第2章典型室内试验与原位测试技术-new

以剪应力为纵坐标，法向 应力为横坐标，在横坐标轴 以破坏时的（σ1f+σ3f）/2为 圆心，以（σ1f-σ3f）/2为半 径，在τ－σ应力平面上绘 制破损应力圆，并绘制不同 周围压力下破损应力圆的包 线，求出不排水强度参数cu、 φu。
（2）固结不排水剪试验(CU) 固结不排水剪试验(CU)
●主应力差与轴向应变关系曲线同UU试验。 主应力差与轴向应变关系曲线同 试验。 试验 ●以有效应力比为纵坐标，轴向应变为横坐 以有效应力比为纵坐标， 标，绘制有效应力比与轴向应变曲线。 绘制有效应力比与轴向应变曲线。 ●以孔隙水压力为纵坐标，轴向应变为横坐 以孔隙水压力为纵坐标， 标，绘制孔隙水压力与轴向应变关系曲线。 绘制孔隙水压力与轴向应变关系曲线。 ●在τ－σ应力平面上绘制破损应力圆及不 同周围压力下的破损应力圆包线， 同周围压力下的破损应力圆包线，并求出总 应力强度参数、有效内摩擦角和有效粘聚力。 应力强度参数、有效内摩擦角和有效粘聚力。
1、岩土体的波速特点
在岩土体中由人工激发而产生的弹性波主要有纵波(P 在岩土体中由人工激发而产生的弹性波主要有纵波(P 波)、横波(S波)和面波。它们的传播特征一般用波速、振 横波(S波 和面波。它们的传播特征一般用波速、 频率和波形来描述。 幅、频率和波形来描述。 在岩土工程中， 在岩土工程中，常用弹性波的波速来确定岩土体的工程特 其中，纵波(P波 波速最大，横波(S波 次之， 性。其中，纵波(P波)波速最大，横波(S波)次之，但振幅 较大，面波的波速最小，但振幅最大。 较大，面波的波速最小，但振幅最大。 影响波速的主要因素包括： 影响波速的主要因素包括： 岩土体的岩性、岩土体的物理力学性质(弹性模量E 岩土体的岩性、岩土体的物理力学性质(弹性模量E、剪切 模量G 泊松比v 密度ρ 岩石孔隙率等) 模量G、泊松比v、密度ρ、岩石孔隙率等)、岩土体结构特 征与风化程度、岩土体赋存的环境(地下水、地应力、 征与风化程度、岩土体赋存的环境(地下水、地应力、温 以及岩土体的成岩历史或年代等。 度)以及岩土体的成岩历史或年代等。
（3)固结排水剪试验(CD) 固结排水剪试验(CD) 相关各种曲线，同以上UU试验和 试验 试验和CU试验。 相关各种曲线，同以上UU试验和CU试验。
二、静载荷试验
1、试验方法与目的
选择拟建建筑场地，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。 静力载荷试验可用于下列目的： （1）确定地基土的临塑荷载P0、极限荷载Pu，为评定地基土的承 载力提供依据； （2）估算地基土的变形模量E0、不排水抗剪强度Cu和基床反力系 数K。
1、土三轴压缩试验种类 ◆不固结不排水剪试验(UU) 不固结不排水剪试验 ◆固结不排水剪试验(CU) 固结不排水剪试验 ◆固结排水剪试验(CD)。 固结排水剪试验 。
2、土三轴压缩试验方法与特点
3、资料整理与指标确定 （1)不固结不排水剪试验 不固结不排水剪试验 (UU)
以主应力差为纵坐标，轴 向应变为横坐标，绘制主应力差 与轴向应变关系曲线，取曲线上 主应力差的峰值作为破坏点，无 峰值时取15％轴向应变时的主应 力差值作为破坏点。
典型的波速测试曲线
初至S波 初至P波
正向敲击
反向敲击
◆常见岩土体波速
◆常见岩土体波速
◆波速与岩土体介质的物理力学参数的关系
Vp =
Vs =
E (1 − v ) ρ (1 + v )(1 − 2v )
E G = 2 ρ (1 + v ) ρ
式中 E——杨氏模量(kPa)； ——杨氏模量(kPa)； 杨氏模量(kPa) G——剪切模量(kPa)； ——剪切模量(kPa)； 剪切模量(kPa) ——泊松比 泊松比； ν——泊松比； ——密度 密度(t/m ρ——密度(t/m3)； ——纵波波速(m/s)； 纵波波速(m/s) Vp——纵波波速(m/s)； ——横波波速(m/s)。 横波波速(m/s) Vs——横波波速(m/s)。
2、岩土体波速测试的基本方法
3、单孔法波速测试
单孔法是在一个垂直的钻孔中进行波速测试的方法， 单孔法是在一个垂直的钻孔中进行波速测试的方法， 振源可在地表，也可在孔中。 振源可在地表，也可在孔中。 按振源和接收器在孔中的相对位置，又可分为四个方法 按振源和接收器在孔中的相对位置， （1）地表激发孔中接收法 （2）孔中激发地表接收法 （3）孔中激发孔中接收法 （4）孔底法
5、案例分析 某工程实测数据， 某工程实测数据，在稍密的砂层中作浅层平板载 荷试验，承压板方形，面积 平米 平米， 荷试验，承压板方形，面积0.5平米，各级荷载和对 应的沉降量如下表所示。 应的沉降量如下表所示。
确定砂层地基承载力特征值。 确定砂层地基承载力特征值。
荷载— 荷载—沉降量曲线
三、波速测试
4、浅层平板载荷试验要点
中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》 （GB 50007－2002），规定了浅层平板载荷试验的要点， 具体内容为： C.0.1 地基土浅层平扳载荷试验可适用于确定浅部地基 土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力。承压板面 积不应小于0.25m2，对于软土不应小于0.5m2。 C.0.2 试验基坑宽度不应小于承压板宽度或直径的三倍。 应保持试验土层的原状结构和天然湿度。宜在拟试压表面 用粗砂或中砂层找平，其厚度不超过20mm。 C.0.3 加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计 要求的两倍。 C.0.4 每级加载后，按间隔10、10、10、15、15min，以 后为每隔半小时测读一次沉降量，当在连续两小时内，每 小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一 级荷载。
岩土工程测试、监测 岩土工程测试、 与检测技术
姚爱军
北京工业大学
主要章节
第1章 岩土工程测试、监测、检测技术概述 岩土工程测试、监测、 第2章 典型室内实验与原位测试技术 第3章 高、低应变检测基桩 第4章 探地雷达无损检测技术 第5章 点荷载仪的应用 第6章 滑动测微计的应用 第7章 基坑监测工程实例（一） 基坑监测工程实例（ 第8章 基坑监测工程实例（二） 基坑监测工程实例（
4、浅层平板载荷试验要点
C.0.5 当出现下列情况之一时，即可终止加载： 1 承压板周围的土明显地侧向挤出； 2 沉降s急剧增大，荷载一沉降(p-s)曲线出现陡降段； 3 在某一级荷载下，24小时内沉降速率不能达到稳定； 4 沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。 当满足前三种情况之一时，其对应的前一级荷载定为极限 荷载。
2、试验装置
载荷试验的装置 承压扳、加荷装置 由承压扳 加荷装置 承压扳 及沉降观测装置 沉降观测装置等部 沉降观测装置 分组成。 其中，承压板一 般为方形或圆形板； 加荷装置包括压力源、 载荷台架或反力架； 沉降观测装置有百分 表、沉降传感器和水 准仪等。
静载荷试验
桩的静载荷试验
3、试验结果
◆简单的公式
分析仪
重锤 触发传感器 击振板
钻孔
三分量检波器
◆主要装置 (1)弹性波激发装置 振源） 弹性波激发装置（ (1)弹性波激发装置（振源） (2)弹性波接收装置 检波器或拾振器) 弹性波接收装置( (2)弹性波接收装置(检波器或拾振器) (3)记录分析仪 (3)记录分析仪
① 气囊式井中三分量检波器：
静力载荷试验得到压力p(kPa)与相应的 土体稳定沉降量s(mm)之间的关系曲线 ,即p-s 曲线，一般可划分为三个阶段。 阶段：直线变形阶段,或压密阶段。从原点 第1阶段：直线变形阶段,或压密阶段 到比例界限压力p0(亦称临塑压力 临塑压力)。土体变形 临塑压力 主要由于土中孔隙的减少引起，土颗粒主要是 竖向变位，且随时间渐趋稳定而土体压密。 阶段：局部剪切阶段。 第2阶段：局部剪切阶段。从临塑压力p0到极 极 限压力pu。这个阶段除土体的压密外，在承压 板边缘已有小范围土体发生剪切破坏，土体的 变形由土中孔隙的压缩和土颗粒剪切移动同时 引起，土粒同时发生竖向和侧向变位。 阶段：破坏阶段。 第3阶段：破坏阶段。极限压力pu以后，沉降 急剧增加。这一阶段的显著特点是，即使不施 加荷载，承压板也不断下沉，同时土中形成连 续的滑动面，土从承压板下挤出,发生隆起及 环状或放射状裂隙。
第 2章 典型室内试验与原位测试技术
一、土的三轴试验
土的三轴压缩试验是实验室内测定土的抗 剪强度的最重要的方法，适用于测定细粒土和 剪强度的最重要的方法，适用于测定细粒土和 粒径小于20mm的粗粒土的抗剪强度参数c、φ 的粗粒土的抗剪强度参数 、 粒径小于 的粗粒土的抗剪强度参数 值、有效强度参数c′、φ′值、孔隙水压力系数 有效强度参数 、 值 及控制不同排水条件的试验。 及控制不同排水条件的试验。
通过充气管给气囊 充气使检波器与钻孔壁 紧密接触藕合，藕合情 况的好坏，对采集波形 的影响很大。采用这种 检波器可以任意选择是 从钻孔底往钻孔口测试 还是从钻孔口往钻孔底 测试。
② 杠Leabharlann Baidu式井中三分量检波器：
通过电池给电磁铁 通电吸合杠杆，将检波 器放入钻孔中，断开电 池使杠杆弹开与钻孔壁 紧密接触藕合。由于断 开电池后无法将杠杆再 次吸合，因此采用这种 检波器只能选择从钻孔 底往钻孔口测试。
工程岩土体是一种非连续的、非 工程岩土体是一种非连续的、 均质、各向异性的地质体， 均质、各向异性的地质体，受各种结 构面切割， 构面切割，岩土体的力学性质具明显 的非线性特征。 的非线性特征。在岩土体中由人工激 发产生的弹性波的传播， 发产生的弹性波的传播，受这些特点 的影响，将表现出不同的波动特征。 的影响，将表现出不同的波动特征。
4、浅层平板载荷试验要点
C.0.6 承载力特征值的确定应符合下列规定： 1 当p-s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷 载值； 2 当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极 限荷载值的一半； 3 当不能按上述二款要求确定时，当压板面积为 0.25~0.50m2 ，可取s/b=0.01~0.15所对应的荷载，但其值 不应大于最大加载量的一半。 C.0.7 同一土层参加统计的试验点不应少于三点，当试 验实测值的极差不超过其平均值的30％时，取此平均值作 为该土层的地基承载力特征值fak。
◆测试要点与资料分析
（1）在测试场地选定测试孔，钻孔至预定深度，要求钻孔垂直。 （2）在距孔1～3m处放置长度2～3m的木板(宽300～400mm、厚40～ 60mm)，与地面贴紧，上压400kg以上重物，木板长向中垂线通过孔口 中心。测记木板中心高程、孔口高程和距离； （3）结合地层结构布置测点，测点垂直间距一般以1～3m为宜，层 位变化处加密，并宜自下而上逐点测试。要求每层均有测点，且测点 宜设在层的顶部或底部，土层厚度小于1m时可忽略，大于4m时须增加 测点； （4）将检波器固定在孔内不同深度处，记时触发检波器应置于木板 中心边侧。 （5）激发。连接好记录分析仪，用重锤沿板纵轴从两个相反方向水 平敲击板端，产生正、反向水平剪切波，记录波形； （6）检查记录的波形，要求信号波形清晰，初至基本重合且剪切 波信号相反，则记录有效，否则重新测试直至正常。
◆剪切波震相确认
触发信号 零时刻
S波初至 时刻
ts
横波走时
孔口
震源
◆单孔法资料分析
hi − hi −1 Vsi = i −1 h j − h j −1 ti cosθi − ∑ Vsj j =1
式中，Vsi、Vsj——分别为第i层和 ——分别为第 式中， 层的平均剪切波速(m/s) (m/s)； 第j层的平均剪切波速(m/s)； ——分别为第 hi、hj——分别为第i和第j个测点的 深度(m) (m)， 深度(m)，h0＝0； ——第 个测点深度的走时(s) (s)； ti——第i个测点深度的走时(s)； ——第 θi——第i个测点深度到激发点连 线与钻孔轴线的夹角( 线与钻孔轴线的夹角(°)。