别土层的工程性质。该实验的应用主要划分土层、评定砂土的相对密度、评定地基土承载力、估算单桩承载力等。标准贯入器：由两个半圆管合成的取土器该试验主要适用于一般粘性
41、土、粉土和砂土，不适用于软塑-流塑的软土对开管式标准取土器2.试验设备和操作要点 标准贯入试验除所用探头为对开管式贯入器外，其它试验设备与圆锥动力触探相似。a.先用钻具钻至土层标高以上15cm处(避免下层土受到扰动)，清除孔底残土后再进行试验b.将贯入器竖直打入土层中15cm后，开始记当每打入10cm的锤击数，累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验的实测锤击数.当锤击数达50击，而贯入深度未达30cm时，可记录实际深度并终止试验，用实际深度和相应的锤击数换算出N值。c.取出贯入器，对贯入器中的土样进行鉴别描述d.当钻杆长度大于3m时，锤击数应进行钻杆长度校正NN式中N杆长修正后的锤击数；N现场
42、实测锤击数；杆长修正系数3.资料的应用a.确定地基承载力粘性土确定承载力N357911131517192123fk105145190235280325370430515600680砂土地基承载力b.确定砂土的密度和容许承载力N10153050中、粗砂180250340500粉、细砂140180250340 c.根据标准贯入试验结果确定单桩竖向承载力d.评价粘性土的稠度状态和地震作用下强度降低 判断砂土液化：标准贯入击数N小于按下式计算出的N时，则可认为是可液化的砂土Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值；N0为液化判别标准贯为液化判别标准贯入锤击数基准值；入锤击数基准值；NNcr 不易液化;NN
43、cr 可能或容易液化030.90.1(015)crswscNNdddcmp 五、旁压试验 1、试验目的与原理 测定地基土体的变形模量和确定地基的承载力。它的基本原理与载荷试验相似，但两者施加压力的方式和土体变形的方向是不同的。试验原理：是在竖直钻孔内放入旁压器探头，利用高压气体使量管中的水注入旁压器里，使其因增压膨胀而对孔壁施加侧向压力，引起孔壁土体产生变形，其大小由量管中水位变化值反映出来。通过逐级加荷，并观测相应量管中的水位降，据此绘制压力与水位降的关系曲线。它与载荷结果的P-S曲线相似，同样反映出随压力变化土层的变形特征。2.旁压仪结构由旁压器、加压稳压装置和变形测量装置及导管等部分组成
44、。）旁压器是旁压仪最主要的部件。旁压器为圆柱形骨架，外套有密封的弹性膜。预钻式一般分为上、中、下三腔。中腔为测试腔,上、下腔为辅助腔。上、下腔用金属管连通，而预与中腔严密隔离。加压稳压装置的压力源为高压氮气或人工打气。并附有加压稳压调节阀和压力表。变形测量装置一般由体变管(量管)或液位仪及辅管组成。导管为尼龙软管，连接旁压器中腔与体变管相通，连接上下腔与辅管相通。旁压仪分为预钻式和自钻式两类。旁压仪 预钻式是在预先钻好的钻孔内放入旁压器.自钻式是用自钻钻头钻进将旁压器放入预定位置，然后通过压力-体积控制装置使旁压器径向扩张，对孔壁施加压力，使土体产生相应变形的一种原位测试方法。试验前要先进行弹
45、性膜标定和仪器综合变形校准。压力和体积控制箱 设置在三角架上的一个箱式结构，它包括加压稳压装置和变形量测装置两部分。加压稳压装置是由高压氮气瓶或人工打气筒、储气罐、调节阀和相应的压力表组成。加压稳压均通过调压阀控制。变形量测装置 由测管、辅管、水箱及各类阀门等部件构成。主要功能是控制进入旁压器的水量。旁压仪的率定：弹性膜约束力的率定和仪器管路综合变形率定测试。3.试验步骤a.平整场地，钻孔准备。成孔要求：试验前用回转、勺钻打好钻孔，成孔要直，孔壁要光滑。钻孔直径应略大于旁压器外径26mm。孔深应比预定试验深度略深2040cm，以保证旁压器下腔在受膨胀时有足够的空间，使其和上腔同步。钻孔成孔后宜
46、立即进行试验，以免缩孔和塌孔。对易坍塌的钻孔，宜采用泥浆护壁。实验点布置原则：必须保证旁压器上、中、下三腔都在同一土层中。均质土中一般1m安排1个测点；每一层应少于1个测点，层厚大于3m的土层，一般不少于2个测点。检查管路。b.充水：将旁压器置于地面上，打开水箱阀门，使水由水箱分别流入旁压器中筒和上、下筒，并返回到测管中。待量测管中水位升高到一定高度时，提起旁压器中筒的中点与量管的水位相平（此时旁压器内不产生静水压力，不会使弹性膜膨胀），然后关闭筏门，停止注水。此时量管水位值为试验初读数.c.放置旁压仪：将旁压器放入钻孔中预定的实验深度，其深度以中腔中点为准。打开量管阀门，此时旁压器内产生静水
47、压力，并记录管中水位下降值。该压力即为第一级压力。静水压力:是自旁压器测量套筒的中点至量管水面垂直距离水柱产 生的压力当测试深度内有地下水时，则从地下水面算起。h1地面至旁压器中筒中点的距离h2地面至量筒水面高度d.加压：打开氮气瓶开关，同时观测压力表，控制氮气瓶输出压力不超过减压筏额定标准。加压等级一般为预计极限压力的1/81/12。各级压力下的相对稳定时间标准为1min或3min。测记各级压力下体积或量管水位下降值S。e.旁压试验终止条件：某级压力下水位降明显增大量测腔的扩张体积相当于量测腔固有体积当量筒水位下降总值达36cm时，可认为土体破坏终止试验21hhH)(21hhH4.资料整理成
48、果应用a.压力和体积变形校正计算作用于土体的各级实际压力（p）式中pm试验时施加的每级压力 pi弹性膜的约束力变形量校正式中v,s校正后的体积、量管水位下降值 vm,sm实测体积、量管水位下降值 仪器综合变形校正系数绘制各级压力与相应水位间的关系p-s或p-v曲线。impHpp)(ppvvmm)(ppssmmb.按下式计算变形模量（E0）式中 p0比例界限或临塑荷载；m旁压系数，一般采用29.3 S与p0对应的水位降；S0弹性膜膨胀接触孔壁时水位降 r钻孔半径c.确定地基承载力临塑荷载法：比例界限p0作为地基承载力,由p-s曲线确定极限荷载法：fk=pu/k k=3.03.5200201rSS
49、pmE试验名称试验类型基本原理岩土参数及应用适用范围载荷试验平板载荷试验利用P-S曲线确定各种特性指标1.确定地基土的承载力和变形模量；2.确定湿陷性黄土的湿陷起始压力，判别土的湿陷性适用于碎石土、砂土、粉土、粘性土，填土、软土和软质岩石螺旋板载荷试验1.确定地基土的承载力和变形模量；2.估算地基土固结系数、不排水抗剪强度适用于砂土、粉土、粘性土和软土桩基载荷试验1.确定单桩竖向和水平承载力；2.当埋设有桩底反力和桩身应力、应变量测元件时，可直接测定桩周土的极限侧阻力和极限端阻力以及测定桩身应力变化和桩身的弯距分布；3.估算地基土的水平抗力系数的比例系数适用于各类桩基动载荷试验确定基础竖向震动
50、力加速度a和基底动压力Pd适用于各类桩基旁压试验预钻式旁压试验在钻孔内利用旁压器对孔壁施加水平压力量测孔壁的变形，通过压力与变形关系，求得地基土承载力、变形参数1.确定地基土承载力；2.确定地基土旁压模量适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、填土和软质岩石、风化岩自钻式旁压试验1.确定地基土承载力；2.确定地基土旁压模量；3.估算原位水平应力、不排水抗剪强度、剪切模量、固结系数适用于软土、粘性土、粉土、砂土静力触探试验静力触探试验用静力将探头以一定速率压入土中，利用探头内力传感器，通过电子量测仪器将探头受到的贯入阻力记录下来，根据阻力大小判定土层性质1.进行土层分类；2.确定地基土承载力；3.确定
