巖土工程勘察之原位測試課件PPT（29頁）

1、第 四 章原位測試巖土工程勘察原位測試（In-Situ Testing ）：在巖土體原有的位置上，在保持巖土的天然結構、天然含水量以及天然應力狀態(tài)條件下測定巖土性質(zhì)稱為原位測試。巖土體原位測試：一般指的是在工程地質(zhì)勘察現(xiàn)場，在不擾動或基本不擾動土層的情況下對土層進行測試，以獲得所測土層的物理力學性質(zhì)指標及劃分土層一種土工勘察技術。 概 念根據(jù)不同測試方法（包括CPT、DPT、PLT、VST、SPT 等）其應用可歸納為：土層土類劃分；求天然地基承載力；測定土的物理力學性質(zhì)指標；在樁基勘察中的應用；評價砂土和粉土的地震液化；求解土的固結系數(shù)、滲透系數(shù)及不排水抗剪強度等；檢驗壓實填土的質(zhì)量及強夯效果

2、；進行淺基礎的沉降計算； 原位試驗的應用4.1 載荷試驗4一、載荷試驗的定義 載荷試驗是一項使用最早、應用最廣泛的原位試驗方法，保持地基土的天然狀態(tài)下，在一定面積的剛性承壓板上向地基土逐級施加加載，并觀測每級荷載下地基土的變形，它是測定地基土的壓力與變形特性的一種原味測試方法。 測試所反映的是承壓板下1.5-2.0倍承壓板直徑或?qū)挾确秶鷥?nèi)，地基土強度、變形的綜合癥狀。 二、荷載試驗的分類 根據(jù)承壓板的形式和設置深度不同，可以將試驗分成三種： 1. 淺層平板載荷試驗，適用于淺層地基土；（本節(jié)） 2. 深層平板載荷試驗，適用于埋深大于3m和地下水位以上的地基土；按深度：淺層 深層按承壓板形狀：圓形

3、 方形 螺旋形按載荷性質(zhì)：靜力和動力 3.螺旋板載荷試驗，適用于深層地基或地下水位以下的地基土。三、載荷試驗的目的 荷載試驗可用于以下目的：（1）根據(jù)荷載沉降關系線（p-s曲線），確定地基土的承載力；p-s曲線上的比例界限壓力、極限壓力，可以為評定地基土的承載力提供依據(jù)。（2）計算土的變形模量（排水或不排水的）；（3）估算地基土的不排水抗剪強度及極限填土高度；（4）確定地基土的基床反力系數(shù)。（5）估算地基土的固結系數(shù)。 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）沉

4、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： 四、試驗的基本原理 0P/kPaS/mmPS曲線PcrPu1、直線變性階段 P Pcr2、剪切變形階段 PcrP Pu3、破壞階段 Pu P （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。用力學原

5、理進行解釋（圖2-2）：（土力學） 圖2-2 變形曲線三階段及相應地基破壞情況 直線變形階段 受荷土體中任意點產(chǎn)生的剪應力小于土體的抗剪強度，土的變形主要由土中空隙的壓縮引起，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(nèi)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(nèi)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。 平板靜力載荷試驗(PLT: pl

6、ate load test)，在保持地基土天然狀態(tài)下，在挖至設計的基礎置深度的平整坑底放置一定規(guī)格的方形或圓形承壓板在上逐級施加荷載，并觀測每級荷載下地基土的變形特性，是模擬建筑物基礎工作條件的一種測試方法 。五、試驗設備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)（1）承壓板 承壓板的功能類似于建筑物的基礎，所施加的荷載通過承壓板傳遞給地基土。（2）加荷系統(tǒng) 一般可分為千斤頂加載裝置和重物加載裝置。 重物加載裝置是將已知重量的鋼錠、混凝土塊等按試驗加載計劃依次放在加載平臺上，達到對地基土分級加載的目的。（不需要反力裝置支撐）。 千斤頂加載方

7、式需要反力裝置配合，一般采用油壓式。加載方式又由以下部件組成：主機、千斤頂、位移傳感器、加載油泵、壓力傳感器、百分表等。（3）反力系統(tǒng) 常見的反力系統(tǒng)可以由重物、地錨或重物與地錨聯(lián)合聯(lián)合提供，然后與梁架組合成穩(wěn)定的反力系統(tǒng)。當在巖體內(nèi)進行荷載試驗時，可以利用周圍穩(wěn)定的巖體提供所需要的反力。（4）觀測系統(tǒng) 主要指位移（沉降）量測系統(tǒng)，包括支撐柱、基準梁、位移測量元件（位移傳感器、百分表）及其他附件。具體的支撐關系是：位移量測元件固定在基準梁上，基準梁架設在支撐柱上，而支撐柱要打設在試坑內(nèi)適當位置。堅硬巖土體內(nèi)載荷試驗反力系統(tǒng)示意圖 千斤頂荷載板1542713桁架 試驗反力裝置 19六、試驗要點1

8、.試坑的尺寸及要求：淺層平板載荷試驗的試坑寬度或直徑不應小于承載板寬度或直徑的三倍。試坑底部巖土應避免擾動，保持其原狀結構和天然濕度，在承壓板下鋪設不超過20mm的砂墊層并找平。2.承載板的尺寸：載荷試驗宜采用圓形剛性承載板，根據(jù)土的軟硬或巖體裂隙密度選用合適的尺寸；對于淺層平板試驗，承壓板面積不應小于0.25m2，當在軟土和粒徑大的填土上進行試驗時，承壓板尺寸不應小于0.5m2.3.加載方式：慢速法（常用）、快速法、等沉降速率法加載方式慢速法：分級維持荷載沉降相對穩(wěn)定法；快速法：有地方經(jīng)驗時，分級加荷沉降非穩(wěn)定法。加荷等級的劃分為1012級，不應小于8級，最大加載量不應小于地基承載量設計值的

9、2倍。沉降觀測慢速法：每加一級荷載間隔5、5、10、10、15、15min測讀一次沉降，以后間隔30min測讀一次，連續(xù)2h，且每小時沉降量不大于0.1mm時可施加下一級荷載?？焖俜ǎ好考右患壓奢d間隔15min測讀一次沉降，每級荷載維持2h可施加下一級荷載。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)。 （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：a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)）；b 板周圍出現(xiàn)隆起或破壞性裂縫；c相對沉降量s/b（承壓板直徑或

10、邊長）超過0.060.08。六、試驗要點地基土載荷試驗要點（8條）單樁豎向抗壓荷載試驗要點（5條）平板載荷試驗 成果運用確定地基土的容許承載力確定地基土變形模量估算地基土的不排水強度確定地基土的基床反力系數(shù)估算砂土地基實際基礎的沉降 七、試驗成果應用確定地基土的容許承載力（1）強度控制法比例極限P0(臨塑荷載Pcr)， 適用于砂土、超固結粘土、礫石土、碎石土的承載力。（2）以相對沉降量為依據(jù)取s/b=0.02，即p0.02（3）極限荷載法PU P-s曲線上的第二個拐點對應的荷載（4）極限載荷的確定方法當荷載試驗加載至破壞荷載，則破壞荷載的前一級荷載為極限荷載Pu (5) 地基承載力特征值的確定確定地基土變形模量 淺層平板載荷試驗適用于地表淺層地基、特別適用于各種填土、含碎石的土類。由于試驗比較簡單、直觀，因此，多年來應用廣泛。但是，在應用時，應對本方法的下述局限性給予充分的關注：（1）平板載荷試驗的影響深度范圍不超過兩倍承壓板寬度（或直徑），故只能了解地表淺層地基土的特性。（2）承壓板的尺寸比實際基礎小，在剛性承壓板邊緣產(chǎn)生塑性區(qū)的開展，更易造成地基的破壞，使預估的承載力偏低。（3）載荷板試驗是在地表進行的，沒有埋置深度所存在的超載，也會降低承載力。（4）試驗時的