第七章_標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

1、 巖巖 土土 工工 程程 勘勘 察察7.4 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（Standard penetration Test ，SPT） 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)原來(lái)被歸入動(dòng)力觸探試驗(yàn)一類，實(shí)際上，它在設(shè)備規(guī)格上與前述重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)也具有很多相同之處，而僅僅是圓錐形探頭換成了由兩個(gè)半圓筒組成的對(duì)開式管狀貫入器。此外與重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)不同的一點(diǎn)在于，規(guī)定將貫入器貫入土中所需要的錘擊數(shù)（又稱為標(biāo)貫擊數(shù)）作為分析判斷的依據(jù)。 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)具有圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)所具有的所有優(yōu)點(diǎn)，另外它還可以采取擾動(dòng)的土樣，進(jìn)行顆粒分析，因而對(duì)于土層的分層及定名更為準(zhǔn)確可靠。（1）試驗(yàn)?zāi)康膌 采取擾動(dòng)土樣，鑒別和描述土類，按

2、照顆分試驗(yàn)結(jié)果給土層定名。l 判別飽和砂土、粉土的液化可能性。l 定量估算地基土層的物理力學(xué)參數(shù)，如判定黏性土的稠度狀態(tài)、砂土相對(duì)密度及土的變形和強(qiáng)度的有關(guān)參數(shù)，評(píng)定天然地基土的承載力和單樁承載力。（2）試驗(yàn)原理 采用標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中一定距離（ 30cm ）所需落錘次數(shù)（標(biāo)貫擊數(shù)）來(lái)表示土阻力大?。?）試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)系統(tǒng)組成：貫入器；穿心落錘； 穿心導(dǎo)向觸探桿。貫入器穿心落錘穿心導(dǎo)向觸探桿錘墊標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備規(guī)格及適用土類表圓錐動(dòng)力觸探類型及設(shè)備規(guī)格（4）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)技術(shù)要求1. 采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中要防止孔底涌土。當(dāng)孔壁不穩(wěn)定時(shí)，可采用泥漿或套管護(hù)壁，鉆至試驗(yàn)標(biāo)高 15cm 以上

3、時(shí)應(yīng)停止鉆進(jìn)，清除孔底殘土后再進(jìn)行貫入試驗(yàn)。2. 應(yīng)采用自動(dòng)脫鉤的自由落錘裝置并保證落錘平穩(wěn)下落，減小導(dǎo)向桿與錘間的摩阻力，避免錘擊偏心和側(cè)向晃動(dòng)，保持貫入器、探桿、導(dǎo)向桿連接后的垂直度，錘擊速率應(yīng)小于每分鐘30擊。3. 探桿最大相對(duì)彎曲度應(yīng)小于 1/1000。4. 正式試驗(yàn)前， 應(yīng)預(yù)先將貫入器打入土中 15cm， 然后開始記錄每打入 10cm 錘擊數(shù)，累計(jì)打入30cm 的錘擊數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù) N。當(dāng)錘擊數(shù)已達(dá)到 50 擊，而貫入深度未達(dá)到 30cm 時(shí)，可記錄 50 擊的實(shí)際貫入度，并按下式換算成相當(dāng)于 30cm 貫入度的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N 。并終試驗(yàn)：其中S 50擊時(shí)的實(shí)際貫入深度

4、5030NS5. 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)可在鉆孔全深度范圍內(nèi)等間距進(jìn)行，也可僅在砂土、粉土等需要試驗(yàn)的土層中等間距進(jìn)行，間距一般為1.01.2m。6. 由于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù) N 值的離散性往往較大，故在利用其解決工程問(wèn)題時(shí)應(yīng)持慎重態(tài)度，僅僅依據(jù)單孔標(biāo)貫試驗(yàn)資料提供設(shè)計(jì)參數(shù)是不可信的，如要提 供 定 量 的 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) ， 應(yīng) 有 當(dāng) 地 經(jīng) 驗(yàn) ， 否則只能提供定性的結(jié)果，供初步評(píng)定用。（5）貫入擊數(shù)的修正問(wèn)題l 桿長(zhǎng)修正l 上覆有效應(yīng)力影響修正l 地下水影響修正（6）試驗(yàn)成果及應(yīng)用l 判斷砂土密實(shí)度判斷砂土密實(shí)度標(biāo)貫擊數(shù)與砂土密實(shí)度的關(guān)系對(duì)照表人力松繩N1 上海市標(biāo)準(zhǔn)巖土工程勘察規(guī)范（DBJ08

5、-37-1994）考慮了土層埋深因素產(chǎn)生的上覆壓力影響，對(duì)實(shí)測(cè)的標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行了上覆壓力修正，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)修正后的標(biāo)貫擊數(shù)給出了對(duì)應(yīng)的砂土密實(shí)程度。考慮土層上覆壓力的修正公式如下：NNCN 010NvC3.16NCH用經(jīng)上覆壓力修正后的標(biāo)貫擊數(shù)判別砂土相對(duì)密度表l 評(píng)定黏性土的稠度狀態(tài)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度評(píng)定黏性土的稠度狀態(tài)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度黏性土的稠度狀態(tài)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系表此表為 Terzaghi 和 peck 的結(jié)果。黏性土的稠度狀態(tài)與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系表此表為 原冶金部武漢勘察公司成果。l 評(píng)定砂土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)評(píng)定砂土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)砂土的內(nèi)摩擦角與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系表此表為 Mey

6、erhof 和 Peck 成果。注：均質(zhì)砂取高值，非均質(zhì)砂取低值，粉砂減5，砂和礫石混合土增加5。Peck 還提出了經(jīng)驗(yàn)公式：0.327N日本的建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范采用大畸的經(jīng)驗(yàn)公式：2015N此表為 美國(guó) Gibbs 和 Holtz 成果。l 評(píng)定黏性土的不排水抗剪強(qiáng)度評(píng)定黏性土的不排水抗剪強(qiáng)度 Cu(6 6.5)uCN(6 10)uCN日本道路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范則采用下列經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：Terzaghi 和 Peck 提出用標(biāo)貫擊數(shù)評(píng)定性土不排水抗剪強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式如下：l 評(píng)定土的變形參數(shù)評(píng)定土的變形參數(shù)國(guó)內(nèi)用標(biāo)貫擊數(shù)確定地基土變形參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式l 評(píng)定地基土的承載力評(píng)定地基土的承載力我國(guó)建筑地基基礎(chǔ)

7、設(shè)計(jì)規(guī)范砂土承載力標(biāo)準(zhǔn)值與標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)的關(guān)系粘性土承載力標(biāo)準(zhǔn)值與標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)的關(guān)系人力松繩人力松繩日本住宅公團(tuán)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式如下： Terzaghi 提出用標(biāo)貫擊數(shù)確定地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，安全系數(shù)取3：對(duì)條形基礎(chǔ)：對(duì)獨(dú)立方形基礎(chǔ)：15KfN12KfN8KfNl 估算單樁承載力估算單樁承載力2.783.33.118117.33uppssccPN AN AN Ah 北京市勘察院提出的預(yù)估鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力的計(jì)算公式為：?jiǎn)螛敦Q向極限承載力 ( kN )樁端的截面積 ( m2 )樁在砂土中的側(cè)面積 ( m2 )樁在黏性土中的側(cè)面積 ( m2 )樁端附近土層中的標(biāo)貫數(shù)；樁周砂土層標(biāo)貫擊數(shù)

8、樁周黏土層標(biāo)貫擊數(shù)孔底虛土的厚度 ( m )式中PuApAsAcNpNsNch4.3.4 當(dāng)飽和砂土、 粉土的初步判別認(rèn)為需進(jìn)一步進(jìn)行液化判別時(shí)， 應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法判別地面下 20m 范圍內(nèi)土的液化；但對(duì)本規(guī)范第 4.2.1 條規(guī)定可不進(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算的各類建筑，可只判別地面下 15m 范圍內(nèi)土的液化。當(dāng)飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫人錘擊數(shù)（未經(jīng)桿長(zhǎng)修正）小于或等于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值時(shí)，應(yīng)判為液化土。 l 飽和砂土、粉土的液化飽和砂土、粉土的液化 標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)是判別飽和砂土、粉土液化的重要手段， 我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500112010）規(guī)定在地面下 20m 深度范圍內(nèi)

9、，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計(jì)算： Ncr=Noln(0.6ds+1.5)-0.ldwc/3(4.3.4) 式中：Ncr液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值； No液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，可按表 4.3.4 采用； ds飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度(m)； dw地下水位(m)； c黏粒含量百分率，當(dāng)小于 3 或?yàn)樯巴習(xí)r，應(yīng)采用 3； 調(diào)整系數(shù)， 設(shè)計(jì)地震第一組取 0.80， 第二組取 0.95， 第三組取 1.05。 表 4.3.4 液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值 No 設(shè)計(jì)基本地震加速度(g) 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫人錘擊數(shù)基準(zhǔn)值 7 10 12 16

10、 19 4.3.5 對(duì)存在液化砂土層、粉土層的地基，應(yīng)探明各液化土層的深度和厚度，按下式計(jì)算每個(gè)鉆孔的液化指數(shù)，并按表 4.3.5 綜合劃分地基的液化等級(jí)： IlE n1i1-Ni/NcridiWi(4.3.5) 式中：IlE液化指數(shù)； n在判別深度范圍內(nèi)每一個(gè)鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)點(diǎn)的總數(shù)； Ni、Ncri分別為 i 點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)貫人錘擊數(shù)的實(shí)測(cè)值和臨界值，當(dāng)實(shí)測(cè)值大于臨界值時(shí)應(yīng)取臨界值；當(dāng)只需要判別 15m 范圍以內(nèi)的液化時(shí)，15m 以下的實(shí)測(cè)值可按臨界值采用； dii 點(diǎn)所代表的土層厚度(m)，可采用與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)點(diǎn)深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化

11、深度； Wii 土層單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值 （單位為 m-1） 。 當(dāng)該層中點(diǎn)深度不大于 5m 時(shí)應(yīng)采用 10，等于 20m 時(shí)應(yīng)采用零值，520m 時(shí)應(yīng)按線性內(nèi)插法取值。 表 4.3.5 液化等級(jí)與液化指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 液化等級(jí) 輕微 中等 嚴(yán)重 液化指數(shù) IlE 0IlE6 6IlE18 IlE18 4.3.6 當(dāng)液 7.5 十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn) ( (vane shear test) ) 十字板剪切試驗(yàn)是一種在鉆孔內(nèi)快速測(cè)定飽和軟黏土抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法。自1954年由南京水科院等單位對(duì)這項(xiàng)技術(shù)開始開發(fā)應(yīng)用以來(lái)， 在我國(guó)沿海地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。理論上，十字板剪切試驗(yàn)測(cè)得的

12、抗剪強(qiáng)度相當(dāng)于室內(nèi)三軸不排水剪總應(yīng)力強(qiáng)度。由于十字板剪切試驗(yàn)不需要采取土樣，可以在現(xiàn)場(chǎng)基本保持原位應(yīng)力狀態(tài)的情況下進(jìn)行測(cè)試，這對(duì)于難以取樣的高靈敏度的黏性土來(lái)說(shuō)具有不可替代的優(yōu)越性。（1）試驗(yàn)?zāi)康膌 測(cè)定原位應(yīng)力條件下軟黏土的不排水抗剪強(qiáng)度。l 估算軟黏土的靈敏度。（2）試驗(yàn)原理 十字板剪切試驗(yàn)是將具有一定高徑比的十字板插入待測(cè)試土層中，通過(guò)鉆桿對(duì)十字板頭施加扭矩使其勻速旋轉(zhuǎn)，根據(jù)施加的扭矩即可以得到土層的抵抗扭矩，進(jìn)一步可換算成土的抗剪強(qiáng)度。板頭側(cè)面的剪切阻力為均勻分布圖中所示為在板頭上、下面的剪切阻力分布。CvCHpMRI464pDIHHHHCDCDDHMMMMDDDHDCDDMCDCDD

13、CDDHMvv3321113133322162)( ,121234M 2桿的直徑為和十字板頭接觸處軸為板頭的直徑和高度。頂面的抗扭矩為：圓柱體底面的抗扭矩為：圓柱體側(cè)面的抗扭矩為31232 2623HvvHuDMMMMDHCD CMCCCDDH勻速扭轉(zhuǎn)Jackson(1969) 提出修正公式：322uMCHDD與圓柱頂?shù)酌婕魬?yīng)力分布相關(guān)的系數(shù)（3）試驗(yàn)設(shè)備十字板剪切試驗(yàn)系統(tǒng)組成：十字板頭；傳力系統(tǒng)；加力裝置； 測(cè)量裝置。（機(jī)械式和電測(cè)試）室內(nèi)十字板剪切儀十字板頭規(guī)格表1:2DH注：（4）十字板剪切試驗(yàn)技術(shù)要求1. 十字板剪切試驗(yàn)點(diǎn)的布置在豎向上的間距可為1m。2. 十字板頭形狀宜為矩形，徑高比

14、為1:2，板厚宜為23mm。3. 十字板頭插入鉆孔底（或套管底部）深度不應(yīng)小于孔徑或套管直徑的35倍。4. 十字板插入至試驗(yàn)深度后，至少應(yīng)靜置23min，方可開始試驗(yàn)。5. 扭轉(zhuǎn)剪切速率宜采用12/10s，并在測(cè)得峰值強(qiáng)度后繼續(xù)測(cè)記1min。6. 在峰值強(qiáng)度或穩(wěn)定值測(cè)試完畢后，再順扭轉(zhuǎn)方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)6圈，測(cè)定重塑土的不排水抗剪強(qiáng)度。7. 對(duì)開口鋼環(huán)十字板剪切儀，應(yīng)修正軸桿與土間摩阻力的影響。（5）試驗(yàn)成果及應(yīng)用 十字板剪切試驗(yàn)的成果主要有：各試驗(yàn)點(diǎn)土的不排水抗剪峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度、重塑土強(qiáng)度和靈敏度極其隨深度變化曲線；抗剪強(qiáng)度與扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線等 由于十字板剪切試驗(yàn)得到的不排水抗剪強(qiáng)度一般偏高，

15、因此要經(jīng)過(guò)修正才能用于工程設(shè)計(jì)，其修正方法如下：()ufuCC修正系數(shù)取值2. IL1的土1. 其他軟土土Daccal影響測(cè)試結(jié)果因素：l 板頭尺寸l 剪應(yīng)力分布l 排水條件l 土的各向異性l 剪切速率l 觸變效應(yīng)l 計(jì)算地基承載力計(jì)算地基承載力 根據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)研究院和華東電力設(shè)計(jì)院的經(jīng)驗(yàn)，地基容許承載力可按下式估算：2()aufqChl 估算地基土的靈敏度估算地基土的靈敏度軟黏土地基的靈敏度按下式計(jì)算：0()uftuCSC 另外，十字板剪切試驗(yàn)成果還可以用來(lái)檢驗(yàn)地基加固效果、估算單樁極限承載力以及用于估算軟土的液性指數(shù)等2St4 中等靈敏度土St2 低靈敏度土St 4 高靈敏度土l 判定軟

16、土的固結(jié)歷史判定軟土的固結(jié)歷史根據(jù)Cu-h 曲線判定軟土的固結(jié)歷史:1. 若Cu-h 曲線大致呈一通過(guò)地面原點(diǎn)的直線，可判定為正常固結(jié)土；2. 若Cu-h 直線不通過(guò)原點(diǎn)而與縱坐標(biāo)的向上延長(zhǎng)軸線相交，則可判定為超固結(jié)土。7.6 旁壓試驗(yàn)旁壓試驗(yàn) 旁壓試驗(yàn)又稱為橫壓試驗(yàn)，它是通過(guò)圓柱狀旁壓器對(duì)鉆孔壁施加均勻橫向壓力，使孔壁土體發(fā)生徑向變形直至破壞，同時(shí)通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)量測(cè)橫向壓力和徑向變形之間的關(guān)系，進(jìn)一步推求地基土力學(xué)參數(shù)的一種原位測(cè)試方法。分為預(yù)鉆式和自鉆式。優(yōu)點(diǎn)：l 旁壓試驗(yàn)的物理模型為軸對(duì)稱的圓柱形孔的擴(kuò)張問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題的彈塑性理論解已經(jīng)得到很好的解決。l 旁壓試驗(yàn)可以用來(lái)估計(jì)原位水平應(yīng)力。

17、l 測(cè)試方便，不受地下水位的限制，與室內(nèi)試驗(yàn)相比，具有試樣大、代表性強(qiáng)、擾動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。l 旁壓試驗(yàn)具有較廣泛的適應(yīng)性，可適合于黏性土、粉土、砂土、碎石土、極軟巖、軟巖等各類巖土的測(cè)試。（1）試驗(yàn)?zāi)康膌 測(cè)定土的旁壓模量和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；l 估算黏性土、粉土、砂土、軟質(zhì)巖石和風(fēng)化巖石的承載力。（2）試驗(yàn)原理典型的旁壓試驗(yàn) P-V 曲線032(1)()102fmcVVpEVV土體泊松比，碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉質(zhì)黏土取0.38，黏土取0.42；旁壓儀測(cè)量腔的固有體積；與初始?jí)毫?duì)應(yīng)的測(cè)量腔體積；與臨塑壓力對(duì)應(yīng)的測(cè)量腔體積；旁壓曲線直線段的斜率。 V=Vf -V0VcV0V

18、fp/V 此外，根據(jù)初始?jí)毫Α⑴R塑壓力、極限壓力和旁壓模量結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)可評(píng)定地基承載力和變形參數(shù)。（3）試驗(yàn)設(shè)備旁壓試驗(yàn)系統(tǒng)組成：旁壓器；加壓穩(wěn)壓裝置； 變形測(cè)量裝置；旁壓試驗(yàn)系統(tǒng)組成：監(jiān)測(cè)裝置壓力表高壓氣瓶輔助腔測(cè)量腔旁壓器同軸塑料管1. 量管 自鉆式旁壓測(cè)試不同于其他原位測(cè)試方法，該方法不需要經(jīng)驗(yàn)校正系數(shù)，更能在短時(shí)間內(nèi)獲得大量精確數(shù)據(jù)，而且在軟土盒沙層中，只能用自鉆式旁壓法。劍橋自鉆式旁壓儀在1975年開始生產(chǎn)，從1980年開 始 在 世 界 范 圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。自鉆式旁壓試驗(yàn)儀（4）旁壓試驗(yàn)技術(shù)要求1. 旁壓試驗(yàn)點(diǎn)要求布置在有代表性的位置和深度進(jìn)行，旁壓儀的量測(cè)腔要求位于同一土層內(nèi)。試驗(yàn)點(diǎn)的垂直間距應(yīng)根據(jù)地層條件和工程要求確定，但不宜小于1m，試驗(yàn)孔與已有鉆孔的水平距離不宜小于1m。2. 預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)應(yīng)保證成孔質(zhì)量，孔壁要垂直、光滑、呈規(guī)則圓形，鉆孔直徑與旁壓器直徑應(yīng)良好配合，防止孔壁坍塌。3. 加荷等級(jí)可采用預(yù)期臨塑壓力的1/71/5，初始階段加荷等級(jí)可取小值，必要時(shí)，可做卸荷再加載試驗(yàn)，測(cè)定再加荷旁壓