岩土工程测试技术(第七章)

Cv
MR
Ip
Ip

D4 64
CH 图中所示为在板
头上、下面的剪 切阻力分布。
圆柱体侧面的抗扭矩为
：M1

DH

D 2
Cv
圆柱体底面的抗扭矩为 ：M2
D2 D C
4
3H
D3C
12
H
顶面的抗扭矩为： M 3

12
D3
D13
C H
D, H 为板头的直径和高度。
D1为和十字板头接触处轴 杆的直径(D1 D)
M
M 1M 2
M3
DH

D 2
Cv

6
D3C H
M
MΒιβλιοθήκη 1M2M3
DH

D 2
Cv
Cv
CH
Cu

2M

D2

H


D 3
D3C
6
H
匀速扭转
Jackson(1969) 提出修正公式：
Cu


D3
2M H D


2

与圆柱顶底面剪应力分 布相关的系数
（3）试验设备
十字板剪切试验系统组成： ① 十字板头； ② 传力系统； ③ 加力装置； ④ 测量装置。（机械式和电测试）
室内十字板剪切仪
十字板头规格表 注： D 1: 2
H
（4）十字板剪切试验技术要求
1. 十字板剪切试验点的布置在竖向上的间距可为1m。 2. 十字板头形状宜为矩形，径高比为1:2，板厚宜为 2~3mm。 3. 十字板头插入钻孔底（或套管底部）深度不应小于 孔径或套管直径的3~5倍。 4. 十字板插入至试验深度后，至少应静置2~3min，方 可开始试验。

4．在试验过程中，如由于钻孔直径过大或被测岩土体的弹性区 较大时，可能水量不够，即岩土体仍处在弹性区域内，而施加 压力尚未达到仪器最大压力值，且位移量已达到320mm以上。 此时，如要继续试验，则应进行补水。 5．试验完毕，若准备较长时间不使用仪器，须将仪器内部所有 水排尽，并擦净外表，改放在阴凉、干燥处。
3．注水、排气：打开高压气瓶阀门并调节其上减压器， 使其输出压力为0.15MPa左右。将旁压器竖置于地面，通 过调压控制面板上的阀门，给旁压器和连接的阀门注水。
旋转调压阀手轮，给水箱施加0.15MPa左右的压力， 以水箱盖中的皮膜受力鼓起时为准，以加快注水速度。 直到水上升到目测的“0”位置为止。在此过程中，应不 断晃动拍打导压管和旁压器，以排出管路中滞留的空气。
压剪切模量GM。
EM
2(1
μ)(Vc
V0
Vf 2
)Δp ΔV
GM
μ——土的泊松比；
(Vc
V0
Vf 2
)Δp ΔV
Vc——旁压器的固有体积； V0——与初始压力p0对应的体积； Vf——与临塑压力Pf对应的体积； Δp ——旁压曲线直线段的斜率。
ΔV
第三节 试验的仪器设备
预钻式旁压仪由3部分组成 1.旁压器 2.变形测量系统 3.加压稳压装置 目前国内普遍采用的预钻 式旁压仪有PY型和较新的 PM型。
图7－7 静水压力计算示意图
2．测管水位下降值（或体积）校正公式如下：
S＝Sm－α(pm十pw) V＝Vm－α(pm十pw) S、V——校正后的测管水位下降值（体积）；
Sm 、Vm——实测测管水位下降值（体积）； α——仪器综合变形校正系数，由综合校正曲线查得，
cm/kPa；
其他符号同前。

Rf
fs qc
孔压静力触探探头
贯入装置
加压装置：液压传动式、手摇链条式及电动丝杆式； 反力系统：地锚、重力堆载（物探车）。
量测装置
土层阻力量测是通过量测变形柱的变形计算； 变形柱的变形一般是通过应变片来测量。
（4）静力触探技术要求
触探头应匀速垂直压入土中，贯入速率为1.2m/min； 触探头的测力传感器连同仪器、电缆应进行定期标 定，室内探头标定测力传感器的非线性误差、重复性 误差、滞后误差、温度零漂、归零误差均应小于1%FS （full scale），现场试验归零误差应小于3% ，绝缘电 阻不小于500MΩ 深度记录误差不应大于触探深度的±1% ;
（5）试验成果及应用
动力触探 N H 曲线
按力学性质划分土层
绘制单孔触探锤击数N与H深度的关系曲线，再 结合地质资料对土层进行分层。
注意：采用多孔资料或与钻探及其他原位测试资料 进行综合分析。分析触探曲线时，同样应考虑到曲 线上的超前或滞后现象。
确定砂土、圆砾卵石孔隙比
根据重型动力触探的试验结果可确定砂土、圆 砾、卵石的孔隙比。
（1）试验目的
定性划分不同性质的土层；查明土洞、滑动面和 软硬土层分界面；检验评估地基土加固改良效果。 定量估算地基土层的物理力学参数，如确定砂土 孔隙比、相对密度等以及土的变形和强度的有关参 数，评定天然地基土的承载力和单桩承载力。
（2）试验原理
圆锥动力触探试验中，一般以打入土中一定距 离（贯入度）所需落锤次数（锤击数）来表示探头 在土层中贯入的难易程度。
双桥探头测试结果划分土层类别
评价地基土的强度参数
A 估算饱和黏性土的不排水抗剪强度
Cu
qc 0
NK
原位总得上覆压力

射换能器将脉冲发 射系统输出的电脉冲信号转换成声信号辐射给岩石试样， 接收换能器使岩石试样传播来的声信号转换成电信号，送 入放大器。换能器的种类很多，用于岩石试样的通常用压 电陶瓷晶片做成的压电换能器，专用横波换能器分为切变 振动型、扭转振动型、横波转换型等。 利用扭转振动型换能器测试简便可靠，并有以下优点： 测得的波速值就是岩块试样横波波速值，无频散现象，测 得的波速值与使用的声波频率无关，测量精度高。 接收换能器应具有灵敏度高，频带宽而平坦，指向性 好以及有较大的动态范围等特点。发射换能器应使用机械 品质系数Q值高，额定功率大，电声转换效率高，指向性 好以及非线性失真小的换能器。换能器应有各种不同频率 的规格，以满足不同要求的测试。
二、换能器的工作原理
岩体声波测试所用的换能器种类很多，主要采用压电式换能器。 压电式加速度计是利用正压电效应制成的机—电转换器。当它承 受机械振动时，其输出端能产生与所承受的加速度成比例的电压或电 荷量。与其他振动传感器相比，它具有许多优点，如灵敏度高，频率 范围宽，线性动态范围大，以及重量轻，体积小等。 压电式换能器的结构图及力学模型示于图7.1-1。
1 波形识别 岩块声波速度测试一般采用脉冲超声波法， 能否正确测读声波到达时间，将直接影响到测量 精度，测试工作中应予特别重视。纵波最先到达， 较易识别，但纵波往往能量较小，如信号放大倍 数选择不当，容易引起掉波现象，造成纵波波速 测读不准。而横波是后续波，受到纵波余振及其 他因素的干扰，往往难以准确识别初至波到达时 间，给时间测读带来困难和误差。采用切变振动 和扭转振动模式的专用横波换能器，是测读横波 的一种有效方法。
（a）压电式换能器结构图
（b）力学模型
图7.1-1 压电式换能器及其力学模型
三、波速同介质力学特性参数的关系 岩体不是理想的均质、各向同性介质。但从工 程角度考虑，只要当传播的声波波长与岩体空间尺寸 满足一定条件时，就可以按声波的传播理论得到声波 在岩体中传播速度同岩体力学参数的关系,如式(7.01)～式(7.0-3).