土工試驗 平板靜載荷實驗

1、自強、弘毅、求是、拓新 巖土工程試驗與檢測 平板靜載荷試驗 匯報人:江衛(wèi)華 學生號:2015202100026自強、弘毅、求是、拓新 主要內容LOREMBLOREMA注意事項6影響因素及試驗誤差5試驗成果的應用8試驗成果整理7試驗方法4試驗設備與用途3基本原理2概述1自強、弘毅、求是、拓新 一概一概 述述 平板荷載試驗是一項使用最早、應用最廣泛的原位試驗方法，該試驗是在一定尺寸的剛性承壓板上分級施加荷載，觀測各級荷載作用下天然地基土隨壓力和變形的原位試驗，它可用于：根據(jù)荷載-沉降關系線(曲線)確定地基力的承載力；設計土的變形模量；估算土的不排水抗剪強度及極限填土高度。 平板載荷試驗可分為淺層平

2、板載荷試驗、深層平板載荷試驗。（1）淺層平板載荷試驗適用于淺部地基土承壓板下應力主要影響范圍內承載力的確定。 這里所說板下應力主要影響范圍與承壓板直徑或寬度有關，一般可認為其影響深度在3m內，且在地下水位上。（2）深層平板載荷試驗適用于深部土層（包括軟巖、極軟巖）及大直徑樁端土層在承壓板下應力主要影響范圍內承載力的確定。所謂深部一般是指埋深等于或大于3m,且在地下水位以下。 自強、弘毅、求是、拓新 二二 基本原理基本原理 在擬建建筑物場地上將一定尺寸和幾何形狀（圓形或方形）的剛性板，安放在被測的地基持力層上，逐級增加荷載，并測得每一級荷載下的穩(wěn)定沉降，直至達到地基破壞標準，由此可得到荷載（p）

3、沉降（s）曲線（即ps曲線）。典型的平板載荷試驗ps曲線可劃分為三個階段： （1）直線變形階段：ps曲線為直線段（線性關系），對應于此段的最大壓力p0，稱為比例界限壓力（也稱為臨塑壓力），土體以壓縮變形為主。（2）剪切變形階段：當壓力超過p0，但小于極限壓力pu時，壓縮變形所占比例逐漸減少，而剪切變形逐漸增加，ps線由直線變?yōu)榍€，曲線斜率逐漸增大。（3）破壞階段：當荷載大于極限壓力pu時，即使維持荷載不變，沉降也會急劇增大，始終達不到穩(wěn)定標準。自強、弘毅、求是、拓新 二二 基本原理基本原理自強、弘毅、求是、拓新 直線變形階段：受荷土體中任意點產生的剪應力小于土體的抗剪強度，土的變形主要由土中

4、空隙的壓縮引起，并隨時間趨于穩(wěn)定?？梢杂脧椥岳碚撨M行分析。 剪切變形階段：土體除了豎向壓縮變形之外，在承壓板的邊緣已有小范圍內土體承受的剪應力達到或超過了土的抗剪強度，并開始向周圍土體發(fā)展。此階段土體的變形主要由壓縮變形和土粒剪切變形共同引起。可以用彈塑性理論進行分析。 破壞階段：即使荷載不再增加，承壓板仍會不斷下沉，土體內部開始形成連續(xù)的滑動面，承壓板周圍土體面上各點的剪應力均達到或超過土體的抗剪強度。 二二 基本原理基本原理自強、弘毅、求是、拓新 （1）一般地基土承載力設計的取值接近于比例界限。因此淺層平板載荷試驗可按剛性平板作用于均質土各向同性半無限彈性介質表面，由彈性理論可得 載荷試驗

5、的變形模量（無側限）（kpa）； 剛性承壓板形狀系數(shù)，圓形板取0.785；方形板取0.886； 土的泊松比：碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉質黏土取0.38，黏土取0.42，不排水飽和粘性土取0.50； 承壓板直徑或邊長（m）； 曲線線性段承壓板下單位面積的壓力（kpa）； 與對應的沉降量(mm)。sdPIE)1 (2000E0Idps二二 基本原理基本原理自強、弘毅、求是、拓新 （2）對于深層平板載荷試驗，可按剛性圓形壓板作用于均質土各向同性半無限彈性介質內部，由彈性理論可得式 與試驗深度和土類有關的系數(shù)。 深度載荷試驗計算 系數(shù)的取值sdPE0 土類d/z碎石土砂土粉土

6、粉質黏土黏土0.300.4770.4890.4910.5150.5240.250.4690.4800.4820.5060.5140.200.4600.4710.4740.4970.5050.150.4440.4540.4570.4790.4870.100.4350.4460.4480.4700.4780.050.4270.4370.4390.4610.4680.010.4180.4290.4310.4520.459二二 基本原理基本原理自強、弘毅、求是、拓新 平板載荷試驗的常用設備包括四部分： （1）承壓板 （2）加荷系統(tǒng) （3）反力系統(tǒng) （4）量測系統(tǒng)三三 試驗設備與用途試驗設備與用途自強、

7、弘毅、求是、拓新 各部分的主要功能：加荷系統(tǒng)控制并穩(wěn)定加荷的大小，通過反力系統(tǒng)反作用于承壓板，承壓板將荷載均勻傳遞給地基土，地基土的變形由觀測系統(tǒng)測定。 1）承壓板的基本要求：u 材質要求：承壓板可用混凝土、鋼筋混凝土、鋼板、鑄鐵板等制成，多以肋板加固的鋼板為主。u 剛度要求：具有足夠的剛度，不破損、不撓曲，壓板底部光平，尺寸和傳力重心準確，搬運和安置方便。u 形狀要求：可加工成正方形或圓形，其中圓形壓板受力條件較好，使用最多。三三 試驗設備與用途試驗設備與用途自強、弘毅、求是、拓新 2）承壓板的尺寸：u對于淺層平板載荷試驗，承壓板尺寸不應小于0.25m2。u對均質密實的土，可采用0.1m2。

8、u對軟土和人工填土，不應小于0.5m2，可以更大一些。u 對于深層平板載荷試驗，宜選用0.5m2或直徑80cm。u對于巖石地基，承壓板面積可用0.070.1m2。u對于碎石類土，承壓板直徑或邊長應大于碎石或卵石最大直徑的10倍。、3）承壓板試坑大小：u淺層平板載荷試驗試坑的寬度至少應等于承壓板邊長或直徑的3倍；u深層平板載荷試驗試坑的寬度至少應等于承壓板邊長或直徑。三三 試驗設備與用途試驗設備與用途自強、弘毅、求是、拓新 加荷系統(tǒng)：加荷系統(tǒng)是指通過承壓板對地基施加荷載的裝置，主要有：堆重加荷裝置和千斤頂加荷裝置兩種。 1）堆重加荷裝置 一般將砂袋、砌塊、鋼錠等重物，依次對稱置放在加荷臺上，逐級

9、加荷。加荷操作要細心，對稱放置，不要偏壓。此類裝置費時費力且控制困難，但荷載穩(wěn)定。三三 試驗設備與用途試驗設備與用途自強、弘毅、求是、拓新 2）千斤頂加荷裝置 根據(jù)試驗要求，采用不同規(guī)格的手動液壓千斤頂加荷，并配備不同量程的壓力表或測力計控制加荷值。千斤頂可采用一個或多個。要注意加荷穩(wěn)定，避免沖擊荷載。反力系統(tǒng)：反力系統(tǒng)： 除堆重加荷方外，其他加荷系統(tǒng)都必須與反力系統(tǒng)相配合。反力系統(tǒng)主要有：錨固式、撐壁式和平洞式三種。三三 試驗設備與用途試驗設備與用途自強、弘毅、求是、拓新 量測系統(tǒng)量測系統(tǒng)：量測系統(tǒng)包括：基準梁，位移計，磁性表座，油壓表（測力環(huán)）。機械類位移計可采用百分表，其最小刻度0.01

10、mm，量程一般為530mm，為常用儀表。電子類位移計一般具有量程大、無人為讀數(shù)誤差等特點，可以實現(xiàn)自動記錄和繪圖。油壓表一般為機械式，人工測讀。三三 試驗設備與用途試驗設備與用途自強、弘毅、求是、拓新 （1）試驗設備的安裝a打地錨：一般4根或6根對稱布置，應全部進入較硬的地層，以提供較大的反力。b挖試坑：大于承壓板尺寸的3倍，并挖至試驗深度。c放置承壓板：在試坑中心位置，鋪設厚度不超過20mm的砂墊層并找平，小心平放承壓板，防止歪斜著地。 d加壓系統(tǒng)的安裝：以承壓板為中心，從上至下在承壓板上依次安裝千斤頂、測力計和分力帽，使其重心保持在一條垂直直線上。 e反力系統(tǒng)的安裝：通過連接件將次梁安裝在

11、地錨上，以承壓板為中心將主梁通過連接件安裝在次梁下，形成完整的反力系統(tǒng)。 f量測元件的安裝：打設支撐柱，安裝基準梁，固定位移傳感器、百分表，形成完整的位移沉降量測系統(tǒng)。 四四 試驗方法試驗方法自強、弘毅、求是、拓新 （2）操作步驟對于每一級荷載，其操作步驟均可分為4步：a加載操作：第一級加載應考慮設備的重量和挖掉土的自重，因此，要事先標定或計算預壓荷載與相應油壓表讀數(shù)或測力計百分表讀數(shù)之間的關系。b穩(wěn)壓操作：每級荷載下都必須保持穩(wěn)壓，在試驗過程中由于某些原因會使荷載減小，必須隨時觀察油壓表的讀數(shù)，并通過千斤頂不斷補壓，使施加的荷載保持相對穩(wěn)定。c沉降觀測：按照試驗沉降觀測技術要求進行讀數(shù)。d試

12、驗記錄：在試驗過程中必須始終按照規(guī)定將每一級荷載觀測數(shù)據(jù)記錄在載荷試驗記錄表中。四四 試驗方法試驗方法自強、弘毅、求是、拓新 （3）加載方式及沉降觀測 a慢速法：分級加荷按等荷載增量均衡施加，荷載增量按預估的極限荷載等分為1012級（不少于8級），或為臨塑荷載的1/4或1/5。對每級荷載，自加荷開始按時間間隔5min、5 min、10 min、10 min、15 min、15 min 測讀一次沉降，以后間隔30 min測讀一次沉降，當連續(xù)2小時內每小時沉降量不超過0.1mm，或連續(xù)1小時內每30 min沉降量不超過0.05mm，可以認為沉降已達到穩(wěn)定標準，可施加下一級荷載。 b快速法：分級加荷

13、等級與慢速法相同，但每一級荷載按間隔15min觀測一次沉降，每級荷載持續(xù)2小時，即可施加下一級荷載。 c等沉降速率法：控制承壓板以一定的沉降速率沉降，測讀與沉降相應的所施加的荷載，直到試驗達到破壞狀態(tài)。 四四 試驗方法試驗方法自強、弘毅、求是、拓新 （4）試驗終止條件 試驗結束標準：一般認為，當出現(xiàn)下列情況之一時，可認為地基已達破壞階段，可終止試驗：p1）承壓板周圍巖土出現(xiàn)明顯側向擠出現(xiàn)象，周邊巖土出現(xiàn)明顯隆起或徑向裂縫持續(xù)發(fā)展。p2）本級荷載的沉降量大于前一級荷載沉降量的5倍，荷載沉降(p-S)曲線出現(xiàn)明顯陡降。p 3）在荷載不變條件下，24小時沉降速率幾乎不變或加速發(fā)展（不能達到穩(wěn)定狀態(tài)）

14、；p4）淺層載荷試驗的總沉降量S與承壓板寬度b或直徑d之比已大于0.060.08；深層載荷試驗用S/d=0.04。p5）當達不到極限荷載時，最大壓力已達到預期設計荷載的2倍或超過p-S曲線第一拐點至少三級荷載，其對應的前一級荷載即定位極限荷載。四四 試驗方法試驗方法自強、弘毅、求是、拓新 載荷試驗的影響因素： 1）預壓與荷載分級u 正式載荷試驗之前的預置壓力，應該等于承壓板處的上覆土層的有效應力；預壓小于該應力，可能低估極限承載力；預壓大于該應力，可能高估極限承載力。u 按照最大加荷量的1/101/12進行分級，則不同的分級方式得到的極限承載力可能不同。2）加荷間歇時間與讀數(shù)時間間隔u 加荷速

15、度的各級荷載之間時間間隔的長短、同一荷載不同讀數(shù)時間間隔的長短等等都會對極限承載力有一定的影響。五五 影響因素與試驗誤差影響因素與試驗誤差自強、弘毅、求是、拓新 3）加荷方法與荷載穩(wěn)定性u 通?？焖俜ㄒ嚷侔l(fā)測得的地基承載力高u由于土層具有松弛特性，使得手工施加荷載時，荷載的穩(wěn)定性較差，如果荷載變化大，則可能低估極限承載力。4）反力方式的影響u 不同的反力方式對試驗結果也有一定的影響。如果錨樁或堆載支撐離承壓板較近，可能使承壓板附近土層受到擾動，從而使極限承載力降低。u 基準梁放置位置離承壓板較近，則可能降低承壓板上百分表的位移讀數(shù)，從而增加極限承載力。五五 影響因素與試驗誤差影響因素與試驗

16、誤差自強、弘毅、求是、拓新 5）承壓板剛度的影響壓板的剛度會對地基反力的分布產生顯著的影響。當壓板的剛度有限時，在中心荷載的作用下，基底壓力視壓板剛度而又不同的分布特征。6）承壓板的尺寸效應n 承壓板的尺寸一般較小，其影響深度也是有限的。一般認為，平板載荷試驗只能反映2倍壓板寬度的深度以內的土性。所以，壓板試驗的壓板尺寸也不宜過小。特別是當場地內含有軟弱下臥層時。n 由試驗得出的ps曲線具有模型試驗的特征，決不能代表基礎的荷載與沉降之間的關系，所求得的變形模量也決不能盲目地用于整個壓縮層。五五 影響因素與試驗誤差影響因素與試驗誤差自強、弘毅、求是、拓新 注意事項：1）儀器安裝一定要仔細，千斤頂

17、、測力計、承壓板等一定要在一條軸線上；2）加壓時一定要均勻，避免用力過猛。加壓過程中要隨時觀察，有無傾斜過大、地錨拔出等現(xiàn)象；3）不要超負荷加壓，以免損壞儀器。有問題應及時找指導老師解決；4）注意實驗過程中的安全。六六 注意事項注意事項自強、弘毅、求是、拓新 試驗資料整理是試驗結束后最重要的一項工作，其中沉降觀測記錄是最重要的原始資料，不僅記錄了沉降，還記錄了荷載等級和其他與荷載試驗相關的信息，如承壓板形狀、尺寸、荷載點試驗深度、土性等等。1）原始數(shù)據(jù)的計算復核對位于承壓板上百分表的現(xiàn)場記錄讀數(shù)，求取其平均值，計算出各級荷載下各觀測時間的累計沉降量，對于監(jiān)測地面位移的百分表，分別計算出各地面百

18、分表的累計升降量。經確認無誤后，可以繪制所需要的各種實測曲線，供進一步分析之用。2）異常數(shù)據(jù)處理 所謂異常數(shù)據(jù)是指背離這一規(guī)律性的數(shù)據(jù)。在資料分析階段發(fā)現(xiàn)個別點據(jù)異常時，只要不對結果的判釋有太大的影響，可以將其舍去。 七七 試驗成果整理試驗成果整理 自強、弘毅、求是、拓新 若測試中的異常點過多，則該次試驗為不合格，應重新進行試驗。3）繪制曲線 包括分級累加荷載p-s曲線（荷載沉降曲線）、每一級荷載下的st曲線。p-s曲線 七七 試驗成果整理試驗成果整理 自強、弘毅、求是、拓新 4）p-s曲線的修正 圖解法 如果開始的一些觀測點基本在一條直線上，只是不通過原點，表明試驗存在一定的系統(tǒng)誤差?？蓪⑶?/p>

19、線上的各點沿s軸進行坐標平移s0，使它通過原點即可。如圖 最小二乘擬合法 對于有明顯直線段和拐點的p-s曲線，可以通過最小二乘法擬合出最佳回歸直線方程式。 七七 試驗成果整理試驗成果整理 自強、弘毅、求是、拓新 5）比例界限p0的確定比例界限p0的確定方法有以下幾種：（1）當p-s曲線上有較明顯的直線段和拐點時，直接取直線段的終點為比例界限壓力p0，并取該比例界限壓力所對應的荷載作為地基土的承載力特征值。（2）當p-s曲線上無明顯直線段時，可用下述方法確定：a在某一荷載下，其沉降量超過前一級荷載下沉降量的2倍，即sn2sn-1的點所對應的壓力即為比例界限。b繪制lgp-lgs曲線，曲線上的轉折

20、點所對應的壓力即為比例界限。c繪制p-s/p曲線，曲線上的轉折點所對應的壓力即為比例界限。 七七 試驗成果整理試驗成果整理 自強、弘毅、求是、拓新 6）極限荷載pu的確定極限荷載pu的確定方法有以下幾種：a當載荷試驗加載至破壞荷載，則取破壞荷載的前一級荷載為極限荷載pu。b當試驗未做到破壞荷載，則可取外插法確定其極限荷載，作圖步驟如圖 七七 試驗成果整理試驗成果整理 自強、弘毅、求是、拓新 1、地基土承載力確定 （1）拐點法 比例界限P0作為地基承載力的標準值或特征值。 （2）極限荷載法 PU2P0，極限荷載的一半作為地基承載力特征值。 （3）相對沉降法 對于緩變曲線，s/b為一定值時所對應的荷載為地基承載力特征值。承壓板面積為0.25-0.50m2，砂土取s/b=0.