基础工程试验方法
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原位测试方法
一、Standard Penetration Test(SPT)标准贯入试验
概念:标贯试验是在现场测定砂或粘性土的地基承载力的一种方法。
这种方法通过测量规定重量的重锤自某一特定高度自由锤击地基,贯入深度达某一值时的锤击数,以评价该处地基土的性质及承载力。
通常重锤质量取63.5±0.5kG,落距取76±2cm。
标贯试验是一种勘探与原位试验相结合的地基勘探方法,可以简便快捷地得到近似的粘性土地基承载力标准值。
设备:标准贯入试验的设备主要由标准贯入器、触探杆和穿心锤三部分组成。
触探杆一般用直径为42毫米的钻杆,穿心锤重63.5千克。
例如美国PDI公司的SPT标准贯入分析仪。
配备有一个0.6m长SPT杆(AW、NW或其它类型)组件,该组件带有两个应变桥路传感器,传感器由PDI公司精确标定。
现场试验时,将两个加速度传感器固定到这个组件上,然后将其安装至锤和取样杆之间钻杆的顶部。
通过电缆或无线发射器将这个组件与SPT分析仪连接起来。
在SPT试验过程中,应变传感器和加速度传感器获得必要的力和速度信号,用于计算转换能量。
能量实时地显示在SPT分析仪的屏幕上。
操作:
标准贯入试验多与钻探相配合使用,操作要点是:
①钻具钻至试验土层标高以上约15厘米处,以避下层土受扰动。
②贯入前,应检查触探杆的接头,不得松脱。
贯入时,穿心锤落距为76厘米,使其自由下落,将贯入器直打入土层中15厘米。
以后每打入土层30厘米的锤击数,即为实测锤击数N。
③提出贯入器,取出贯入器中的土样进行鉴别描述。
④若需继续进行下一深度的贯入试验时,即重复上述操作步骤进行试验。
⑤当钻杆长度大于3米时,锤击数应按下式进行钻杆长度修正:N63.5=αN,式中N63.5为标准贯入试验锤击数,α为触探杆长度校正系数,如触探杆长分别为≤3、≤6、≤9、≤12、≤15、≤18、≤21米时,则α相应分别为1、0.92、0.86、0.81、0.77、0.73、0.70。
测定:
根据标准贯入试验锤击数测定各类砂的地基承载力(公斤/平方厘米),一般为:
①当击数大于30时,密实的砾砂、粗砂、中砂(孔隙比均小于0.60)为4公斤/平方厘米;
②当击数小于或等于30而大于15时,中密的砾砂、粗砂、中砂(孔隙比均大于0.60而小于0.75)为3公斤/平方厘米,细砂、粉砂(孔隙比均大于0.70而小于0.85)为1.5—2公斤/平方厘米;
③当击数小于或等于15而大于或等于10时,稍密的砾砂、粗砂、中砂(孔隙比均大于0.75而小于0.85)为2公斤/平方厘米,细砂、粉砂(孔隙比均大于0.85而小于0.95)为1—1.5公斤/平方厘米。
对于老粘土和一般粘性土的容许承载力,当锤击数分别为3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23时,则其相应的容许承载力分别为 1.2、1.6、2.0、2.4、2.8、3.2、3.6、4.2、5.0、5.8、6.6公斤/平方厘米。
二、Cone Penetration Test(CPT)静力触探试验
静力触探(简称静探)试验是将带有电测变形传感器的探头匀速地贯入地基土中,根据电测传感器的信号,测定探头贯入土中所受的阻力,以此间接地确定地基土的有关参数。
静力触探试验可用于土层划分、土类判别、估算砂土的相对密度与摩擦角、黏土的不排水抗剪强度、压缩模量、变形模量、地基承载力、固结系数、渗透系数、黄土湿陷性系数确定,以及用于砂土和粉土的液化判别等。
按触头传感器的功能,静力触探分常规的静力触探(CPT)和孔压静力触探(CPTU)。
静力触探具有快速、数据连续、在线型号、操作省力和节省时间等优点。
(1)静力触探试验的基本原理
静力触探的基本原理就是用准静力(相对动力触探而言,没有或很少冲击荷载)将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中,由于地层中各种土的软硬不同,探头所受的阻力自然也不一样,传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来,再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系,来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。
(2)静力触探试验要求
1.探头的圆锥锥底截面积影采用10cm2或15cm2,单桥探头侧壁高度应分别采用57mm或70mm,双桥探头侧壁面积应采用150-300cm2,锥尖锥角应为60°;
2.探头应匀速竖直地压入土中,贯入速率为1.2m/min;
3.探头测力传感器应连同仪器、电缆进行定期标定;
4.深度记录的误差不应大于触探总深度的±1%;
5.贯入深度大于30m或通过厚层软土再到硬层时,应防止断杆或倾斜。
(3)资料整理
步骤有:1.静力触探原始数据资料的修正;2.绘制静力触探曲线;3.划分土层;4.分析确定地基土的变形和承载力等参数。
三、vane shear test(VST)十字板剪切试验
十字板剪切试验是一种用十字板测定软粘性土抗剪强度的原位试验。
将十字板头由钻孔压入孔底软土中,以均匀的速度转动,通过一定的测量系统,测得其转动时所需之力矩,直至土体破坏,从而计算出土的抗剪强度。
由十字板剪力试验测得之抗剪强度代表土的天然强度。
技术要求
1、十字板插入深度不应小于钻孔或套管直径的3-5倍;孔间距大于0.75-1米。
2、十字板插入土后应停留2-3分钟,太短或太长会使强度减小或增大。
3、剪切速度一般为1°-2°/10秒,过快(粘滞性)过慢(固结)会使强度增加。
一般3-10分钟会出现峰值后应继续剪切1分钟。
4、测出峰值后应快速转动6周,测重塑土的不排水抗剪强度。
成果应用
1、饱和软粘土的抗剪强度和灵敏度。
2、地基加固效果和强度变化规律。
3、测定地基或边坡滑动位置。
4、可计算地基容许承载力。
注意事项
1、十字板的规格:板高/板宽=2,刃角60°,面积比=13%-14%(越小越好)。
2、由于圆柱侧面和顶面达到剪切破坏不是同时的,因此强度并不是真正的峰值,是一种平均抗剪强度。
四、Pressure Meter Test(PMT)旁压试验
旁压试验是将圆柱形旁压器竖直放入土中,通过旁压器在竖直的孔内加压,使旁压膜膨胀,并由旁压膜将压力传给周围的土体(岩体),使土体(岩体)产生变形直至破坏,通过量测施加的压力和土变形之间的关系,即可得到地基土在水平方向的应力应变关系。
旁压试验适用于粘性土、粉士、砂土、碎石土、残积土、极软岩和软岩等。
旁压试验应在有代表性的位置和深度进行,旁压嚣的量测腔应在同一土层内。
试验点的垂直间距应根据地表条件和工程要求确走,但不宜小于 1m,试验孔与己有铀孔的水平距离不宜小于 1 m。
室内试验方法
一、物理性质试验
1.密度试验
当岩石能加工成形时,可直接将岩石毛样加工成规则试样,测量其长宽高并
由此计算出岩样的密度。
对于土样的计算出相应的体积V,用天平称取其质量M
密度试验有环刀法和蜡封法,环刀法直接称出土样和已知质量及内腔体积的环刀的质量;蜡封法则分别称出土样封蜡前、封蜡后在大气和量杯纯水中的质量,利用相应公式计算土样密度。
2.颗粒分析试验
土样颗粒分析试验有筛分法、密度计法和移液管法。
对于粒径大于0.075mm
小于60mm的土样,常用筛分法,而小于0.075mm的颗粒分析用密度计法或移液管法。
资料整理包括计算绘制颗粒分布曲线和计算不均匀系数和曲率系数。
3.土样塑液限试验
土试样含水量多采用烘干法测试,塑限和液限试验有液塑限联合测定法、碟式液限测试法和搓条法等。
二、地基岩土的力学性质试验
1.土的固结试验
试验目的:测定试样在侧限与轴向排水条件下的压缩变形△h和荷载P的关系,以便计算土的单位沉降量S1、压缩系数av和压缩模量Es等。
试验原理:土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的。
在饱和土中,水具有流动性,在外力作用下沿着土中孔隙排出,从而引起土体积减少而发生压缩,试验时由于金属环刀及刚性护环所限,土样在压力作用下只能在竖向产生压缩,而不可能产生侧向变形,故称为侧限压缩。
2.直接剪切试验
直接剪切试验用于研究土的抗剪强度,测定土的抗剪强度参数内摩擦角ψ和黏聚力c。
所用仪器为直剪仪,该仪器有应变控制式和应力控制式两种。
实验时通过杠杆对土样施加法向荷载,利用传动系统等速推动下盒,使土样沿上下盒分界面等速相对错动而受剪,剪应力大小通过量力环量测。
试验时一般取土样3个到4个,按同样的方法分别在不同的法向应力p下剪切至破坏,测出各土样破坏时的剪应力即得τ、p绘制抗剪强度线,并确定土样的ψ和c。
3.静力三轴压缩试验
基本原理:根据摩尔-库仑强度理论,用三到四个试样,分别在不同的恒定围压下施加轴向压力,进行剪切直至破坏,从而确定图的抗剪强度指标。