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第十四讲原位测试技术一、内容提要：本讲主要讲述原位测试技术：载荷试验、十字板剪切试验、静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验、旁压试验、扁铲侧胀试验。
二、重点难点：各种原位测试手段的适用范围及各自的优点。
三、内容讲解：所谓原位测试就是在土层原来所处的位置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。
原位测试与室内土工试验相比，具有以下主要优点：(1)可以测定难以取得不扰动土样(如饱和砂土、粉土、流塑淤泥及淤泥质土、贝壳层等)的有关工程力学性质；(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察周期。
但是，原位测试也有不足之处。
例如：各种原位测试都有其适用条件，若使用不当则会影响其效果；有些原位测试所得参数与土的工程力学性质间的关系往往是建立在统计经验关系上；另外，影响原位测试成果的因素较为复杂，使得对测定值的准确判定造成一定的困难；还有，原位测试中的主应力方向往往与实际岩土工程中的主应力方向并不一致等等。
因此，土的室内试验与原位测试，两者各有其独到之处，在全面研究土的各项性状中，两者不能偏废，而应相辅相成。
工程地质原位测试的主要方法有：静力载荷试验、触探试验、剪切试验和地基土动力特性试验与现场渗透试验等。
【例题1】下列不属于原位测试手段的是（）。
A. 载荷试验B. 触探试验C. 现场渗透试验D. 压缩试验答案：D(一)静力载荷试验(CPT)1. 静力载荷试验的基本原理和意义静力载荷试验就是在拟建建筑场地上，在挖至设计的基础埋置深度的平整坑底放置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性，求得地基土容许承载力与变形模量等力学数据。
可见，静力载荷试验实际上是一种与建筑物基础工作条件相似，而且直接对天然埋藏条件下的土体进行的现场模拟试验。
1、原位测试是岩土工程勘察与地基评价中的重要手段之一，是指利用一定的试样手段在天然状态下，测试岩土的反应或一些特定的物理、力学指标，进而依据理论分析或经验公式评定岩土的工程性能和状态。
2、原位测试目的：获得有代表性的、能够反映岩土体现场实际状态下的岩土参数，认识岩土体的空间分布特征和物理力学特性，为岩土体工程设计和治理提供工程设计参数。
3、原位测试获得的参数：1岩土体的空间分布几何参数2岩土体的物理参数和状态参数3岩土体原位初始应力状态和应力历史参数4岩土体的强度参数5岩土体的变形性质参数6岩土体的渗透性质参数。
4、原位测试：一般指在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，已获得土层的物理力学性质指标及划分土层的一种土工勘察技术。
5、原位测试所能提供的参数：1土类鉴别和土层剖面划分2原位水平应力、静止侧土压力系数、或侧向基床系数3前期固结压力或超固结比4变形特性5固结特性6强度特性。
6、载荷试验的目的：1确定地基土的比例界限压力、极限压力，为评定地基土的承载力提供依据2确定地基土的变形模量3估算地基土的不排水抗剪强度4确定地基土的基床系数。
7、平板载荷试验：是在保持地基土天然应力和结构状态情况下，模拟建筑物荷载条件，通过一定面积的承压板向地基施加垂向荷载，研究地基土变形和强度规律的一种原位试验。
8、平板载荷试验的原理：它是以刚性平底承压板模拟建筑物基础，将竖向荷载均匀传至地基土上，通过实测地基土在荷载作用下的变形，得到载荷试验P-S曲线，然后根据该曲线推求地基土参数的一种方法。
P-s曲线分为三个阶段1直线变形阶段，压力小于比例极限压力p0，p-s呈直线关系。
2剪切变形阶段：压力大于p0小于极限压力p u。
3破坏阶段：压力大于极限压力p u，沉降急剧增大。
确定地基土承载力：在经过校正后的P—S曲线上取S／b一定比值所对应的荷载为地基土的容许承载力：1)太沙基取S／b=0.02相对应的荷载为地基土的容许承载力；2)斯坎普顿取S/b=0.03相对应的荷载为地基土的容许承载力；3)对一般粘性土、粉土宜采用S／b=0.02对应的压力为容许承载力；4）对砂土宜采用S／b=0.01～0.015对应的压力为地基土的容许承载力9、载荷试验设备及组成：1加荷系统，通过承压板对地基土施加额定荷载的装置，包括重物加荷装置和油压千斤顶加荷装置2反力系统常用的反力系统为地锚式。
原位测试第五章工程地质原位测试掌握土体力学性质的原位测试方法，包括载荷试验、静力触探、动力触探、波速试验等基本原理、适用条件、资料整理和成果应用。
除此之外，应适当了解其他原位测试方法。
5.1 概述在岩土工程勘察过程中，为了取得工程设计所需要的反映地基岩土体物理、力学、水理性质指标，以及含水层参数等定量指标。
要求对上述性质进行准确的测试工作，这种测试仅靠勘探中采取岩土样品在实验室内进行实验往往是不够。
实验室一般使用小尺寸试件，不能完全确切地反映天然状态下的岩土性质，特别是对难于采取原状结构样品的岩土体。
因而有必要在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学性质及其他指标，以弥补实验室测试的不足。
原位测试亦称现场试验、就地试验、野外试验。
许多试验方法是随着对岩土体的深入研究而发展起来的。
5.1.1 什么是原位测试？原位测试（in-situ-test）是在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层的一种岩土工程勘察技术。
5.1.2野外试验的目的1、在岩土体处于天然状态下，利用原地切割的较大尺寸的试件进行各种测试取得可靠的岩土体物理、力学、水理性质指标。
2、对于某些因无法采取原状样品进行室内实验的岩土体的测试。
如：裂隙化岩石、液态粘性土（低液限粘土、淤泥）、砂砾。
3、完成或实现室内无法测定的实验内容。
如：地下洞室围岩应力、岩体裂隙的连通性、透水性、含水层的渗透性等。
4、为施工（基坑开挖、地基处理）提供可靠的数据。
5.1.3 原位测试的优缺点及其分类（一）优点（1）可在拟建工程场地进行测试，不用取样。
（2）原位测试涉及的土体积比室内试验样品要大得多，因而更能反映土的宏观结构（如裂隙、夹层）对土的性质的影响。
（4）很多土的原位测试技术方法可连续进行，因而可以得到完整的土层剖面及其物理力学性质指标。
（5）可以快速地获取反映岩土体宏观结构特征的工程性状参数。
原位测试资料测试的目的场地勘察测试可用于描述场地的初始状况。
在场地勘察中所关心的常用参数是孔隙水压力、土的渗透性及边坡的稳定性。
设计验证测试可用于验证设计假定和检查设计对象是否会如预测那样的表现。
工程初始阶段的测试数据还可以揭示在工程的以后阶段中是否需要修改设计。
施工控制测试可以用于监测施工的效果。
测试数据有助于帮助工程师判断在确保工程安全的情况下工程进度应如何安排。
质量控制测试不仅可以用来确保工程质量，而且可以记录工程是否达到预定的规格与指标。
安全测试可以对可能发生的破坏提供预警，从而获得充裕时间进行设备、人员安全撤离和采取紧急补救措施。
安全监测需要测试数据的快速获取、整理，以便尽快做出决策。
法律保证当相邻的物业声称遭到施工破坏时，测试数据可以为设计人员和承建商提供法庭辩护的依据。
运行测试可用于监测结构的运行状况。
例如：大坝的渗漏、孔隙水压力和变形表现大坝的运行状况，对锚杆及边坡内部位移的监测可以对稳定边坡中的排水系统的运行提供参考。
史永胜编译测试设备选择关键参数每个工程都有其独有的关键参数。
设计者必须辨别这些参数并选择仪器测试。
哪些参数是初始设计阶段需要的？评估施工阶段和运行阶段结构的状况需要哪些信息？当这些信息确定后，测试的具体参数应包括量程、分辨率和测试精度。
补充参数岩土介质的行为通常涉及不只一个参数，而是很多参数。
在一些情况中，监测一个参数可能就足够了，但当问题更复杂时，测试多个参数并寻找这些测试数据的相关性是十分有益的。
因此，要选择适当的仪器进行补充测试。
例如，反映位移变化速度的测斜仪数据可以和反映孔隙压力变化的渗压计数据相关，有应变计数据计算所得的支撑受力应该和由支护结构后的测斜仪所测得的收敛数据相关。
对补充参数进行测试的另外好处是即使一些设备受到破坏，至少还可得到一些数据。
地层条件地层条件通常决定着测试仪器的选择。
例如，在高渗透性的土层中，立管式水压计测量孔隙水压力很可靠，而在低渗透性的土层中，可靠性要差得多。
原位测试知识点总结一、原位测试的定义原位测试是指在检测对象所在的现场进行的测试，通常用于工业生产中的设备和系统，以及其他需要在现场进行测试的领域。
原位测试的主要目的是为了确保设备和系统的正常运行，以及发现可能存在的问题，从而及时进行修复和维护。
二、原位测试的重要性原位测试在工业生产中具有重要的意义，它可以帮助企业提前发现设备和系统存在的问题，防止故障造成的损失，保障生产的正常进行。
通过原位测试，可以及时发现设备的运行状况，从而减少停机时间，提高生产效率，降低生产成本，保障产品质量。
三、原位测试的知识点1. 仪器设备的选择和使用在进行原位测试时，需要选择合适的仪器设备来检测设备和系统的运行状况。
不同的设备和系统需要不同的测试仪器，例如温度、压力、振动、电流等参数的测试仪器。
同时，还需要掌握这些仪器设备的使用方法，包括校准、安装、操作、维护等方面的知识。
2. 测试方法和技巧原位测试需要掌握一些测试方法和技巧，以便准确地检测设备和系统的运行情况。
例如，振动测试时需要考虑测点的选择、测试仪器的设置、数据的采集和分析等方面的技巧。
另外，在测试过程中需要注意安全问题，遵守相关的操作规程，避免发生意外事故。
3. 数据的采集和分析在原位测试过程中需要对采集的数据进行分析，从中获取设备和系统的运行状况。
这需要掌握一些数据处理和分析的方法，例如数据的归档、对比、趋势分析、异常检测等方面的知识。
4. 故障诊断和解决在进行原位测试时可能会发现设备和系统存在一些故障，需要及时进行诊断和解决。
这需要掌握一些故障诊断的方法，例如故障的表现、可能的原因、解决方案等方面的知识。
5. 维护和保养原位测试也包括了设备和系统的维护和保养工作，需要定期对设备和系统进行检查和维护，提高设备和系统的可靠性和使用寿命。
四、原位测试的应用领域原位测试广泛应用于工业生产中的各个领域，例如机械制造、电力、石油化工、交通运输、航空航天等。
在这些领域，原位测试帮助企业提前发现设备和系统存在的问题，防止故障造成的损失，保障生产的正常进行。
原位测试第五章工程地质原位测试掌握土体力学性质的原位测试方法，包括载荷试验、静力触探、动力触探、波速试验等基本原理、适用条件、资料整理和成果应用。
除此之外，应适当了解其他原位测试方法。
5.1概述在岩土工程勘察过程中，为了取得工程设计所需要的反映地基岩土体物理、力学、水理性质指标，以及含水层参数等定量指标。
要求对上述性质进行准确的测试工作，这种测试仅靠勘探中采取岩土样品在实验室内进行实验往往是不够。
实验室一般使用小尺寸试件，不能完全确切地反映天然状态下的岩土性质，特别是对难于采取原状结构样品的岩土体。
因而有必要在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学性质及其他指标，以弥补实验室测试的不足。
原位测试亦称现场试验、就地试验、野外试验。
许多试验方法是随着对岩土体的深入研究而发展起来的。
5.1.1什么是原位测试？原位测试(in-situ-test)是在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层的一种岩土工程勘察技术。
5.1.2野外试验的目的1、在岩土体处于天然状态下，利用原地切割的较大尺寸的试件进行各种测试取得可靠的岩土体物理、力学、水理性质指标。
2、对于某些因无法采取原状样品进行室内实验的岩土体的测试。
如：裂隙化岩石、液态粘性土(低液限粘土、淤泥)、砂砾。
3、完成或实现室内无法测定的实验内容。
如：地下洞室围岩应力、岩体裂隙的连通性、透水性、含水层的渗透性等。
4、为施工（基坑开挖、地基处理）提供可靠的数据。
5.1.3 原位测试的优缺点及其分类（一）优点（1）可在拟建工程场地进行测试，不用取样。
（2）原位测试涉及的土体积比室内试验样品要大得多，因而更能反映土的宏观结构（如裂隙、夹层）对土的性质的影响。
（4）很多土的原位测试技术方法可连续进行，因而可以得到完整的土层剖面及其物理力学性质指标。
（5）可以快速地获取反映岩土体宏观结构特征的工程性状参数。
（二）缺点（1）难以控制测试中的边界条件。
（2）一般试验周期长、在人力、物力和时间上耗费较大，成本咼。
三）分类载荷试验静力触探试验芳压试验土体原位测试圆锥动力触探试验标准贯入试验原位测试十字板剪切试验抽、注水试验波速试验岩体原位测试岩体的变形试验现场直剪试验岩体应力测试国外已经出现了能同时测定岩土体几种工程性质参数的联合原位测试仪器设备，如波速静力触探仪、静力触探旁压测试仪。
水文地质试验：钻孔压水试验（裂隙岩体）、抽水试验（中、强富水性含水层）、注水试验（干、松散透水层）、岩溶裂隙连通试验等改善土、石性能的试验：为地基改良和加固处理提供依据。
如：灌浆试验、桩基试验等。
5.2 土体原位测试的优缺点土体原位测试一般是指在岩土工程勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层的一种土工勘测技术。
它是一项自成体系的试验科学，在岩土工程勘察中占有重要位置。
这是因为它与钻探、取样、室内试验的传统方法比较起来，具有下列明显优点：（1）可在拟建工程场地进行测试，毋需取样，避免了因钻探取样所带来的一系列困难和问题，如原状样扰动问题等。
（2）原位测试所涉及的土尺寸较室内试验样品要大得多，因而更能反映土的宏观结构如裂隙等）对土的性质的影响。
5.4 土体原位测试技术的种类土体原位测试方法很多，可以归纳为下列两类：（1）土层剖面测试法。
它主要包括静力触探、动力触探、扁铲松胀仪试验及波速法等。
土层剖面测试法具有可连续进行、快速经济的优点。
（2）专门测试法。
它主要包括载荷试验、旁压试验、标准贯入实验、抽水和注水试验、十字板剪切试验等。
土的专门测试法可得到土层中关键部位土的各种工程性质指标，精度高，测试成果可直接供设计部门使用。
其精度超过室内试验的成果。
5.4静力载荷试验载荷试验的主要优点是对地基土不产生扰动，利用其成果确定的地基承载力最可靠、最有代表性，可直接用于工程设计。
其成果用于预估建筑物的沉降量效果也很好。
因此，在对大型工程、重要建筑物的地基勘测中，载荷试验一般是不可少的。
它是目前世界各国用以确定地基承载力的最主要方法，也是比较其他土的原位试验成果的基础。
载荷试验按试验深度分为浅层和深层；按承压板形状有平板与螺旋板之分；按用途可分为一般载荷试验和桩载荷试验；按载荷性质又可分为静力和动力载荷试验。
5.4.1基本原理在拟建建筑物场地挖至预计基础埋深的整平坑底放置一定面积的方形（或圆形）承压板，在其上逐级施加荷载，测定各项应荷载作用下地基土的稳定沉降量。
根据实验得到的荷载一沉降曲线，确定地基土的承载力基本值，计算地基土的变形模量。
P-S曲线的三阶段介绍。
5.4.2实验设备（一）承压板（二）加荷装置（1）压重加荷装置（2千斤顶加荷系统（3）重物、机械、液压放大加荷装置（三）反力系统（1）锚固式（2）撑壁式（3）平洞式（四）测力系统（1）力传感器（2）压力表（3）测力刚环（五）观测系统（1）观测支架（2）测量仪表：百分表，电测位移计，水准仪。
543资料整理（一）对原始数据检查、校对后，整理出荷载与沉降值、时间与沉降值汇总表。
（二）绘制压力（P）与沉降量（S）关系曲线。
（三）修正原始P-S曲线。
（1）图解法（2）最小二乘法544试验成果应用1、确定地基土承载力基本值确定方法：（1）强度控制法；（2）相对沉降控制法；（3）极限荷载控制法2、计算地基变形模量E o3、确定湿陷性黄土的湿陷起始压力。
4、计算地基沉降量。
5.5 静力触探5.5.1试验的原理与目的用准静力将一个内部有传感器的探头以匀速压入土中，由于地层中各层土的软硬不同，探头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记录下来，并绘出随深度的变化曲线。
根据贯入阻力与土的工程地质性质之间的定性关系和统计相关关系，通过触探曲线分析，即可达到对复杂的土层进行地层划分、获取地基容许承载力和弹性模量、变形模量等指标，选择桩尖持力层和预估单桩承载力等岩土工程勘察的目的。
静力触探试验（英文缩写CPT），是把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。
它分为机械式和电测式两种。
电测静力触探是应用最广的一种原位测试技术，这与它明显的优点有关：①兼有勘探与测试双重作用；②测试数据精度高，再现性好，且测试快速、连续、效率高、功能多；③采用电子技术，便于实现测试过程自动化。
5.5.2试验仪器设备（一）贯入系统（1）触探主机（2）探杆（3）反力装置（二）探头（1）单桥探头（2）双桥探头（3）孔压静力探头（三）量测系统5.5.3资料整理（1对原始数据进行检查与校正。
（2）计算各种参数（比贯入阻力、锥头阻力、侧壁摩阻力、摩阻比及孔隙水压力）。
（3）对单桥和双桥探头应沿测试深度绘制各种曲线。
5.5.4测试成果应用（1划分土层及土层剖面（2）确定地基土特征值（3）确定土的压缩模量和变形模量（4）评价砂土和粉土的震动液化（5）检验压实填土质量及强夯效果（6）黄土湿陷性评价（7）判定土质滑坡滑动面、土洞及冻融土强度5.6 动力触探试验动力触探测试：利用一定的捶击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入一定深度的捶击数来判定土的性质，并对土进行力学分层的一种原位测试方法。
可分为两大类：圆锥动力触探、标准贯入试验5.6.1 圆锥动力触探（一）分类轻型，适用于一般粘性土及素填土、软土；中型，适用于粘性土和粉土；重型，适用于砂土及碎石土；超重型：卵石、砾石类图。
（二）实验设备（1）导向杆（2）自由落锤装置（3）落锤（4）触探杆（5）探头（三）资料整理（1）检查核对现场记录（2）实测击数校正及统计分析（2）绘制曲线（3）根据曲线对地基土进行力学分层（4）计算各土层击数平均值（5）计算动贯入阻力（6）绘制动贯入阻力与深度关系曲线（四）成果应用（1）划分土类或土层剖面（2）确定砂土的物理、力学参数（3）评价单桩承载力（4）评价场地土均匀性、查明土洞、滑动面、软硬土层界面（5）检验地基加固效果4.6.2 标准贯入试验标准贯入试验是用63.5±0.5kg的穿心锤，以76±2.0cm的自由落据，将标准规格的标准贯入器在孔底预打入土中15cm,然后测记再打入30cm的锤击数，并把此锤击数作为标准贯入试验的锤击数N。
（一）使用条件主要适用于一般粘性土、粉土和砂土，不适用于软塑一流塑的软土。
（二）实验设备标准贯入试验除所用探头为对开式贯入器外，其他试验设备与圆锥动力触探相类似。
（三）资料整理（1）检查校对现场记录的锤击数N。
（2）现场锤击数修正。
（四）成果应用（1）确定砂土的密度（2）划分土类或土层剖面（3）确定地基承载力（4）进行饱和砂土和粉土的地震液化势判别（5）确定粘性土的状态和无侧线抗压强度5.7 波速试验5.7.1基本原理依据弹性波在岩土体内的传播理论，测定压缩波、剪切波、或瑞利波在地层中的传播速度，间接推导出岩土体在小应变条件下动力参数的现场岩土测试技术。
5.7.2试验仪器设备（1）激振器（2）检波器（3）放大记录系统5.7.3资料整理（1）波形识别（2）计算激振点与检波点之间的距离，对跨孔法如有偏斜，应对孔距进行校准。
（3）计算压缩波、剪切波和瑞利波的传播速度，其误差应在5%以内（4）计算动剪切模量、动弹性模量和波松比。
（5）绘制计算参数与深度变化的关系曲线。
5.7.4成果应用（1）划分场地土类型（2）根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分建筑场地类别（3）用临界剪切波速经验判别砂土或粉土的地震液化势（4）确定地基刚度（5）地基加固效果检验。
