地質原位測試

1、緒論原位測試;就是在土原來所處的位置基本保持土的天然結構，天然含水量和天然應力狀態(tài)測定土的性能方法。原位測試的優(yōu)缺點;與一般試驗方法比較具有以下優(yōu)點可在擬建工程場地進行測試，不用取樣。原位測試涉及的土體積比室內試驗樣品要大得多，因而更能反映土的宏觀結構對土的性質影響。很多土原位測試技術方法可連續(xù)進行，可得到完整土層剖面及物理力學性質指標。土的原位測試，一般具有快速經(jīng)濟優(yōu)點。土的原位測試缺點:原位測試技術發(fā)展歷史較短,對測試機理及應用的研究都有待于進一步深入.難于控制測試中的邊界條件，如排水條件，應力條件.目前為止，土的原位測試技術所測出數(shù)據(jù)和土的工程性質關系仍建立在大量統(tǒng)計經(jīng)驗關系之上。第一章

2、靜力荷載試驗概念：在現(xiàn)場保持地基土天然狀態(tài)和模擬建筑物的荷載條件下，通過一定面積的承壓板向地基施加豎向荷載，觀察研究地基土變形和強度規(guī)律的一種原位試驗。載荷試驗基本理論體現(xiàn)在三方面：直線變形階段：壓密階段，壓力小于比例界限PO,PS為直線關系。剪切變形階段：當壓力POVPiVPu（極限），PS呈曲線關系，除土體壓密外，還有局部剪切破壞。破壞階段：壓力PiPu，即使壓力增加極小沉降急劇增加。載荷試驗技術要求：試驗位置選擇：依據(jù)場地均勻性，結合上部工程要求，選擇有代表性地點。試坑寬度：為承壓板直徑45倍，至少3倍，以滿足半空間表面受荷邊界條件。3加荷等級：第一級施加荷載（包括設備重量）宜接近于挖除

3、土的自重。此后每級加荷重量與土的力學強度有關，一般為預估極限承載力1/81/10。一般軟粘土每級加荷增量為0.10.25kg/cm穩(wěn)定標準：時間間隔：第一個30分鐘之內，每10分鐘觀測沉降一次，第二個30分鐘每15分鐘觀測一次，以后每30分鐘觀測一次。沉降相對穩(wěn)定標準:連續(xù)四次觀測沉降量，每小時累計不大于0.1mm方可施加下一次荷載。5試驗終止條件：加荷到設計承載力2倍即可終止試驗。從積累經(jīng)驗出發(fā)，加荷到破壞荷載為好。出現(xiàn)下列現(xiàn)象可認為已達到極限條件：承壓板周圍土面出現(xiàn)明顯裂縫并隆起24小時沉降速度無減小趨勢或加荷后沉降急劇增加?？偝两狄堰_承壓板直徑或寬度1/12。6應在現(xiàn)場隨時繪制PS曲線，

4、lgplgs曲線以便及時掌握試驗進程。試驗資料應用：確定地基土的承載力：1：強度控制法:以比例界限p0作為地基土承載力.適用于硬塑堅硬粘性土.粉土.碎石土。PS曲線上有明顯直線段，采用直線段終點對應壓力為比例界限點p0。PS曲線上無明顯直線段:a:某級荷載下沉降增量超過前一級荷載增量2倍：Sn2ASn-1的點對應壓力為比例界限點p0。b:繪lgplgs曲線，曲線轉折點對應壓力為比例界限點p0.c:繪ps/p曲線，曲線轉折點對應壓力即為比例界限點pO。計算地基變形模量：比例界限點清楚,PS呈直線關系E0二(1-卩)E0:土的變形模量(MPa)“:土的泊松比，碎石土0.25，砂土和粉土0.30,粉

5、質粘土0.35,粘土0.42p:承壓板上總荷載(kN)s:與荷載P相應的沉降量(cm)d:承壓板直徑(cm)對園滑型，不規(guī)則型PS曲線，仍采用同樣公式,SP的選擇非常重要：粘性土:S=0.02B所對應總荷載P砂土:S=0.015B所對應總荷載P2相對沉降控制法：根據(jù)沉降量和承壓板寬度s/b確定：對一般粘性土，粉土宜采用相對沉降量s/bW0.02所對應壓力為地基承載力。對砂土宜采用s/b=0.010.015所對應壓力為地基承載力。3：極限荷載法：PS曲線上比例界限點出現(xiàn)后，土體很快達到極限荷載，即p0與pu接近:fk=pu/fs(fs=23)例界限p0與pu不接近:fk=p0+(pu-p0)/f

6、s通過控制沉降量給出P0.02，P0.015等值再用Pu/fs,fs=23，從中取小值為容許承載力。第二章動力觸探1動力觸探(DPT):利用一定落錘的能量，將一定尺寸，一定形狀的探頭打入土中，根據(jù)打入的難易程度(可用貫入度；錘擊數(shù)或探頭單位面積貫入阻力)來判斷土層性質的一種原位測試方法。將探頭換為標準貫入器，則稱為標準貫入試驗。2適用范圍：輕型：粘性土；粉土；粉砂；重型：粘土；粉質粘土；粉砂；粉土砂土；碎石土；超重型：碎石土；標準貫入：淤泥及碎石土之外。類型輕型重型超重型落錘錘重(kg)100.263.50.51201落距(cm)5027621002探頭直徑(mm)407474錐角(0)606

7、060探桿直徑(mm)25425060貫入指標深度（cm）301010錘擊數(shù)N10N63.5N120三.重型動力觸探的修正：1對于砂土，松散中密的園礫，卵石，觸探深度在115.0m范圍內，一般不考慮側壁摩擦影響。2觸探桿長度效正：當桿長大于2.0m按下式效正:修正后的錘擊數(shù)長度修正系數(shù)：可查表心貞實測的錘擊數(shù)（貫入H）地下水影響效正：對地下水位慮以下中粗砂，砂礫，園礫，考慮地下水對錘擊數(shù)影響效正仏=13d+L0g經(jīng)地下水影響效正后錘擊數(shù)NJ經(jīng)長度效正但未經(jīng)地下水效正4標準貫入試驗：是一種在現(xiàn)場用63.5kg的穿心錘，以76cm的落距自由落下，將一定規(guī)格的對開管式的貫入器打入土中，記錄打入30c

8、m的錘擊數(shù)，并以此評價土的工程性質的原位試驗。試驗要點:與鉆探配合進行，先鉆到需要進行試驗土層標高以上約15cm,清孔后換用標準貫入器，并量得深度尺寸。以1530擊/min貫入速率將貫入器打入試驗土層中，先打15cm不記擊數(shù)，繼續(xù)貫入30cm，記錄錘擊數(shù)，若貫入擊數(shù)較大，也可記錄小于30cm的錘擊數(shù)，按下式換算成貫入30cm錘擊數(shù)N。N=30n/s拔出貫入器，取出貫入器中土樣進行編錄及鑒別。若需進行下一深度貫入實驗，重復上述步驟,一般每1.01.5m進行一次。若不能保證孔壁穩(wěn)定，可用泥漿或套管護壁影響因素及效正:觸探桿長度影響:當用標貫擊數(shù)查表確定承載力及指標應對錘擊數(shù)進行觸探桿長度效正。地下

9、水影響：對于有效粒d10在0.10.05mm范圍內飽和粉細砂，其密度大于某一臨界密度時，貫入阻力將會偏大（透水性小，標貫產(chǎn)生孔隙水壓力使N偏大）相應于此臨界密度錘擊數(shù)為15擊，當貫入擊數(shù)15擊時，可用下式修正+15）未經(jīng)效正擊數(shù)：&桿長修正系數(shù)土的自重壓力影響：依據(jù)室內試驗，砂土自重壓力對標貫試驗有很大影響，表現(xiàn)在同樣標貫擊數(shù)不同深度砂土，相對密度可能不同，主要是砂土自重應力影響N擊數(shù)在評價砂土液化時建議采用下式修正：心效1F.為相當于白重壓力等于畑如（用）的標準貫入試驗錘擊數(shù)巧：實測處砂土有效上覆壓力（畑口）修正系數(shù)第三章靜力觸探一靜力觸探（CPT）概念:用靜力將探頭以一定的速率壓入土中,利

10、用探頭內力的傳感器,通過電子量測儀器將探頭受到貫入阻力記錄下來,由于貫入阻力與土層性質有關,因此通過貫入阻力變化情況,達到了解土層工程性質目的.探頭的工作原理工作原理：靜力觸探就是通過探頭傳感器實現(xiàn)一系列量的轉換：土的強度一土的阻力一傳感器應變一電阻變化一電壓變化及輸出一電子儀器放大器記錄下來一測定土的強度指標實現(xiàn)上述目的需運用三個方面原理材料彈性變形虎克定律：電量變化電阻率定律：電橋原理：成果的整理及應用：成果整理：讀數(shù)處理：占丄的一”E:應變印探頭壓入時讀數(shù)侶塚初讀數(shù)的貫入阻力計算p、一aEg竝他兩標定系數(shù)一（溝栩/皿）魚二旳弋g號應變冒摩阻比計算：以百分比表示各對應深度側壁摩阻力與錐頭阻

11、力比值。n=厶X100%劃分土層標準：靜力觸探主要測定土的比貫入阻力，但是比貫入阻力即使是同一土層也不完全一致，有一個變化范圍：1RV3范圍土0.10.3土0.30.5土0.51.0第四章十字板剪切試驗一十字板剪切試驗（VST）它是一種通過對插入地基土中的規(guī)定形狀和尺寸的十字板頭施加扭矩，使十字板頭在土體中等速扭轉形成圓柱狀破壞面，經(jīng)過換算評定地基土不排水抗剪強度的現(xiàn)場試驗。試驗方法及技術要求：用回轉鉆開孔，并用旋轉法下套管至預定試驗深度以上35倍套管直徑。將十字板頭，離合器，軸桿與試驗鉆桿逐節(jié)接好后下入孔內，使十字板頭離合器咬合裝上底座及測力裝置試驗開始讀秒：以每10秒一度速度旋轉，使最大扭

12、力值在1分鐘達到，每轉一度測記鋼環(huán)變形一次,直到土體剪損，繼續(xù)讀數(shù)1min,此時峰值或穩(wěn)定值百分表讀數(shù)為原狀土剪切破壞時總作用力Ry。拔下連接導桿與測力裝置的特制鍵，套上搖把連續(xù)轉動導桿，使土體完全破壞，按4步驟測定擾動土的總作用Rc。軸桿與十字板頭離合器分離，按以上步驟測定機械阻力Rg。三試驗原理十字板剪切試驗的原理：通過施加扭力矩使插入土層試驗深度的十字板頭轉動，將土體剪損，測出土體抵抗剪損的最大力矩，由力矩平衡條件計算出土體的不排水強度值（假定=0），在計算過程中作如下幾點假設：（1）旋轉十字板頭在土體中形成圓柱狀剪損面，剪損面高度和直徑與十字板頭高度和直徑相同；（2）剪損面上各點抗剪強

13、度相等；（3）剪損面上各處強度同時發(fā)揮作用，同時達到極限狀態(tài)。在假定的條件下，可以根據(jù)施加板頭上的最大扭力矩M等于圓柱狀頂?shù)酌婧蛡让嫔贤馏w抵抗力矩之和，計算出土體的抗剪強度：所以：四十字板剪切試驗的適用條件及特點（1）十字板剪切試驗一般只適用于測定SW10,固結系數(shù)C500se穩(wěn)定巖石,密實的碎石土中硬土250VV200kpa粘土、粉土、堅硬黃土中軟土140VV250se稍密礫粗中砂除松散外細粉砂，fkV200kpa粘130kpa填土、可塑黃土。軟弱土V140se淤泥、淤泥質土，松散砂,新近沉積粘土、fk500se0250VV5140VV250se50V804.計算場地的卓越周期:地震波在土層

14、中傳播時,經(jīng)過不同性質界面的多次反射,將出現(xiàn)不同周期的地震波,若某一周期的地震波與地表土層固有周期相近時,由于共震作用,這種地震波振幅得到放大,此周期稱為卓越周期.斥場地卓越周期（.$）叩第層土層厚度n:土層的層數(shù)第七章扁鏟側脹試驗一扁鏟側脹試驗（簡稱DMT）:最早由意大利人馬爾歇蒂創(chuàng)立的一種原位測試方法。盡管這種新型試驗設備從生產(chǎn)到如今時間不長，但它以設備經(jīng)濟、操作簡單、實驗結果的重復性好、兼自鉆式旁壓與靜力觸探于一體從而獲得更多巖土特性參數(shù)等優(yōu)點，很快獲得國際巖土工程界關注，并在全球四十多個國家廣泛應用。二其工程應用在如下幾個方向：1.土層劃分及定名估計土的應力歷史3計算土的靜止側壓力系數(shù)

15、k和側向基床系數(shù)計算土的不排水強度三試驗基本原理一、概述扁鏟側脹試驗中扁鏟探頭是一個具有特定規(guī)格的不銹鋼鋼板，在扁鏟的一側安裝了一圓形鋼磨片。并通過一條穿過探桿的氣電管路與地表的測控箱連接，氣電管路用以傳輸氣壓和傳遞電信號。測控箱通過氣壓管和一個氣源相連，以提供氣壓使膜片膨脹。試驗由貫人扁鏟探頭開始，在貫入至某一深度后暫停，使用測控箱操作使膜片充氣膨脹，在充氣鼓脹過程中得到如下兩個讀數(shù)：A讀數(shù)：膜片鼓脹距離基座0.05mm時的氣壓值；B讀數(shù)：膜片鼓脹距離基座1.10mm時的氣壓值。在到達B點之后，通過測控箱上的氣壓調控器釋放氣壓，使膜片緩慢回縮到距離基座0.05mm時，此時的氣壓值記為C讀數(shù)然

16、后，探頭繼續(xù)往下貫人至下一試驗深度。在每一試驗深度都重復上述試驗過程，讀取A、B的讀數(shù)，在需要的時候測記C讀數(shù)二、試驗原理：2r1-kE扁鏟試驗時，整個膨脹過程中膜片的變形量較小，因而可將其視為彈性變形過程。膜片的向外鼓脹可假設為在無限彈性介質內部，在圓形膜片面積上施加均布荷載如。如果彈性介質的彈性模量為E,泊松比為“，膜上任一點的位移量S為：式中：R.鋼膜片的半徑r.膜上任一點到膜片中心點的距離當r=0時，由式（6-1）可得膜片中心點的位移量S（0）按下式計算:E47?1-7T-:p-公式（6-3）中，R和S（0）分別為膜片的半徑（30mm）和膜片中心的位移量（1.10mm）為已知值：而即為

17、膜片從基座鼓脹到基座1.10mm時的壓力增量（pl-p）0因此，公式（6-3）表示壓力增量與被測試土的性質直接相關。四、扁鏟探頭膜片的標定膜片的標定就是為了克服膜片本身的剛度對試驗結果的影響，通過標定可以得到膜片的標定值AA、B，可用于對A、B、C讀數(shù)進行修正。標定應在試驗前和試驗后各進行一次，并檢查前后兩次標定值的差別，以判斷試驗結果的可靠性0在大氣壓力下，因為膜表面本身有微小的向外的曲率，自由狀態(tài)下膜片的位置處于A、B之間的某個位置（即介于距離基座0.05-1.10mm），如圖8-9所示。AA是采用率定氣壓計通過對扁鏟探頭抽真空，使膜片從自由位置回縮到距離基座0.05mm（A位置）時所需的

18、壓力（應該是吸力）；而AB是通過對扁鏟探頭充氣，使膜片從自由位置到B位置時所需的氣壓力。F圖為膜片在不同狀態(tài)的位置1、標定過程標定時，應先關閉排氣閥，膜片標定時各部分的布置如圖所示。然后用率定氣壓計對扁鏟探頭抽氣，膜片因受大氣壓作用，從自然位置移向基座，待蜂鳴器響（此時膜片離基座小于0.05mm）停止抽氣；然后緩慢加壓，直至蜂鳴器停止響聲（膜片離基座為0.050.02mm）時候，記下測控箱上的讀書，此時的讀書即為M。該讀數(shù)值為負值，但在記錄時應記為正值，具體原因見后求解P0的分析。繼AA讀數(shù)后，繼續(xù)對扁鏟探頭施加氣壓，直至蜂鳴器再次響起（膜片離基座為1.100.03mm）時的氣壓值即為Ab。0

19、樓地標定吋few出刑BE陌定附的似席獅汽囲二HE闊鏟測云在標定過程中，抽氣和加壓均應緩慢進行，以獲取比較準確的AA和AB值。下圖為標定時的儀器布置圖2AAAB數(shù)值的合理范圍現(xiàn)場試驗測定的A、B、C讀數(shù)都需經(jīng)AAAB修正，其數(shù)值對試驗成果十分重要，所以要求AAAB值應在一定范圍內。一般AA在5-25kPa之間，理想值為15kPa；AB在10-110kPa之間，理想值為40kPa。若不在該范圍內，則此膜片不能用于扁鏟側脹試驗，需要對膜片進行老化處理。3、膜片的老化處理無論什么時候采用新膜片時，都應對膜片進行老化處理。新膜片的標定值一般不在AAB的允許范圍之內，通過老化處理可以得到穩(wěn)定的AAB值。未

20、經(jīng)老化的膜片在測試中其AaAb的值會出現(xiàn)變化，表現(xiàn)不穩(wěn)定。一般地，膜片的老化處理采用人工時效的方法進行。利用標定氣壓計對新膜片緩慢加壓至蜂鳴器響（B位置，膨脹1.100.03mm）時，記下AB的數(shù)值，連續(xù)數(shù)次，倘若AB均在允許適用的范圍之內，不必再進行老化處理。若不在此范圍內，加壓至300kPa，蜂嗚器響后，排氣降壓至零。用300kPa的氣壓循環(huán)老化幾次，每一次從零開始，若老化幾次后，AB的值達到允許范圍，則停止老化。假如AB的值以300kPa壓力老化處理后仍偏高，可以將壓力增至350kPa進行循環(huán)老化，倘仍不生效，可以用50kPa作為一級遞升重復老化，直到AB的值降到標定允許范圍之內。通常施

21、加的加壓小于600kPa,循環(huán)老化就可以使其達到要求，在空氣中標定膜片，最大壓力不應超過600kPa。第八章巖體變形試驗巖體變形試驗：指在一定荷載條件下,為研究巖體變形規(guī)律,測定工程中所需要的巖體變形特征指標（變形模量.彈性模量.泊松比.變形系數(shù)）而進行巖體現(xiàn)場試驗.2.變形測試方法:靜力法：千斤頂法.狹縫法.水壓法；動力法:地震法.超聲波法.聲波法第九章巖體強度試驗巖體強度測試:是指巖體的抗剪強度,即巖體抵抗剪切破壞的能力,它是巖體在任一法向應力作用下,剪切破壞時所能抵抗的最大剪應力值,稱該剪切面在此法向應力下的抗剪強度.,由于這種方法考慮了巖體結構面影響,試驗結果比較符合實際.巖體抗剪強度

22、試驗方法分為三種:抗剪斷試驗；摩擦試驗；抗切試驗4.試驗方法:平推法.斜推法第十章巖體聲波測試一:聲波測試：是一項比較新的測試技術,在工程巖體中被廣泛應用,這種測試方法是以彈性波理論為基礎,利用固體介質受到動荷載的瞬間沖擊作用或反復振動作用,在固體介質內產(chǎn)生動態(tài)應力,從而引起動態(tài)應變,并以波的形式由震源向外傳播,由于巖體中存在各種不連續(xù)地質界面,聲波在這種介質中傳播,其能量被吸收,巖性不同結構面性質不同,對聲波傳播及吸收也不同,利用這種原理測定巖石各種性能指標.用途:1.了解巖體物理狀態(tài),2.了解巖體力學性質指標,3.評價巖體質量.二:聲波儀簡介聲波儀是用來測試聲波傳播速度及頻譜的一種電子裝置

23、,主要由三大部分組成:聲波換能器:是一種轉換能量形式的裝置,聲能與電能互相轉換,主要元件是一種天然或人工的晶體或陶瓷.稱為壓電晶體,具有獨特壓電效應.聲波接收機:起顯示作用,是顯示由接收換能器所收到巖體聲波的機器,分數(shù)碼顯示.時標記時時標記時的接收機:從表面看像一臺示波儀,從接收探頭上傳輸電信號經(jīng)放大整形以正弦波形式顯示在波屏上,根據(jù)波初至點與啟始信號之間光標長度來確定波在介質中傳播時間,測試距離已知,可求傳播速度.T=t（聲波在介質中傳播時間）+t0（在探頭中時間，也稱儀器系統(tǒng)走時）聲波發(fā)射機:主要部件是振蕩器,振蕩器產(chǎn)生一定頻率的電脈沖經(jīng)放大后由探頭轉換為聲波,且振蕩器頻率是可調,以取得各

24、種頻率聲波滿足各種探測要求.三.聲波測試主要用途:確定隧洞圍巖松動圈范圍,并計算山巖壓力大小.山巖壓力:由于圍巖變形破壞形成松動巖體施加于隧洞之上的壓力稱為山巖壓力.聲波測井:查明鉆孔所通過的各地層層位，斷層破碎帶，巖體破碎程度和分布范圍.波速對巖體風化也有明顯反應,并進行風化帶劃分.波速測井對裂隙發(fā)育程度作出定量評價.也可準確地測出軟弱夾層埋深及厚度.利用聲波測試進行工程圍巖分類:主要利用六個彈性參數(shù)分類:1一巖怵飆波速度土(V巖體2一巖依完整性系熱k=丄二t2一巖依完整性系數(shù)：k3巖依不均勻性系數(shù)I”二4一巖依彈性模雖;5.窘石風化系數(shù),斗未風化&巖石濕潤系數(shù):第十一章巖石點荷載試驗一.概

25、況優(yōu)點:可用小型輕便試驗機，便于攜帶,隨時在現(xiàn)場進行試驗.利用不規(guī)則形狀試樣，無需進行機械加工，鉆探芯樣也好，開挖基巖塊也好,都能進行試驗.可對嚴重風化及低強度巖石進行試驗.基本原理:通過兩壓點對試樣施加集中荷載,直至試樣破壞,通過計算求得試樣點荷載強度指數(shù),最后求出無側限抗壓強度及抗拉強度.二.試件尺寸應符合下列規(guī)定:試樣形狀和大小盡量保持相近,不能相差太大.采用巖芯作徑向試驗:試件長度與直徑之比不應小于1.采用巖心作軸向試驗:加荷兩點間距與直徑之比為0.31.0.方塊或不規(guī)則塊體:兩加荷點間距為3050mm.加荷兩點間距與加荷處平均寬度之比宜為0.31.0.試件長度不應小于加荷兩點間距.同一含水狀態(tài)下巖芯試樣,每組510個,方塊或不規(guī)則體試樣為1520個.破壞面貫穿整個試件并通過兩加荷點為有效試驗.三點荷載強度指數(shù)的公式及各個參數(shù)的含義1.點荷載強度指數(shù):一F_CFC:儀器標定系數(shù)一.F.壓力表瀆數(shù)(mpa)刀；：等效園直徑，與巖祥破壞面面積相等的園面積直徑(也用)2：確定