原位测试教程

0.1 原位测试技术

岩土工程：“根据建设工程的要求，查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动。”岩土工程勘察所采用的方法和手段较多，主要有勘探（包括钻探、井探、槽探、坑探、洞探、物探、触探等）、原位测试和室内试验等。

原位测试： 从广义上讲，包括原位检测和原位试验两部分，即指在被测试对象的原始位置，在不破坏、不扰动或少扰动被测试或检测对象原有（天然）状态的情况下，通过试验手段测定特定的指标，进而评价被测试对象阶性能和状态。

从狭义上讲，原位测试是指利用一定的试验手段在天然状态（天然应力、天然结构和天然含水量）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。

0.2 原位测试方法

载荷试验、静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、现场直接剪切试验、波速测试、岩体原位应力测试和激振法测试。

0.3 原位测试优缺点

项目 原 位 测 试 室 内 试 验

试验

对象 1．测定土体范围大，能反映微观、宏观结构对土性的影响，代表性好；

2．对难以取样的土层仍能试验；

3．对试验土层基本不扰动或少扰动；

4．有的能给出连续的土性变化剖面，可用以确定分层界线；

5．测试土体边界条件不明显 1．试样尺寸小，不能反映宏观结构、非均质性对土性的影响，代表性较差；

2．对难以或无法取样的土层无法试验，只能人工制备土样进行试验；

3．无法避免钻进取样对土样的扰动；

4．只能对有限的若干点取样试验，点间土样变化是推测的；

5．试验土样边界条件明显

应力

条件 1．基本上在原位应力条件下试验；

2．试验应力路径无法很好控制；

3．排水条件不能很好控制； 1．在明确、可控制的应力条件下试验；

2．试验应力路径可以事先预定；

3．能严格控制排水4．试验时应力条件有局限性 条件；

4．可模拟各种应力条件进行试验

应变

条件 1．应变场不均匀；

2．应变速率一般大于实际工程条件下的应变速率 1．试样内应变场比较均匀；

2．可以控制应变速率

岩土

参数 反映实际状态下的基本特性 反映取样点上，在室内控制条件下的特性

试验

周期 周期短，效率高 周期较长，效率较低

1载荷试验

1.1 概述

1.1.1 载荷试验方法

载荷试验（P1ate Load Test，简称PLT）：是在现场通过一定面积的刚性承压板向地基逐级施加荷载，测定天然地基、单桩或复合地基的沉降随荷载的变化，借以确定地基土的承载能力和变形特征的现场试验。

1.1.2 载荷试验分类

按试验对象划分：一般载荷试验、复合地基载荷试验和桩载荷试验（包括竖向和水平载荷试验）

按加荷性质划分：静力载荷试验和动力载荷试验

按承压板形状划分：平板载荷试验和螺旋板载荷试验

按试验深度划分：浅层载荷试验和深层板载荷试验

1.1.3 载荷试验的适用条件

浅层平板载荷试验

：适用于地表浅层地基土（包括各种填土和碎石土）

深层平板载荷试验

适用于埋深等于或大于3.0m和地下水位以上的地基土

螺旋板载荷试验

适用于深层地基或地下水位以下的土层

1.1.4 载荷试验的优点

对地基土不产生扰动，确定地基承载力最可靠、最具代表性，可直接用于工程设计，还可用于预估建筑物的沉降量，对大型工程、重要建筑物，载荷试验一般不可少，是世界各国用以确定地基承载力的最主要方法，也是比较其它原位测试成果的基础。

1.3 浅层平板静力载荷试验的仪器设备

 承压板 、加荷系统、反力系统 、量测系统

 试验终止条件

载荷试验一般应尽可能加荷到试验土层破坏，然后终止试验。当出现下列4种情况之一时，认为地基已达到破坏阶段，可终止试验：

（1）承压板周边的土体出现明显侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；

（2）本级荷载的沉降量急剧增大（大于前级荷载沉降量的5倍），p-s曲线出现陡降段；

（3）在某级荷载下24h沉降速率不能达到相对稳定标准；

（4）总沉降量与承压板直径（或宽度）之比超过0.06。

1.6 浅层平板静力载荷试验的试验成果应用

 确定地基土的承载力

确定地基土的变形模量

估算地基土的不排水抗剪强度cu

1.7 螺旋板载荷试验简介

将一螺旋形承压板旋入地下试验深度，通过传力杆对螺旋板施加荷载，观测螺旋板的沉降，以获得荷载—沉降—时间关系，然后根据理论公式或经验关系式获得地基土参数的一种现场测试技术。通过螺旋板试验可以确定地基土的承载力、变形模量、基床系数和固结系数等参数。

2 静力触探试验

2.1 概述

静力触探试验—Static

Cone Penetration Test(简称CPT) 是通过一系列探杆用准静力将一个内部装有传感器的触探头匀速压入到土中，同时测记贯入过程中探头所受到的阻力，根据测得的贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的现场试验方法。

适用土层：适应于软土、一般粘性土、粉土、砂类土和含有少量碎石的土层。

优点：具有快速、准确、省时、省力、清洁、经济等优点，而且可连续获得地层的强度和其他方面的信息，不受取样扰动等人为因素的影响。这对于地层变化较大的复杂场地以及不易取得原状土样的饱和砂土、砂质粉土和高灵敏性软土地层的勘察，具有独特的优越性。

缺点：不能直接识别土层，对碎石类土和密实的砂层难以贯入，有时需钻探与其配合才能完成工程地质勘察任务。

2.2 仪器设备

贯入装置

液压式静力触探机，手摇链条式静力触探机 ，电动机械式静力触探机

探头（地层阻力传感器）

单桥探头（ps）、双桥探头（qc， fs ）

多用探头 （孔压、波速、旁压触探头，还有能测温、测斜、测地磁、土壤电阻或pH值等的探头 ）

量测仪表

电阻应变仪（数字式），自动记录仪（电子电位差） ，数据采集仪（微电脑）

2.3 静力触探试验工作原理

主要采用电阻应变式测试技术，应用虎克定律、电阻定律和电桥原理。

其工作原理是地层阻力变化→空心柱变形→电阻应变片变形、电阻阻值变化→电压变化→量测仪表放大、显示、储存。

2.6 影响因素

 贯入速率

一般情况下，贯入阻力随贯入速率的增加而增大，但在一定速率范围之内这种影响较小，标准贯入速率为1.2m/min，允许变化范围在±25%之内。

 探头结构型式与尺寸

要是单、双桥探头的结构及双桥探头的几何形状和尺寸不同，影响贯入阻力值。对于双桥探头，侧壁摩擦筒长度增大，qc增大，fs减小；摩擦筒与探杆外径小于探头底面直径时，测得的qc偏小。

随着探头底面积的增加，贯入阻力减小，但引起的尺寸效应不是很大。

 临界深度

开始贯入时，qc和fs随深度增加而增加，到一定深度后，qc和fs均达到极限值，不再增加或增加不明显，该深度即为临界深度。临界深度随土的密实度和探头直径的增大而增大。一般情况下，fs的临界深度比qc的要小。

 孔隙水压力

饱和土体中，探头在贯入时会引起土体中孔隙水压力的变化，超孔压的产生对土强度和静探试验指标是有影响的，其影响程度因土的排水条件和贯入速率而异。 一般认为，贯入速率20 mm/s还不是完全不排水条件；5mm/s的贯入速率相当于排水条件；50 mm/s的贯入速率相当于不排水条件。

 温度的影响

静力触探所用的传感器多属电阻应变式的，温度的变化会产生电阻值的变化，进而产生零位漂移。产生温度变化的原因有：（1）标定时的温度与地温的差异；（2）量测时应变片通电时间过长，会产生电阻热；（3）贯入过程中与土（特别是砂）摩擦产生的热；（4）传感器反复变形产生的应力热。

 探孔（探头）的偏斜

探孔或探头的偏斜会对试验结果造成两方面的影响：一是贯入探杆的长度无法反映实际贯入深度，分层界线不准，使土层变厚及埋深增大；二是探头的倾斜也会使测得的土层阻力严重失真。

2.7 试验成果应用

（1） 划分土层、确定土的类别

根据静探曲线的形态，利用qc并结合Rf，划分纯净的砂层和厚层土的类别较容易可靠。

双桥探头可同时获得qc和fs，且不同土层的qc和Rf值很少一样，例如，砂的qc值一般很大，Rf通常小于或等于1%；均质粘性土qc一般较小，而Rf常大于2%。

（2）确定地基土的承载力特征值（fak）

主要利用经验公式来确定地基土的承载力特征值，不同地区不同土类所采用的经验公式不一样。

（3）估算单桩的承载力

（4）砂土液化判别

饱和砂土液化临界比贯入阻力ps’的计算公式：

当实测砂土的比贯入阻力小于按上式计算的临界值时，判为液化；反之，判为不液化。

5）其它应用

确定土的变形参数、粘性土的不排水强度、检验地基处理质量（主要是检验压实填土的密度和均匀程度）、判定土质滑坡的滑动面、土洞和冻融土强度等。

对有些土层，特别是软粘土和有机土，侧壁摩擦对击数影响较大。而对中密—密实的砂土，尤其在地下水位以上，由于探头直径比探杆直径稍大，侧壁摩擦是可以忽略的。

一般情况，重型动力触探深度小于15m、超重型动力触探深度小于20 m时，可以不考虑杆侧摩擦的影响。如缺乏经验，应采取措施消除侧摩擦的影响（如用泥浆），或用泥浆与不用泥浆进行对比试验来认识杆侧摩擦的影响。

 上覆土压力的影响

对于一定相对密度Dr的砂土，上覆压力对动探试验结果存在一个“临界深度”，并且临界深度随着相对密度和探头直径的增加而增大。

 地下水的影响

地下水位对击数与土的力学性质的关系没有影响，但对击数与土的物理性质（砂土孔隙比）的关系有影响，故应记录地下水位埋深。

另外，在粘性土中出现贯入间歇会使侧摩阻力增大；在砂土、碎石土中，锤击速率对其影响不大，可采用每分钟60击

3.7 成果应用

评定地基土的状态或密实程度

确定地基土的承载力

其他应用：确定地基土的变形指标，估算单桩承载力

4 标准贯入试验

4.1 概述

 试验方法

标准贯入试验（Standard

Penetration Test，缩写为SPT）是一种在现场用63.5kg的穿心锤，以76cm的落距自由落下，将一定规格的带有小型取土筒的标准贯入器（对开管式贯入器）打入土中，记录打入30 cm的锤击数（即标贯击数N），并以此评价土的工程性质的原位试验。

标贯试验简称为标贯试验，属于一种特殊的动力触探试验。

 适用土层

适用于砂土、粉土和一般粘性土，对碎石土和软土不适用。

 优点

标准贯入试验操作简单，可对土层进行直接观察。

 缺点

离散性比较大，只能粗略地评定土的工程性质

不能连续贯入 2065.01205.010wussddPP