第八讲 原位测试

• 相对沉降控制法：
根据相对沉降量s/ b，沉降量和承压板的 宽度或直径之比确定地基承载力。 低压缩性土和砂土可取0.01-0.015对应的 荷载作为地基土承载力基本值；对中、高压 缩性土取0.02所对应的荷载值为承载力基本 值。
• 极限荷载法： 若临塑压力和极限压力接 近，用pu除以安全系数K作为 地基土承载力基本值。 当临塑荷载与极限荷载不接近 时，按下式计算地基承载力：
（2）确定地基土变形模量E0 2 B p0 E0 (1 ) 4 s0 A B：承压板直径，当为方形时， 2 A为方形板面积 B P0：临塑荷载； S0：临塑荷载对应的沉降量； （3）估算地基土不排水抗剪强度Cu p p0 Cu u Nc Pu：快速荷载试验所得极限压力； p0：承压板周边外的超载或土的自重压力； Nc：承压系数。
1、试验概述
十字板剪切试验是快速测定饱和软粘土层 快剪强度的一种简易而可靠的原位测试方法。
十字板剪切试验的抗剪强度值等于试验深 度处天然土层的不排水抗剪强度，在理论上它 相当于三轴不排水剪的总强度，或无侧限抗压 强度一半。
优点：原位、简便
缺点：偏于不安全
2、技术要求（略）
3、基本原理 扭转力矩M
、粉土、流塑淤泥及淤泥质土、贝壳层等)；
（2）可以避免取样过程中应力释放的影响；
（3）原位测试的土体影响范围远比室内试
验大，因此代表性也强；
（4）可大大缩短地基土层勘查周期。
原位测试的缺点：
（1）原位测试具有适用条件，适用不当会影响效果； （2）原位测试所得参数与土的工程力学性质间的关系是 建立在统计经验关系上的；
4、试验成果应用
• 成果：
比贯入阻力－深度（ps－h）关系曲线；
锥尖阻力－深度（qc－h）关系曲线；
侧壁摩阻力－深度（fs－h）关系曲线；
摩阻比－深度（Rf－h）关系曲线。
fs Rf qc
• 应用：
（1）划分土层界限；
（2）评定地基土的强度参数；
粘性土：不排水抗剪强度（表7－2） 砂 土：内摩擦角(表7－3)、密实状态(表7－4)、
基准基床反力系数Kv1
砂
4B2 土：K v1 Kv 2 （B+0.305）
B：承压板直径或宽度；
（4）估算地基土基床反力系数Ks
基准基床反力系数Kv1
0.305 粘性土：K s K v1 Bf 砂
Bf：基础宽度
地基土基床反力系数Ks
土：K s (
B f 0.305 Bf
) 2 K v1
(表7－5)
（3）评定土的变形参数； 粘性土：压缩模量Es和变形模量E0(表7－6) 砂 土：压缩模量Es和变形模量E0 (表7－7)、(表7－8) （4）评定地基土承载力（表7－9）
（5）预估单桩承载力。
n 1 Rk (b psb Ap U p fili ) 上海市地基基础设计规范 K i 1
缺点：不能对土层直接观察；
测试深度不能超过80m；
不适用于碎石、砾石和密实砂层。
2、试验设备
静力触探仪：
贯入装臵、传动系统、量测系统
• 单桥探头：只能测定一个指标 比贯入阻力ps
p ps A
A：探头锥尖底面积； P：总贯入阻力（锥尖阻力和侧摩擦力）
• 双桥探头：能同时测定锥
Cv≤100m2/年
目的：
（1）测定原委应力条件下软粘土不排水抗剪强度Cu （2）估算软粘土灵敏度St。
5、成果应用 成果： 不排水抗剪强度Cu随深度变化曲线，即Cu~h 应用：
（1）对实测的不排水抗剪强度Cu修正得到应用于实际 的不排水抗剪强度指标。 (Cu)f＝μ(Cu)fv （2）确定软土地基承载力fk，式（7－43）
中国民航大学 交通工程学院 土木工程系 马琳
第七章 工程地质原位测试
一、原位测试概述 二、静力载荷试验 三、触探试验
四、十字板剪切试验
五、旁压试验
一、原位测试概述
原位测试：
在土层原来所处的位臵基本保持土体 的天然结构、天然含水量以及天然应力状 态下，测定土的工程力学性质指标。
原位测试的优点：
（1）可测定难以取得不扰动土样(饱和砂土
（5）评定土的变形模量E0和压缩模量Es(表7－24) （6）确定地基土承载力。（表7－25） （7）估算单桩承载力（表7－26）、（表7－27）
Qu pb Ap U p ( p fc Lc p fs Ls ) C1 C2 x
（8）判定饱和砂土地震液化问题。
•十字板剪切试验（VST）：
pu p0 f 0 po Fs
P0
(临塑压力) Pu
(极限压力)
Fs-经验系数，一般取2-3。
•地基极限承载力的确定： 1、以p~s曲线对应的极限压力、利用lgp-lgs曲线 或p-Δs/ Δp曲线第二转折点对应的荷载作为地基极 限承载力； 2、取相对沉降量s/ b=0.06相应的荷载作为地基极 限承载力 3、采用外插做图法
2、试验装臵
承压板、加荷装臵、沉降观测装臵 （1）承压板 工程中常用70.7×70.7cm和50×50cm （2）加荷装臵 重物加荷和油压千斤顶反压加荷
3、试验成果及应用
（1）确定地基承载力
P0 • 强度控制法： (临塑压力) 以p~s曲线对应的临塑 荷载作为地基土极限承载力 Pu 基本值. (极限压力) 若没有明显直线段，利 用lgp-lgs曲线或p-Δs/ Δp 曲线上的转折点对应的压力。
三、触探试验 (DPT)
触探试验
通过一定机械装臵，将一定规格的金属 探头用静力压入（捶击动能）土层中，同时 用传感器或直接量测仪测试土层对探头的贯 入阻力，以此确定地基土的物理力学性质。
• 静力触探（DPT）：
1、试验概述
优点：连续、快速、精确；
可现场直接测得各土层的贯入阻力； 掌握土层原始（竖向）状态下的物理力学性质； 适合饱和砂土等无法取样土层。
1、试验概述
利用一定锥击动能，将一定规格圆锥探头打入土 中，根据入土阻力大小判别土层变化，对土层进行力 学分层，确定土层的物理力学性质，对地基土作出工 程地质评价。
优点：设备简单、操作方便、工效较高、适应性广
并具有连续贯入特性；对难以取样的砂土、粉土、 碎石类土以及静力触探难以贯入的土层有效。
缺点：不能对土进行直接描述，误差大，再现性差。
1、原理与意义
P~S关系曲线： 第一阶段：直线变形阶段 P0 (临塑压力) Pu
(极限压力)
土体变形：压密变形（竖向）
第二阶段：局部剪切阶段 土体变形：压密和剪切变形（竖向和侧向） 第三阶段：破坏阶段 土体变形：剪切变形（侧向）
确定地基土临塑荷载、极限荷载，评价地基土承载力； 估算地基土变形模量，不排水抗剪强度，基床反力
和粘性土状态、土的强度和变形参数，评定天然地基
土（单桩）承载力。
4、动力触探试验成果的应用
成果：锤击数和锤击数随深度变化的关系曲线。
应用： （1）确定砂土和碎石密实度。N10与N120与密实 度有一定关系。（表7－15）（表7－16）
（2）确定地基土承载力和变形模量。 建筑地基基础设计规范规定用N10确定地基土的承载
4、标准贯入试验成果的应用
成果：标贯击数N与深度的关系曲线，标贯孔工程地质
柱状图。
N的应用：
（1）评定砂土密实度和相对密度。（表7－21）
（2）评定粘性土的状态。
N与液性指数的关系，与稠度状态的关系。 （表7－22）、（表7－22） （3）评定砂土抗剪强度指标φ
N的应用：
（4）评定粘性土的不排水强度Cu。
Qc qs A Pf fs F
Qc、Pf：锥尖总阻力和侧壁摩 擦力； A、F：锥底截面面积和摩擦筒 表面积
3、试验目的和适用条件
• 适用条件：粘性土、粉土和砂土 • 目的：
（1）根据贯入阻力曲线形态特征或数值变化幅度划
分土层。 （2）估算地基土层的物理力学参数。
（3）评定地基土的承载力。
（4）选择桩基持力层、估算单桩极限承载力。判定 沉桩的可能性。 （5）判定场地地震液化势，饱和砂土和粉土液化。
力标准值fk。（表7－17）
动力触探技术规定用N63.5确定地基土的承载力基本值 f0。（表7－18）
应用：
（2）确定地基土承载力和变形模量。 铁道第二勘测设计院提出对卵石、圆砾可用下式确 定变形模量E0.
E0 4.48N63.5
中国建筑西南勘察院提出用超重型动力触探N120确定 成都地区卵石地基的承载力标准值fk和变形模量E0。
（3）估算软土的液性指数IL，式（7－44）（7－45）
•旁压试验（PMT）：
1、试验概述
通过旁压器在竖 向孔内加压，使土 体或岩层产生变形 破坏，两侧施加压
力和土变形的关系，得到地基土在水平方向上的 应力应变关系。
预钻式旁压仪 旁压仪 自钻式旁压仪 压入式旁压仪
2、适用范围和目的 旁压试验适用于测定粘性土、粉土、砂土、 碎石土、软质岩石和风化岩的承载力、旁压 模量和应力应变关系等。 3、旁压试验成果应用
（3）影响原位测试成果的因素较复杂，对测定值准确定 的判断具有一定困难；
（4）原位测试主应力方向与实际工程中主应力方向不一 致。
二、静力载荷试验 (CPT)
静力载荷试验：
在拟建建筑场地上，挖至设计的基础埋 臵深度的平整坑底放臵一定规格的方形或圆 形承压板，在其上逐级施加荷载，测定相应 荷载作用下地基土的稳定沉降量，分析研究 地基土的强度与变形特征，求得地基土容许 承载力与变形模量等力学数据。
Rk：预制桩单桩承载力标准值； Ap：桩端横截面面积； Up：桩身截面周长； K:安全系数，一般K取2； αb：桩端阻力修正系数，按表7－10取值； Psb：桩端附近的静力触探比贯入阻力平均值； fi：用静力触探比贯入阻力估算的桩周各层土的极 限摩擦力； li：第i层土的厚度