《平板載荷試驗(yàn)》PPT課件.ppt

巖土工程測試與監(jiān)測,Yan-feng Zhuang,Associate Professor in Geotechnical Engineering School of Civil Engineering Wuhan University Wuhan 430072 P.R.China,,巖土工程勘察（可行性研究、初勘、詳勘和施工勘察） 巖土工程設(shè)計（地基基礎(chǔ)、地基處理、基坑支護(hù)、 工程降水、邊坡和滑坡治理設(shè)計等） 巖土工程施工 巖土工程監(jiān)理 巖土工程監(jiān)測 巖土工程檢測,原位測試： 從廣義上講，包括原位檢測和原位試驗(yàn)兩部分，即指在被測試對象的原始位置，在不破壞、不擾動或少擾動被測試或檢測對象原有（天然）狀態(tài)的情況下，通過試驗(yàn)手段測定特定的指標(biāo)，進(jìn)而評價被測試對象的性能和狀態(tài)。 從狹義上講，原位測試是指利用一定的試驗(yàn)手段在天然狀態(tài)（天然應(yīng)力、天然結(jié)構(gòu)和天然含水量）下，測試巖土的反應(yīng)或一些特定的物理、力學(xué)指標(biāo)，進(jìn)而依據(jù)理論分析或經(jīng)驗(yàn)公式評定巖土的工程性能和狀態(tài)。 原位測試技術(shù)是巖土工程中的一個重要分支，它不僅是巖土工程勘察的重要組成部分和獲得巖土體設(shè)計參數(shù)的重要手段，而且是巖土工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)的主要手段，并可用于施工過程中巖土體物理、力學(xué)性質(zhì)及狀態(tài)變化的監(jiān)測。,原位測試方法,巖土工程勘察規(guī)范（GB5002l-2001）所列的原位測試方法有：載荷試驗(yàn)、靜力觸探、圓錐動力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)、現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)、波速測試、巖體原位應(yīng)力測試和激振法測試。 載荷試驗(yàn)承載力 靜力觸探、圓錐動力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)觸探試驗(yàn) 十字板剪切試驗(yàn)、直接剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn) 旁壓試驗(yàn)、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)側(cè)脹試驗(yàn) 聲波測試、彈性波波速測試、激振法測試動力參數(shù)測試,原位測試優(yōu)缺點(diǎn),載荷試驗(yàn)（P1ate Load Test，簡稱PLT）： 是在現(xiàn)場通過一定面積的剛性承壓板向地基逐級施加荷載，測定天然地基、單樁或復(fù)合地基的沉降隨荷載的變化，借以確定地基土的承載能力和變形特征的現(xiàn)場試驗(yàn)。,載荷試驗(yàn),平板載荷試驗(yàn),Plate Loading Test,oa段：,載荷試驗(yàn)的適用條件 淺層平板載荷試驗(yàn) 適用于地表淺層地基土（包括各種填土和碎石土） 深層平板載荷試驗(yàn) 適用于埋深等于或大于3.0m和地下水位以上的地基土 螺旋板載荷試驗(yàn) 適用于深層地基或地下水位以下的土層 載荷試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn) 對地基土不產(chǎn)生擾動，確定地基承載力最可靠、最具代表性，可直接用于工程設(shè)計，還可用于預(yù)估建筑物的沉降量，對大型工程、重要建筑物，載荷試驗(yàn)一般不可少，是世界各國用以確定地基承載力的最主要方法，也是比較其它原位測試成果的基礎(chǔ)。,載荷試驗(yàn),淺層平板靜力載荷試驗(yàn)的基本原理,載荷試驗(yàn),平板載荷試驗(yàn),糯扎渡現(xiàn)場碾壓平板載荷試驗(yàn),現(xiàn)場載荷試驗(yàn),按地基載荷試驗(yàn)確定地基的承載力特值,載荷試驗(yàn),（1）直線變形階段 p-s呈線性關(guān)系 p0比例界限壓力 （2）剪切（塑性）變形階段 p-s關(guān)系為曲線，斜率逐漸變大 pu極限壓力 （3）破壞階段 當(dāng)荷載大于極限壓力pu，即使荷載維持不變，沉降也會持續(xù)發(fā)展或急劇增大，始終達(dá)不到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。,載荷試驗(yàn),典型的平板載荷試驗(yàn)p-s曲線,淺層平板靜力載荷試驗(yàn)的儀器設(shè)備,載荷試驗(yàn),承壓板 承壓板是模擬建筑物的基礎(chǔ)，將施加的荷載通過承壓板傳遞給地基土，其剛度和尺寸應(yīng)與建筑物基礎(chǔ)接近。 承壓板的剛度要求容易達(dá)到，可采用加肋的厚鋼板、鑄鐵板、混凝土板或鋼筋混凝土板，常用的是加肋鋼板。無論選用什么樣材質(zhì)的承壓板，都要求承壓板具有足夠的剛度、板底平整光滑、板的尺寸中心和傳力重心一致、搬運(yùn)和安裝方便，在使用過程中不易變形。 承壓板的形狀有圓形和方形的兩種，也有根據(jù)試驗(yàn)的具體要求采用矩形承壓板。,承壓板的尺寸要與實(shí)際基礎(chǔ)接近則難于達(dá)到，因?yàn)槌袎喊宓拿娣e太大，對設(shè)備的質(zhì)量要求也越高；而承壓板面積過小，則影響地基土的沉降量和極限荷載值。一般來說，地基土的極限荷載會因承壓板的寬度或直徑b過小而降低（s增大），但b值過大極限荷載增加也不明顯，因此，在確定承壓板尺寸時，既不能過小，也不必太大。 由于承壓板的尺寸大小對評定地基土承載力有一定的影響。為統(tǒng)一試驗(yàn)條件，使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性。我國的大部分勘察規(guī)范規(guī)定承壓板面積以0.25-0.50 為主，另外還有0.1和1.0。,載荷試驗(yàn),選擇承壓板尺寸時，可根據(jù)地基土質(zhì)情況，強(qiáng)度低、變形大的土層宜采用大尺寸的承壓板；強(qiáng)度高、變形小的土層則采用小尺寸的承壓板。一般情況下，可參照下面的經(jīng)驗(yàn)值選?。?（1）對于軟土、新近沉積土和人工填土，或用載荷試驗(yàn)確定黃土濕陷性時，承壓板尺寸不應(yīng)小于0.50 ； （2）對于一般粘性土地基，常用0.25-0.5 的承壓板； （3）對于碎石類土，承壓板直徑（或?qū)挾龋?yīng)為最大碎石直徑的1020倍； （4）對于巖石類土或均質(zhì)密實(shí)土，如老粘土或密實(shí)砂土，以0.10 為宜.,載荷試驗(yàn),加荷系統(tǒng) 加荷系統(tǒng)是指通過承壓板對地基土施加額定荷載的裝置。 常見有四種類型： 重物加荷裝置 油壓千斤頂加荷裝置 重物、機(jī)械、液壓放大加荷裝置 電控穩(wěn)壓式加荷裝置,載荷試驗(yàn),反力系統(tǒng) 除重物加荷裝置外，其它加荷裝置均需反力系統(tǒng)配套。載荷試驗(yàn)的反力可由重物、地錨或地錨與重物聯(lián)合提供。然后再與梁架組合成穩(wěn)定的反力系統(tǒng)。當(dāng)在巖體內(nèi)（如探坑或探槽）進(jìn)行載荷試驗(yàn)時，可以利用圍巖提供所需要的反力。 錨固式反力系統(tǒng)中，地錨個數(shù)應(yīng)確保有足夠的抗拔力，以免試驗(yàn)中間被拔起。反力梁亦應(yīng)有足夠的剛度。,載荷試驗(yàn),堅硬巖土體內(nèi)載荷試驗(yàn)反力系統(tǒng)示意圖（撐壁式和平洞式）,常見的載荷試驗(yàn)反力與加載布置方式 1承壓板；2千斤頂；3木跥；4鋼梁；5鋼錠；6百分表；7地錨；8桁架； 9立柱；10分力帽；11拉桿；12載荷臺；13混凝土；14測點(diǎn) （ad為千斤頂加載方式，e和f為重物加載方式）,量測系統(tǒng) 測量地基土沉降和承壓板周圍地面變形的量測系統(tǒng)由觀測支架和測量儀表兩部分組成。 觀測支架用來固定量測儀表，由支撐柱、基準(zhǔn)梁及其它附件等組成； 測量儀表有百分表、位移計、位移傳感器等。,載荷試驗(yàn),試坑的尺寸及要求 試坑寬度或直徑不應(yīng)小于承壓板寬度或直徑的3倍。試坑底部的巖土應(yīng)避免擾動，保持其原狀結(jié)構(gòu)和天然含水量，在承壓板下鋪設(shè)不超過20 mm的砂墊層找平，并盡快安裝設(shè)備。 承壓板的尺寸 載荷試驗(yàn)宜采用圓形剛性承壓板，根據(jù)土的軟硬或巖體裂隙密度選用合適的尺寸。對于強(qiáng)夯處理后的場地的地基強(qiáng)度測定，有時要求承壓板的面積應(yīng)大于1.0m1.0 m。巖石載荷試驗(yàn)承壓板的面積不宜小于0.07 。,載荷試驗(yàn),淺層平板靜力載荷試驗(yàn)的試驗(yàn)技術(shù)要求,位移量測系統(tǒng)的安裝,載荷試驗(yàn),基準(zhǔn)梁的支撐柱或其他類型的支點(diǎn)應(yīng)離承壓板和地錨一定的距離，以避免再試驗(yàn)過程中地表變形對基準(zhǔn)梁的影響。支撐柱與承壓板中心的距離應(yīng)大于1.5d（d為邊長或直徑），與地錨的距離應(yīng)不小于0.8m。 基準(zhǔn)梁架設(shè)在支撐柱上時，不應(yīng)兩端固定，以避免由于基準(zhǔn)梁桿熱脹冷縮引起沉降觀測的誤差。沉降測量元件應(yīng)對稱地布置在承壓板上，百分表或位移傳感器的測頭應(yīng)垂直于承壓板設(shè)置。,載荷試驗(yàn),加載方式一般采用分級維持荷載沉降相對穩(wěn)定法（通常稱為慢速法）；有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時，也可采用分級加荷沉降非穩(wěn)定法（通常稱為快速法）或等沉降速率法。 加荷等級宜取1012級，并不應(yīng)小于8級。最大加載量不應(yīng)小于地基土承載力設(shè)計值的2倍，荷載的量測精度應(yīng)控制在最大加載量的1以內(nèi)。 第一級荷載（包括設(shè)備自重）宜接近挖除土柱的自重，其相應(yīng)沉降不計。對軟土地基每級荷載增量10-25kPa；對一般粘性土和中密砂土地基25-50kPa；對堅硬粘性土、密實(shí)砂土和碎石土50-100kPa。,載荷試驗(yàn),加載方式及加荷等級,慢速法：對于土體，每級荷載施加后，間隔5min、5min、10min、10min、15min、15min測讀一次沉降，以后間隔30min測讀一次沉降，當(dāng)連續(xù)2h、且每小時沉降量不大于0.1mm時，可認(rèn)為沉降已達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，施加下一級荷載；對于巖體，間隔lmin、2min、2min、5min測讀一次沉降，以后每隔10min測讀一次，當(dāng)連續(xù)三次讀數(shù)之差小于或等于0.01mm時，認(rèn)為沉降已達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，可施加下一級荷載。 快速法：每加一級荷載按間隔15min觀測一次沉降。每級荷載維持2h，即可施加下一級荷載。最后一級荷載可觀測至沉降達(dá)到上述沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)或仍維持2h。 等沉降速率法：控制承壓板以一定的沉降速率沉降，測讀與沉降相應(yīng)的所施加的荷載，直至試驗(yàn)達(dá)到破壞階段。,載荷試驗(yàn),沉降觀測和穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),載荷試驗(yàn)一般應(yīng)盡可能加荷到試驗(yàn)土層破壞，然后終止試驗(yàn)。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，認(rèn)為地基已達(dá)到破壞階段，可終止試驗(yàn)： （1）承壓板周邊的土體出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出，周邊巖土出現(xiàn)明顯隆起或徑向裂縫持續(xù)發(fā)展； （2）本級荷載的沉降量急劇增大（大于前級荷載沉降量的5倍），p-s曲線出現(xiàn)陡降段； （3）在某級荷載下24h沉降速率不能達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)； （4）總沉降量與承壓板直徑（或?qū)挾龋┲瘸^0.06。,載荷試驗(yàn),試驗(yàn)終止條件,原始資料整理 載荷試驗(yàn)原始資料包括沉降觀測、荷載等級和其他與載荷試驗(yàn)相關(guān)的信息，如承壓板形狀、尺寸、載荷點(diǎn)的試驗(yàn)深度、試驗(yàn)深度處的土性特征，以及沉降觀測百分表或傳感器在承壓板上的位置等（一般以圖示的方式標(biāo)注在記錄表上）。 在試驗(yàn)過程中，應(yīng)對原始記錄數(shù)據(jù)及時檢查，試驗(yàn)結(jié)束后再進(jìn)行全面檢查整理。,載荷試驗(yàn),淺層平板靜力載荷試驗(yàn)的試驗(yàn)資料整理,慢速法的試驗(yàn)資料整理 繪制p-s曲線 p-s曲線的修正 繪制s-lgt曲線和1g p-lg s曲線 確定比例界限壓力（p0） 確定極限界限壓力（pu）,載荷試驗(yàn),（1）圖解法 適用于開始的一些觀測點(diǎn)（p，s）基本在一條直線上。將p-s曲線上的各點(diǎn)同時沿s（沉降）坐標(biāo)平移s0，使p-s曲線的直線段通過原點(diǎn)。,1 載荷試驗(yàn),（2）最小二乘法 對于已知p-s曲線開始一段近似為一直線（即p-s曲線具有直線段和拐點(diǎn)），用最小二乘法求出最佳回歸直線的方程式。假設(shè)p-s曲線的直線段可以用下式來表示： s修正后的沉降數(shù)據(jù)。,載荷試驗(yàn),對于圓滑型或不規(guī)則型的p-s曲線（即不具有明顯的直線段和拐點(diǎn)），可假設(shè)其為拋物線或高階多項(xiàng)式表示的曲線，通過曲線擬合求得常數(shù)項(xiàng)，即so，然后按 對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。,慢速法的試驗(yàn)資料整理 繪制p-s曲線 p-s曲線的修正 繪制s-lgt曲線和1g p-lg s曲線 確定比例界限壓力（p0） 確定極限界限壓力（pu）,載荷試驗(yàn),比例界限壓力可用p-s曲線或lg p-lg s曲線（直線段不明顯時）中的第一個拐點(diǎn)確定。,載荷試驗(yàn),慢速法的試驗(yàn)資料整理 繪制p-s曲線 p-s曲線的修正 繪制s-lgt曲線繪制1g p-lg s曲線 確定比例界限壓力（p0） 確定極限界限壓力（pu）,載荷試驗(yàn),確定極限界限壓力的方法有： （1）當(dāng)試驗(yàn)荷載加荷至破壞荷載時，取破壞荷載的前一級荷載為極限界限壓力； （2）用p-s、1g p-lg s、p-s/p等曲線的第二個拐點(diǎn)； （3）當(dāng)試驗(yàn)荷載未加荷至破壞荷載時，可用外插作圖法確定。,載荷試驗(yàn),載荷試驗(yàn),快速法的資料整理 （1）假設(shè)s與ln(t+1)為直線關(guān)系，即sn= n+nln(tn+1) 式中sn 第n級荷載下外推的穩(wěn)定沉降量（mm）； tn第n級荷載下外推的穩(wěn)定沉降時間（h）； n、n分別為第n級荷載下sln(t+1)直線的截距與斜率。 根據(jù)第n級荷載下2h內(nèi)的s-t觀測值，按下式計算n、n值： 式中si第n級荷載下第i次沉降觀測值中扣除了s0后的沉降量（mm）； ti第n級荷載下第i次沉降觀測值中扣除了s0后的沉降觀測時間（h）。,載荷試驗(yàn),（2）由下式計算沉降速率達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的時間tw及沉降量sw，當(dāng)tw不是30min的倍數(shù)時，可將其增大為30min的倍數(shù)。 sw= n+nln(ti+1) 利用上式進(jìn)行計算時，相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每小時沉降量s小于0.1mm。 （3）為了使快速法的成果與常規(guī)法取得一致，必須從施加第二級荷載開始，從沉降觀測值中扣除其以前各級沉降未穩(wěn)定而產(chǎn)生的殘余沉降的影響。殘余沉降量的計算公式為： 式中 第n級荷載下第i次沉降觀測值中應(yīng)扣除的殘余沉降量（mm）； m第n級荷載前的荷載級數(shù)（m=1,2,n-1）; t沉降觀測的時間間隔（min）； N每級荷載下的沉降觀測次數(shù)；n荷載級數(shù)。 （4）第n級荷載下第i次沉降觀測值 扣除 后為沉降修正值sni： sni ,載荷試驗(yàn),淺層平板靜力載荷試驗(yàn)的試驗(yàn)成果應(yīng)用 確定地基土的承載力 （1）比例界限壓力法 （2）極限壓力法 當(dāng)pu小于對應(yīng)的p0荷載值的2倍時，取pu的一半作為f k 。 （3）相對沉降法 ，f k不應(yīng)大于最大加載量的一半。 確定地基土的承載力時，同一土層參加統(tǒng)計的試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)小于3個，當(dāng)各試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測的承載力的極差（即最大值與最小值之差）小于平均值的30時，取其平均值作為該土層的承載力特征值。,載荷試驗(yàn),f k= p0,f k= pu/K（K一般取2）,f k= p0.010.015,f k= p0 或 f k= pu/K 或 f k= p0.010.015,確定地基土的變形模量 I0剛性承壓板的形狀系數(shù)；對于圓形剛性板， I0=0.785； 對于方形承壓板，I0=0.886； 土的泊松比(碎石土取0.27,砂土0.30,粉土0.35,粉質(zhì)粘土0.38,粘土 0.42)。 預(yù)估地基的最終沉降量sj 砂土地基： 粘性土地基 ： 式中s與建筑物基底壓力對應(yīng)的承壓板沉降量； B基礎(chǔ)短邊寬度；b承壓板直徑或?qū)挾取?載荷試驗(yàn),估算地基土的不排水抗剪強(qiáng)度cu 式中 pu極限壓力（kPa）； 地基土的重度（kN/m3）； h試驗(yàn)深度（m）。 Nc計算系數(shù)，對方形、圓形承壓板，無超載時， Nc =6.15；承壓板埋深大于或等于4倍承壓板直徑或?qū)挾葧r， Nc =9.25；其他值用內(nèi)插法。 另外，載荷試驗(yàn)可以檢驗(yàn)地基處理效果，判斷黃土濕陷性和濕陷起始壓力等。,載荷試驗(yàn),螺旋板載荷試驗(yàn)簡介 將一螺旋形承壓板旋入地下試驗(yàn)深度，通過傳力桿對螺旋板施加荷載，觀測螺旋板的沉降，以獲得荷載沉降時間關(guān)系，然后根據(jù)理論公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式獲得地基土參數(shù)的一種現(xiàn)場測試技術(shù)。通過螺旋板試驗(yàn)可以確定地基土的承載力、變形模量、基床系數(shù)和固結(jié)系數(shù)等參數(shù)。,載荷試驗(yàn),YDL型螺旋板載荷試驗(yàn)裝置 1橫梁；2千斤頂；3百分表及表座；4基準(zhǔn)梁；5立柱；6傳力桿； 7力傳感器；8螺旋板；9地錨,Screw Plate Compressometer,螺旋板壓縮試驗(yàn)（SPC）,螺旋載荷板,54,Pressuremeter,旁壓試驗(yàn),將圓柱形探頭插入地基土中，在探頭的空腔中加壓力水，量測施加壓力p與探頭體積v間的關(guān)系,55,巖土工程勘察規(guī)范（GB 50021-2001） (2009年版) 10.8-扁鏟側(cè)脹試驗(yàn),概述 靜力觸探試驗(yàn)Static Cone Penetration Test(簡稱CPT) 是通過一系列探桿用準(zhǔn)靜力將一個內(nèi)部裝有傳感器的觸探頭勻速壓入到土中，同時測記貫入過程中探頭所受到的阻力，根據(jù)測得的貫入阻力大小來間接判定土的物理力學(xué)性質(zhì)的現(xiàn)場試驗(yàn)方法。 1932年由荷蘭人發(fā)明，又稱為荷蘭錐（Dutch Cone）試驗(yàn)。 既是一種原位測試方法，又是一種勘探手段。,靜力觸探試驗(yàn),靜力觸探示意圖及其曲線,觸探參數(shù)隨深度的變化曲線 包括： qch、fsh、uh、FRh,適用土層：適應(yīng)于軟土、一般粘性土、粉土、砂類土和含有少量碎石的土層。 優(yōu)點(diǎn)：具有快速、準(zhǔn)確、省時、省力、清潔、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，而且可連續(xù)獲得地層的強(qiáng)度和其他方面的信息，不受取樣擾動等人為因素的影響。這對于地層變化較大的復(fù)雜場地以及不易取得原狀土樣的飽和砂土、砂質(zhì)粉土和高靈敏性軟土地層的勘察，具有獨(dú)特的優(yōu)越性。 缺點(diǎn)：不能直接識別土層，對碎石類土和密實(shí)的砂層難以貫入，有時需鉆探與其配合才能完成工程地質(zhì)勘察任務(wù)。,靜力觸探試驗(yàn),儀器設(shè)備,靜力觸探試驗(yàn),貫入裝置 探頭 量測儀表,貫入裝置 液壓式靜力觸探機(jī)（總貫入力1020t） 手搖鏈條式靜力觸探機(jī) （總貫入力23t） 電動機(jī)械式靜力觸探機(jī)（最大45t，個別達(dá)10t ）,2 靜力觸探試驗(yàn),WSY-15液壓式靜力觸探機(jī),儀器設(shè)備,靜力觸探試驗(yàn),貫入裝置 探頭 量測儀表,探頭（地層阻力傳感器） 單橋探頭（ps） 雙橋探頭（qc， fs ） 多用探頭 （孔壓、波速、旁壓觸探頭，還有能測溫、測斜、測地磁、土壤電阻或pH值等的探頭 ）,靜力觸探試驗(yàn),靜力觸探試驗(yàn),單橋探頭結(jié)構(gòu)示意圖,雙橋探頭結(jié)構(gòu)示意圖,1-錐尖；2-O型密封圈；3-電阻絲片； 4-變形柱；5-摩擦筒；6-密封圈； 7-加強(qiáng)筒；8-墊圈；9-密封圈； 10-接頭；11-支座；12-頂柱； 13-膠墊；14-螺母,儀器設(shè)備,靜力觸探試驗(yàn),貫入裝置 探頭 量測儀表,量測儀表 電阻應(yīng)變儀（數(shù)字式） 自動記錄儀（電子電位差） 數(shù)據(jù)采集儀（微電腦）,靜力觸探試驗(yàn),微電腦,無繩靜力觸探試驗(yàn)系統(tǒng)（ GeoMil公司） 無繩的靜力觸探探頭和記錄系統(tǒng)，包括靜力觸探探頭、麥克風(fēng)、深度記錄裝置、計算機(jī)接口箱、筆記本電腦和打印機(jī)。,靜力觸探試驗(yàn),利用無線電波將數(shù)據(jù)從探頭傳送到地面 無線電波從鉆桿中的孔洞傳播 數(shù)據(jù)容量大約是基于無電纜聲波傳輸?shù)?000倍 還可以完成無電纜的 試驗(yàn)或者傳輸安裝在探頭上的攝像頭所拍攝的圖片,靜力觸探試驗(yàn)原理 探頭的工作原理 主要采用電阻應(yīng)變式測試技術(shù)，應(yīng)用虎克定律、電阻定律和電橋原理。 其工作原理是地層阻力變化空心柱變形電阻應(yīng)變片變形、電阻阻值變化電壓變化量測儀表放大、顯示、儲存。,靜力觸探試驗(yàn),靜力觸探試驗(yàn)原理 試驗(yàn)的貫入機(jī)理 對于qc和fs，都存在“臨界深度”的問題。土的密實(shí)度愈大、探頭直徑愈大，“臨界深度”也愈大，一般fs的臨界深度比qc的要小。 破壞機(jī)理與探頭的幾何形狀、土類和貫入深度有關(guān)。當(dāng)探頭上端等徑（標(biāo)準(zhǔn)探頭）時，在松砂中貫入為刺入破壞，探頭阻力取決于土的壓縮性；而在一般土和較密實(shí)的砂土中，小于“臨界深度”時，以剪切破壞為主，達(dá)到“臨界深度”以后，由于土的側(cè)向約束應(yīng)力增大，土中一般不會出現(xiàn)整體剪切破壞，探頭下的土體強(qiáng)烈壓縮，有時甚至發(fā)生土粒壓碎，并發(fā)生局部剪切。 圓錐探頭在貫入時，在土周圍及底部土中會形成一定的擾動區(qū)。在軟粘土中土體的擾動使強(qiáng)度降低；在松砂中土體的擾動使土被擠壓密實(shí)，強(qiáng)度反而提高；在密實(shí)砂中砂粒甚至被壓碎。,靜力觸探試驗(yàn),靜力觸探試驗(yàn)的貫入機(jī)理是個很復(fù)雜的問題，且影響因素較多。目前土力學(xué)還不能完善地從理論上解析圓錐探頭與周圍土體間的接觸應(yīng)力分布及相應(yīng)的土體變形問題。已有的近似理論分析分為承載力理論分析、孔穴擴(kuò)張理論分析、基于變形控制的球穴擴(kuò)張理論和應(yīng)變路徑法等。 承載力理論分析大多借助于單樁承載力的半經(jīng)驗(yàn)分析，這一理論把貫入阻力視為探頭以下的土體受圓錐頭的貫入產(chǎn)生整體剪切破壞，因此，承載力理論分析適用于臨界深度以上的貫入情形。 孔穴擴(kuò)張理論分析的基本假設(shè)為：探頭在均質(zhì)各向同性無限土體中的貫入機(jī)理與圓球及圓柱體孔穴擴(kuò)張問題相似，并將土看作可壓縮的塑性體，球穴擴(kuò)張可作為第一近似解。因此，孔穴擴(kuò)張理論分析適用于壓縮性土層。 迄今還沒有一種理論能圓滿地解釋靜力觸探的貫入機(jī)理。在實(shí)際工程中，常用一些經(jīng)驗(yàn)關(guān)系把貫入阻力與土的物理力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來，建立經(jīng)驗(yàn)公式；或根據(jù)對貫入機(jī)理的認(rèn)識做定性的分析，在此基礎(chǔ)上建立半經(jīng)驗(yàn)半理論公式。,靜力觸探試驗(yàn),試驗(yàn)技術(shù)要求 圓錐探頭錐底截面積應(yīng)采用10cm2或15cm2，單橋探頭側(cè)壁高度應(yīng)分別采用57mm或70mm，雙橋探頭側(cè)壁面積應(yīng)采用150300cm2，錐尖錐角應(yīng)為60； 探頭應(yīng)勻速垂直壓入土中，貫入速率為1.2m/min； 探頭測力傳感器應(yīng)連同儀器、電纜定期標(biāo)定，探頭標(biāo)定測力傳感器的非線性誤差、重復(fù)性誤差、滯后誤差、溫度漂移、歸零誤差均應(yīng)小于1FS，現(xiàn)場試驗(yàn)歸零誤差應(yīng)小于3，絕緣電阻不小于 500M； 深度記錄的誤差不應(yīng)大于觸探深度的1； 當(dāng)貫入深度達(dá)到30m，或穿過厚層軟土后再貫入硬土層時，應(yīng)采取措施防止孔斜或斷桿，也可配置孔斜探頭，量測觸探孔的偏斜角，校正土層界線的深度。,靜力觸探試驗(yàn),試驗(yàn)資料整理 原始資料的整理 電阻應(yīng)變儀的原始資料整理 （1）初讀數(shù)修正 應(yīng)變量（）= 應(yīng)變儀讀數(shù)（） 應(yīng)變儀初讀數(shù)（0） 0的變化主要有溫度變化引起，每隔一定深度測記一次0。 （2）貫入阻力的計算 ps = kpp q c= kqq fs = kff kp、kq、kf分別為ps、qc、fs傳感器的標(biāo)定系數(shù)； p、q、f分別為ps、qc、fs傳感器的應(yīng)變量或輸出電壓。 （3）摩阻比的計算 摩阻比Rf是同深度的fs與qc之比，以百分?jǐn)?shù)表示：,靜力觸探試驗(yàn),自動記錄儀的原始資料整理 （1）貫入深度修正 當(dāng)角機(jī)輪與觸探桿靠得不緊，輪上、探桿上有泥土或角機(jī)輪磨損等原因，造成記錄深度（貫入長度）與實(shí)際深度有出入時，應(yīng)將深度誤差沿深度進(jìn)行線性修正。 （2）零漂修正 當(dāng)零漂變化不大時，按歸零檢查的深度間隔按線性內(nèi)插法對測試值加以修正。 （3）曲線形狀修正 對于非連續(xù)貫入觸探儀，往往發(fā)現(xiàn)每一行程結(jié)束和新的行程開始時（貫入間歇），曲線形狀出現(xiàn)臺階狀或喇叭口狀。修正時，一般以貫入間歇之前的曲線位置為準(zhǔn)，順應(yīng)曲線變化趨勢，將曲線圓滑地連接起來。,靜力觸探試驗(yàn),繪制與分層 繪制靜力觸探曲線（ps-h、qc-h、fs -h、Rf-h），然后結(jié)合勘探資料或地區(qū)資料，對地基土層進(jìn)行分層和連線。 繪制曲線：h方向比例尺為1：100或1：200；ps或qc用1cm代表0.5、1、2Mpa；fs用1cm代表5、10、20kpa；Rf用1cm代表1%或2%。 分層方法：用靜力觸探試驗(yàn)分層是一種力學(xué)分層方法，分層應(yīng)先考慮靜探曲線形態(tài)的變化趨勢，以qc為主，結(jié)合Rf和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分層。 分層界線：觸探頭從一土層進(jìn)入另一土層時，曲線會出現(xiàn)一過渡段，即存在“超前”和“滯后”問題。如過渡段的土層厚度不大（10-30cm），分層界線可選在過渡段的中點(diǎn)；如過渡段土層較厚，由軟變硬時將界線放在過渡段的中下方，由硬變軟時則將界線放在中上方，或?qū)⑦^渡段單獨(dú)分層。 計算單孔分層貫入指標(biāo)：對一般地層，單孔分層平均貫入阻力可用算術(shù)平均法或面積法計算。計算時，變層附近過渡段及較薄的貫入阻力峰谷值等不予考慮。,靜力觸探試驗(yàn),確定場地觸探指標(biāo) 場地勘察時，應(yīng)給出場地每一土層的觸探指標(biāo)，并以此進(jìn)行地基評價。場地觸探指標(biāo)的選擇要考慮勘察階段、場地復(fù)雜程度、工程重要性和指標(biāo)分散程度等。 在詳勘階段，對土質(zhì)比較均勻，指標(biāo)分散性較小或一般建筑物，可用加權(quán)平均值作為場地觸探指標(biāo)。如統(tǒng)計比貫入阻力，則 場地分層土的平均比貫入阻力； n參與統(tǒng)計的靜探孔數(shù)；j場地土的分層號；psij第i孔第j層土的比貫入阻力；hij第i孔第j層土的厚度。 在詳勘階段，對土質(zhì)不均勻，指標(biāo)分散性較大或重要建筑物，一般采用最小平均值作為場地觸探指標(biāo)： 場地分層土的比貫入阻力最小平均值； psmin場地參與統(tǒng)計靜探孔中最小的分層貫入阻力。,靜力觸探試驗(yàn),影響因素 貫入速率 一般情況下，貫入阻力隨貫入速率的增加而增大，但在一定速率范圍之內(nèi)這種影響較小，標(biāo)準(zhǔn)貫入速率為1.2m/min，允許變化范圍在25%之內(nèi)。 探頭結(jié)構(gòu)型式與尺寸 主要是單、雙橋探頭的結(jié)構(gòu)及雙橋探頭的幾何形狀和尺寸不同，影響貫入阻力值。對于雙橋探頭，側(cè)壁摩擦筒長度增大，qc增大，fs減??；摩擦筒與探桿外徑小于探頭底面直徑時，測得的qc偏小。 隨著探頭底面積的增加，貫入阻力減小，但引起的尺寸效應(yīng)不是很大。 臨界深度 開始貫入時，qc和fs隨深度增加而增加，到一定深度后，qc和fs均達(dá)到極限值，不再增加或增加不明顯，該深度即為臨界深度。臨界深度隨土的密實(shí)度和探頭直徑的增大而增大。一般情況下，fs的臨界深度比qc的要小。,靜力觸探試驗(yàn),孔隙水壓力 飽和土體中，探頭在貫入時會引起土體中孔隙水壓力的變化，超孔壓的產(chǎn)生對土強(qiáng)度和靜探試驗(yàn)指標(biāo)是有影響的，其影響程度因土的排水條件和貫入速率而異。 一般認(rèn)為，貫入速率20 mm/s還不是完全不排水條件；5mm/s的貫入速率相當(dāng)于排水條件；50 mm/s的貫入速率相當(dāng)于不排水條件。 溫度的影響 靜力觸探所用的傳感器多屬電阻應(yīng)變式的，溫度的變化會產(chǎn)生電阻值的變化，進(jìn)而產(chǎn)生零位漂移。產(chǎn)生溫度變化的原因有：（1）標(biāo)定時的溫度與地溫的差異；（2）量測時應(yīng)變片通電時間過長，會產(chǎn)生電阻熱；（3）貫入過程中與土（特別是砂）摩擦產(chǎn)生的熱；（4）傳感器反復(fù)變形產(chǎn)生的應(yīng)力熱。 探孔（探頭）的偏斜 探孔或探頭的偏斜會對試驗(yàn)結(jié)果造成兩方面的影響：一是貫入探桿的長度無法反映實(shí)際貫入深度，分層界線不準(zhǔn)，使土層變厚及埋深增大；二是探頭的傾斜也會使測得的土層阻力嚴(yán)重失真。,靜力觸探試驗(yàn),試驗(yàn)成果應(yīng)用 （1） 劃分土層、確定土的類別 根據(jù)靜探曲線的形態(tài)，利用qc并結(jié)合Rf，劃分純凈的砂層和厚層土的類別較容易可靠。 雙橋探頭可同時獲得qc和fs，且不同土層的qc和Rf值很少一樣，例如，砂的qc值一般很大，Rf通常小于或等于1%；均質(zhì)粘性土qc一般較小，而Rf常大于2%。,靜力觸探試驗(yàn),利用雙橋靜力觸探結(jié)果判別土類,根據(jù)貫入曲線特征和參數(shù)值大小，結(jié)合下述土類劃分的具體標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行下一步工程地質(zhì)分層。如圖 A硬殼層； B非粘性土表層； C軟粘土；D砂填土； E中密粉土，砂； F密實(shí)粉砂，砂或礫石； G密實(shí)礫石或冰磧土； H向冰磧土過渡； J粘土與砂土互層： K粉砂；L冰磧粘土,各土層錐頭阻力曲線特征,（2）確定地基土的承載力特征值（fak） 主要利用經(jīng)驗(yàn)公式來確定地基土的承載力特征值，不同地區(qū)不同土類所采用的經(jīng)驗(yàn)公式不一樣。如西安地區(qū)的黃土所采用的經(jīng)驗(yàn)公式有： fak=87.8ps24 kPa （西安綜勘） fak=98ps19 kPa （西安一機(jī)勘） fak=80ps31 kPa （長安大學(xué)），采用雙橋探頭時，用公式ps =qc+6.41fs 將qc和fs換算成ps。,靜力觸探試驗(yàn),（3）估算單樁的承載力 建筑樁基設(shè)計技術(shù)規(guī)范（JGJ94-2008）規(guī)定，對于一級建筑物，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)采用現(xiàn)場載荷試驗(yàn)，并結(jié)合靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入等原位測試方法綜合確定；對于二級建筑物，應(yīng)根據(jù)靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)等估算，參照相同地質(zhì)條件試樁資料綜合確定。,靜力觸探試驗(yàn),根據(jù)單橋探頭靜探成果確定混凝土預(yù)制樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時，如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，可按下式計算：,靜力觸探試驗(yàn),靜力觸探試驗(yàn),當(dāng)根據(jù)雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時，對于粘性土、粉土和砂土，如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，可按下式計算： 式中 fsi第i層土的探頭平均側(cè)阻力； qc樁端平面上、下探頭阻力，取樁端平面以上4d（d為樁的直徑或邊長）范圍內(nèi)按土層厚度的探頭阻力加權(quán)平均值，然后再和樁端平面以下1d范圍內(nèi)的探頭阻力進(jìn)行平均； a樁端阻力修正系數(shù)，粘性土、粉土取2/3，飽和砂土取1/2； i第i層土樁側(cè)阻力綜合修正系數(shù)，按下式計算： 粘性土、粉土: 砂土： 注：雙橋探頭的圓錐底面積為15cm2，錐角60，摩擦套筒高21.85cm，側(cè)面積300 cm2。,靜力觸探試驗(yàn),（4）砂土液化判別 飽和砂土液化臨界比貫入阻力ps的計算公式： 式中 du 上覆非液化土層厚度（m）； dw地下水位深度(m)； ps0液化判別飽和砂土比貫入阻力臨界值（du=2.0m，dw=2.0m），按表2-18取值。 ps0取值參照表 當(dāng)實(shí)測砂土的比貫入阻力小于按上式計算的臨界值時，判為液化；反之，判為不液化。,靜力觸探試驗(yàn),（5）其它應(yīng)用 確定土的變形參數(shù)、粘性土的不排水強(qiáng)度、檢驗(yàn)地基處理質(zhì)量（主要是檢驗(yàn)壓實(shí)填土的密度和均勻程度）、判定土質(zhì)滑坡的滑動面、土洞和凍融土強(qiáng)度等。,靜力觸探試驗(yàn),（1）砂類土：CPT可以確定砂土內(nèi)摩擦角 、相對密實(shí)度 Dr ，下面以鐵道部靜探規(guī)范（TBJ3793）為例說明。,砂土的內(nèi)摩擦角,石英質(zhì)砂土的相對密度,（2）粘性土：CPT可以確定粘性土的內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角 、軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度 Cu和靈敏度 St ，判斷粘性土的稠度狀態(tài)，求解粘性土地飽和重度sat 、壓縮模量Es 及變形模量E0 等。 求粘性土的內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角 ：孟高頭作者在大量工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，將雙橋靜力觸探成果（ qc和 fs ）和室內(nèi)直剪（或三軸）試驗(yàn)成果（C和 ）進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：土的內(nèi)摩擦角的正切函數(shù)與錐尖阻力的平方根之間呈現(xiàn)良好的線性相關(guān)：,對于粘性土，C與 之間存在著如下關(guān)系式： 式中，a、b為系數(shù)，與土類有關(guān)。 當(dāng)16 fs80kPa時， a12.14，b32.77； 當(dāng)1 fs9時，a 5.47，b3.80。 確定粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度 ：一般按 式求粘性土不排水抗剪強(qiáng)度。 NK經(jīng)驗(yàn)系數(shù)， NK隨軟粘土靈敏度的增高而降低，一般為510。,求飽和重力密度sat ：粘性土飽和重力密度值取決于土粒相對密度，而d和土的密實(shí)度呈正相關(guān)（西南交大研究成果），則和 Ps也呈正相關(guān)，由此可得：,當(dāng)0.2 Ps2.5（MPa）,當(dāng)2.5 Ps6.9（MPa）,求土的壓縮模量 ：壓縮模量值愈高，表明土的壓縮性愈低。鐵道部規(guī)范（TBJ3793）中給出了由單橋靜力觸探確定土壓縮模量地表格。,按比貫入阻力 Ps 確定地基土壓縮模量,動力觸探,動力觸探測試（DPT：dynamic penetration test）是利用一定的錘擊動能，將一定規(guī)格的探頭打入土中，根據(jù)每打入土中一定深度的錘擊數(shù)（或以能量表示）來判定土的性質(zhì)，并對土進(jìn)行力學(xué)分層的一種原位測試方法。動力觸探技術(shù)是一種主要的土的原位測試方法，在國內(nèi)、外應(yīng)用極為廣泛，特別是在日本，幾乎把動力觸探技術(shù)當(dāng)作一種萬能土工勘測手段。動力觸探技術(shù)具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)可簡述如下： （1）設(shè)備簡單，且堅固耐用； （2）操作及測試方法容易，一學(xué)就會； （3）適應(yīng)性廣，砂土、粉土、礫石土、軟巖、強(qiáng)風(fēng)化巖石及粘性土均可（如CPT不適用的礫石土等，可選用DPT）； （4）快速，經(jīng)濟(jì)，能連續(xù)測試土層； （5）有些動力觸探測試（如標(biāo)準(zhǔn)貫入），可同時取樣，觀察描述； （6）應(yīng)用歷史悠久，積累的經(jīng)驗(yàn)豐富，如已分別建立了動力觸探錘擊數(shù)與土層力學(xué)性質(zhì)之間的多種相關(guān)關(guān)系和圖表，使用方便；在評價地基液化勢方面的經(jīng)驗(yàn)也得到了廣泛應(yīng)用。 動力觸探測試方法，可以歸為兩大類，即標(biāo)準(zhǔn)貫入測試和圓錐動力觸探測試。后者根據(jù)所用穿心錘的重量將其分為輕型、重型及中型動力觸探試驗(yàn)（參見常用的動力觸探類型及規(guī)格表）。一般將圓錐動力觸探測試簡稱動力觸探或