巖土工程勘察第3章-載荷試驗（ppt圖文豐富）

第３章載載荷試試驗主講：崔崔德山目錄錄１.概述２.試驗的基本原原理與儀器設(shè)設(shè)備３.試驗技術(shù)要求求與操作步驟驟４.試驗資料整理理與應(yīng)用５.螺旋板載荷和和水平載荷試試驗簡介６.動載荷試驗７.工程實例８.下節(jié)課——靜力觸探試驗驗1.概述載荷試驗（LoadingTest）是在現(xiàn)場用用一個剛性承承壓板逐級加加荷，測定天天然地基或復(fù)復(fù)合地基的變變形隨荷載的的變化，借以以確定地基承承載力的試驗驗。實際上是是模擬建筑物物地基基礎(chǔ)在在受荷條件下下工程性能的的一種現(xiàn)場模模型試驗。分類：淺層平平板載荷（３３m，水上）；深深層平板載荷荷（３m，水下）；螺螺旋板載荷；；動載荷1.概述國內(nèi)平板載荷荷試驗主要技技術(shù)要點依不不同的規(guī)范所所要求不一樣樣：《巖土工程勘察察規(guī)范》《建筑地基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》《巖土靜力載荷荷試驗規(guī)程》載荷試驗?zāi)康牡模ǎ保┐_定地地基土的比例例界限壓力、、破壞壓力，，評定地基土土的承載力；；（２）確定地地基土的變形形模量；（３）估算地地基土的不排排水抗剪強度度；（４）確定地地基土基床反反力系數(shù)；（５）地基處處理效果檢測測和測定樁的的極限承載力力。２.試驗的基本原原理與儀器設(shè)設(shè)備由典型的平板板載荷試驗得得到的壓力—沉降曲線（P-s曲線）可以分分為三個階段段。(1)直線變形階段段:當(dāng)壓力小于比比例極限壓力力P0時，P-s呈直線關(guān)系;(2)剪切變形階段段:當(dāng)壓力大于P0而小于極限壓壓力pu時，P-s關(guān)系由直線變變?yōu)榍€關(guān)系系;(3)破壞階段:當(dāng)壓力大于極極限壓力pu時，沉降急劇劇增大。２.試驗的基本原原理與儀器設(shè)設(shè)備試驗表明，P-s曲線直接反映映土體所受的的應(yīng)力狀態(tài)。。在直線變形階階段，受荷土土體中任意點點產(chǎn)生的剪應(yīng)應(yīng)力小于土體體的抗剪強度度，土的變形形主要由土中中空隙的減少少而引起，土土體變形主要要是豎向壓縮縮。在剪切變形階階段，Ｐ-s關(guān)系曲線的斜斜率隨壓力P的增大而增大大，土體除了了豎向壓縮之之外。在承壓壓板的邊緣已已有小范圍內(nèi)內(nèi)土體承受的的剪應(yīng)力達到到了或超過了了土的抗剪強強度，并開始始向周圍土體體發(fā)展。變形形由土體的豎豎向壓縮和土土粒的剪切變變位同時引起起。在破壞階段，，即使壓力不不再增加，承承壓板仍不斷斷下沉。土體體內(nèi)部形成連連續(xù)的滑動面面，在承壓板板周圍土體發(fā)發(fā)生隆起及環(huán)環(huán)狀或放射狀狀裂隙，此時時，在滑動土土體內(nèi)各點的的剪應(yīng)力均達達到或超過土土體的抗剪強強度。２.試驗的基本原原理與儀器設(shè)設(shè)備淺層平板載荷荷試驗的試驗驗設(shè)備由加荷荷系統(tǒng)、反力力系統(tǒng)和量測測系統(tǒng)三部分分組成。2.2.1加荷系統(tǒng)加荷系統(tǒng)包括括承壓板和加加荷裝置。所所施加的荷載載通過承壓板板傳遞給地基基土。承壓板板一般采用圓圓形和矩形的的剛性板，承承壓板的尺寸寸根據(jù)地基土土的類型和試試驗要求有所所不同。對于一般粘性性土地基，常常用面積為0.5m2的圓形或方形形承壓板;對于碎石類土土,承壓板直徑(或?qū)挾?應(yīng)為最大碎石石直徑的10-20倍;對于巖石類土土，承壓板的的面積以0.1m2為宜。加荷裝置總體體上可分為重重物加荷裝置置和千斤頂加加荷裝置。2.2.2反力系統(tǒng)載荷試驗的反反力可以由重重物、地錨單單獨或地錨與與重物共同提提供，由地錨錨(或重物)和梁架組合成成穩(wěn)定的反力力系統(tǒng)。2.2.3量測系統(tǒng)位移量測系系統(tǒng)包括基基準(zhǔn)梁和位位移測量元元件.基準(zhǔn)梁的支支撐柱應(yīng)離離承壓板和和地錨(如果采用地地錨提供反反力)一定的距離離，以避免免地表變形形對基準(zhǔn)梁梁的影響。。位移測量量元件可以以采用百分分表或位移移傳感器。。３.試驗技術(shù)要要求與操作作步驟3.1試驗技術(shù)要要求對于淺層平平板載荷試試驗，應(yīng)當(dāng)當(dāng)滿足以下下技術(shù)要求求。1.試坑的尺寸寸及要求淺層平板載載荷試驗的的試坑寬度度或直徑不不應(yīng)小于承承載板寬度度或直徑的的三倍。試試坑底部的的巖土應(yīng)避避免擾動，，保持其原原狀結(jié)構(gòu)和和天然濕度度，在承壓壓板下鋪設(shè)設(shè)不超過20mm的砂墊層并并找平,之后盡快安安裝設(shè)備;2.承載板的尺尺寸載荷試驗宜宜采用圓形形剛性承載載板，根據(jù)據(jù)土的軟硬硬或巖體裂裂隙密度選選用合適的的尺寸;對于淺層平平板載荷試試驗，承壓壓板面積不不應(yīng)小于0.25m2,當(dāng)在軟土和和粒徑較大大的填土上上進行試驗驗時，承載載板尺寸不不應(yīng)小于0.5m2。3.1試驗技術(shù)要要求3.加載方式載荷試驗的的加載方式式一般采用用分級維持持荷載沉降降相對穩(wěn)定定法(通常稱為慢慢速法);有地區(qū)經(jīng)驗驗時，也可可采用分級級加荷沉降降非穩(wěn)定法法(通常稱為快快速法)或等沉降速速率法。關(guān)關(guān)于加荷等等級的劃分分，一般取取10-12級，并不小小于8級。最大加加載量不應(yīng)應(yīng)小于地基基土承載力力設(shè)計值的的兩倍，荷荷載的量測測精度控制制在士1%。加荷原則：：第一級為為坑底原有有重力，后后每級按：：中低壓縮縮性土50kPa，高壓縮性性土25kPa，特軟土為為10kPa試驗土層特征每級荷載增量（kPa）軟塑粘土；稍密砂土10-25可塑~硬塑粘性土、粉土；中密砂土25-50堅硬粘性土；密實砂土50-1003.1試驗技術(shù)要要求4.沉降觀測根據(jù)國標(biāo)《巖土工程勘勘察規(guī)范》，當(dāng)采用慢慢速法時，，對于土體體，每級荷荷載施加后后，間隔:5min,5min,10min,10min,15min,15min測讀一次沉沉降，以后后間隔30min測讀一次沉沉降。當(dāng)連連續(xù)2h每小時沉降降量不大于于0.1mm時，認(rèn)為沉沉降已達到到相對穩(wěn)定定標(biāo)準(zhǔn)，可可施加下一一級荷載;當(dāng)試驗對象象是巖體時時、間隔1min，2min，2min，5min測讀一次沉沉降，以后后侮隔10min測讀一次，，.當(dāng)連續(xù)三次次讀數(shù)之差差小于0.01mm時，認(rèn)為沉沉降已達到到相對穩(wěn)定定標(biāo)準(zhǔn)，可可施加下一一級荷載。。采用快速法法時，每加加一級荷載載按間隔15min觀測一次沉沉降。每級級荷載維持持2h，即可施加加下一級荷荷載。最后后一級荷載載可觀測至至沉降達到到相對穩(wěn)定定標(biāo)準(zhǔn)或仍仍維持2h。當(dāng)采用等沉沉降速率法法時，控制制承壓板以以一定的沉沉降速率沉沉降，測讀讀與沉降相相應(yīng)的所施施加的荷載載，直至土土體達破壞壞狀態(tài)。5.試驗終止條條件一般應(yīng)盡可可能進行到到試驗土層層達到破壞壞階段，然然后終止試試驗。當(dāng)出出現(xiàn)下列情情況之一時時，可認(rèn)為為己達破壞壞階段，并并可終止試試驗。(1)承載板周邊邊的土出現(xiàn)現(xiàn)明顯側(cè)向向擠出，或或出現(xiàn)明顯顯隆起，或或徑向裂縫縫持續(xù)發(fā)展展;(2)本級荷載的的沉降量大大于前級荷荷載沉降量量的5倍，荷載與與沉降關(guān)系系曲線出現(xiàn)現(xiàn)明顯下降;（3）在某級荷荷載下，24h沉降速率不不能達到相相對穩(wěn)定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn);（4）總沉降量量與承載板板直徑(或邊長)之比超過0.063.2試驗操作步步驟1.試驗設(shè)備的的安裝這里以地錨錨反力系統(tǒng)統(tǒng)為例加以以敘述。(1)下地錨:在確定試坑坑位置后，，根據(jù)計劃劃使用地錨錨的數(shù)量(4只或6只)，以試坑中中心為中心心點對稱布布置地錨。。各個地錨錨的深度要要一致，一一般下在較較硬地層為為好，可以以提供較大大的反力。。(2)挖試坑:根據(jù)固定好好的地錨位位置來復(fù)測測試坑位置置，開挖試試坑的邊長長（或直徑徑）不應(yīng)小小于承壓板板邊長或直直徑的3倍，開挖至至試驗深度度。(3)放置承壓板板:在試坑中心心根據(jù)承壓壓板的大小小鋪設(shè)不超超過20mm厚度的砂墊墊層并找平平。然后小小心平放承承壓板，防防止斜角著著地。(4)千斤頂和測測力計的安安裝:以承壓板為為中心，依依次放置千千斤頂、測測力計和分分力帽，使使其重心保保持在一條條直線上。。(5)橫梁和連接接件的安裝裝:通過連接件件將次梁安安裝在地錨錨上，以承承壓板為中中心將主梁梁通過連接接件安裝在在次梁上，，形成反力力系統(tǒng)。(6)沉降測量系系統(tǒng)的安裝裝:打設(shè)支撐柱柱，安裝測測量橫桿、、固定百分分表或位移移傳感器，，形成完整整的沉降量量測系統(tǒng)。。3.2試驗操作步步驟2.試驗步驟(1)加荷操作:加荷等級一一般分10-12級，并不小小于8級。最大加加載雖不應(yīng)應(yīng)小于地基基承載力設(shè)設(shè)計值的2倍，荷載的的量測精度度控制在士士1%。加荷必須須按照預(yù)先先規(guī)定的級級別進行。。第一級荷荷載需要加加上設(shè)備的的質(zhì)量并減減去挖掉土土的自重。。所加荷重重是通過事事先標(biāo)定好好的測力計計百分表的的讀數(shù)反映映出來的，，因此，必必須預(yù)先根根據(jù)標(biāo)定曲曲線或表格格計算出預(yù)預(yù)定的荷重重所對應(yīng)的的百分表讀讀數(shù)。(2)穩(wěn)壓操作:每級荷重下下都必須保保持穩(wěn)壓，，由于加壓壓后地基沉沉降、設(shè)備備變形和地地錨受力拔拔起等原因因，都會引引起荷重的的降低，必必須及時觀觀察測力計計百分表指指針的變動動，并通過過千斤頂不不斷地補壓壓，使荷重重保持相對對穩(wěn)定。（3）沉降觀測測:采用慢速法法時，對于于土體，每每級荷載施施加后。間間隔:5min,5min,10min,10min,15min,15min測讀一次沉沉降，以后后間隔30min測讀一次沉沉降，當(dāng)連連續(xù)2h每小時沉降降量不大于于0.1mm時，認(rèn)為沉沉降已達到到相對穩(wěn)定定標(biāo)準(zhǔn)。施施加下一級級荷載，直直至達到試試驗終止條條件。(4)試驗觀測與與記錄:在試驗過程程中，必須須始終按規(guī)規(guī)定將觀測測數(shù)據(jù)記錄錄在載荷試試驗記錄表表中。試驗驗記錄是載載荷試驗中中最重要的的第一手資資料，必須須正確記錄錄，并嚴(yán)格格校對。４.試驗資料整整理與應(yīng)用用4.1試驗資料整整理載荷試驗的的最后成果果是通過對對現(xiàn)場原始始試驗數(shù)據(jù)據(jù)進行整理理、依據(jù)現(xiàn)現(xiàn)有的規(guī)范范或規(guī)定作作出的。其其中最重要要的原始試試驗記錄是是載荷試驗驗沉降觀測測記錄表，，不僅記錄錄沉降，還還記錄了荷荷載等級和和其他與載載荷試驗相相關(guān)的信息息，如載荷荷板尺寸、、載荷點試試驗深度等等。靜力載荷試試驗資料整整理分以下下幾個步驟驟:1.繪制P-s曲線根據(jù)載荷試試驗沉降觀觀測原始記記錄，將（（P,s）點繪在厘厘米坐標(biāo)紙紙上。2.P-s曲線的修正正如果原始P-s曲線的直線線段延長線線不通過原原點(0,0)，則需對P-s曲線進行修修正?？刹刹捎脙煞N方方法進行修修正：(1)圖解法；（（2）最小二乘乘法3.繪制s-lgt曲線在單對數(shù)坐坐標(biāo)紙上繪繪制每級荷荷載下的s-lgt曲線。同時時需要標(biāo)明明每根曲線線的荷載等等級，荷載載單位kPa。4.繪制lgP-lgs曲線在雙對數(shù)坐坐標(biāo)紙上繪繪制lgP-lgs曲線線，，注注意意標(biāo)標(biāo)明明坐坐標(biāo)標(biāo)名名稱稱和和單單位位。。４.試驗驗資資料料整整理理與與應(yīng)應(yīng)用用4.2成果果應(yīng)應(yīng)用用1.確定定地地基基的的承承載載力力在資資料料整整理理的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上，，應(yīng)應(yīng)根根據(jù)據(jù)P-s曲線線拐拐點點，，必必要要時時結(jié)結(jié)合合s-lgt曲線線的的特特征征，，確確定定比比例例界界限限壓壓力力和和極極限限壓壓力力。。但但P-s關(guān)系系呈呈緩緩變變曲曲線線時時，，可可取取對對應(yīng)應(yīng)于于某某一一相相對對沉沉降降值值(即s/b,b為承承壓壓板板直直徑徑或或邊邊長長)的壓壓力力評評定定地地基基的的承承載載力力。。1)拐點點法法如果果拐拐點點明明顯顯，，直直接接從從P-s曲線線上上確確定定拐拐點點作作為為比比例例界界限限、、并并取取該該比比例例界界限限所所對對應(yīng)應(yīng)的的荷荷載載值值作作為為地地基基承承載載力力特特征征值值。。2)極限限荷荷載載法法先確確定定極極限限荷荷載載，，當(dāng)當(dāng)極極限限荷荷載載小小于于對對應(yīng)應(yīng)的的比比例例界界限限的的荷荷載載值值的的2倍時時，，取取極極限限荷荷載載的的一一半半作作為為地地基基承承載載力力特特征征值值。。3）相相對對沉沉降降法法當(dāng)按按上上述述兩兩種種方方法法不不能能或或不不易易確確定定地地基基承承載載力力時時，，在在P-s曲線線上上取取s/b(相對對沉沉降降)為一一定定值值所所對對應(yīng)應(yīng)的的荷荷載載為為地地基基承承載載力力特特征征值值。。按按GB50021-2002規(guī)范范，，當(dāng)當(dāng)承承壓壓板板面面積積為為0.25-0.50m2時，，可可取取s/b=0.01-0.015所對對應(yīng)應(yīng)的的荷荷載載作作為為地地基基承承載載力力特特征征值值。。但但其其值值不不應(yīng)應(yīng)大大于于最最大大加加載載量量的的一一半半。。４.試驗驗資資料料整整理理與與應(yīng)應(yīng)用用2.確定定地地基基的的變變形形模模量量1）對對于于各各向向同同性性地地基基，，當(dāng)當(dāng)?shù)氐乇肀頍o無超超載載時時(相當(dāng)當(dāng)于于承承載載板板置置于于地地表表)，按按下下式式計計算算:E0＝I0K（1-μ2）d2)對于于各各向向同同性性地地基基，，當(dāng)當(dāng)?shù)氐乇肀碛杏谐d載時時(相當(dāng)當(dāng)于于靠靠近近地地表表、、在在地地表表以以下下一一定定深深度度處處進進行行試試驗驗)，可可按按下下式式計計算算。。E0=I0I1K(1-μ2)d式中中d——承壓壓板板直直徑徑〔或方方形形承承壓壓板板邊邊長長);I0—承壓壓板板位位于于表表面面的的影影響響系系數(shù)數(shù)，，對對于于圓圓形形承承壓壓板板，，I0＝0.785,對于于方方形形承承壓壓板板，，I0=0.886I1—承壓壓板板埋埋深深z時的的修修正正系系數(shù)數(shù)。。當(dāng)當(dāng)z<d時，，I1=1-(0.27d/z);當(dāng)z>d時，，I1=0.5+(0.23d/z)K——P-s關(guān)系系曲曲線線直直線線段段的的斜斜率率;μ—土的的泊泊松松比比。。４.試驗驗資資料料整整理理與與應(yīng)應(yīng)用用3.確定地地基的的基床床反力力系數(shù)數(shù)依據(jù)平平板載載荷試試驗P-s曲線直直線段段的斜斜率，，可以以直接接確定定載荷荷試驗驗基床床反力力系數(shù)數(shù)。依依據(jù)國國標(biāo)《巖上工工程勘勘察規(guī)規(guī)范》，當(dāng)采采用邊邊長為為30cm的平板板載荷荷試驗驗時。?？筛鶕?jù)下下式確確定Kvkv=P/s如果P-s曲線初初始無無直線線段，，則P可取極極限壓壓力之之半，，s為相應(yīng)應(yīng)于該該P值的沉沉降量量。由荷載載試驗驗求得得的基基床反反力系系數(shù)Kv,按下式式換算算成基基準(zhǔn)基基床反反力系系數(shù)Kv1:對于粘粘性土土：Kv1=3.28bKv對于砂砂土：：Kv1=4b2kv/(b+0.305)４.試驗資資料整整理與與應(yīng)用用4.平板載載荷試試驗的的其他他應(yīng)用用如評價價地基基不排排水抗抗剪強強度，，預(yù)枯枯地基基最終終沉降降量和和檢驗驗地基基處理理效果果是否否達到到地基基承載載力的的設(shè)計計值。。注意事事項儀器安安裝一一定要要仔細細，千千斤頂頂、測測力計計、承承壓板板等一一定要要在一一條軸軸線上上；加壓時時一定定要均均勻，，避免免用力力過猛猛。加加壓過過程中中要隨隨時觀觀察，，有無無傾斜斜過大大、地地錨拔拔出等等現(xiàn)象象；不要超超負(fù)荷荷加壓壓，以以免損損壞儀儀器。。注意實實驗過過程中中的安安全。。５.螺旋板板載荷荷試驗驗簡介介螺旋板板載荷荷試驗驗是將將一螺螺旋形形承壓壓板旋旋入地地下試試驗深深度，，通過過傳力力桿對對螺旋旋板施施加荷荷載，，觀測測螺旋旋板的的沉降降，以以獲得得荷載載——沉降——時間關(guān)關(guān)系。。然后后根據(jù)據(jù)理論論公式式或經(jīng)經(jīng)驗關(guān)關(guān)系式式獲得得地基基土參參數(shù)的的一種種原位位測試試。通通過螺螺旋板板試驗驗?？煽梢源_確定地地基的的承載載力、、變形形模量量、基基床反反系數(shù)數(shù)和固固結(jié)系系數(shù)等等參數(shù)數(shù)。５.螺旋板板載荷荷試驗驗簡介介螺旋板板載荷荷試驗驗適用用于地地下水水位以以下一一定深深度處處的砂砂土、、軟粘粘性土土、一一般粘粘性土土和硬硬粘性性土層層。螺螺旋板板旋入入土中中會引引起一一定的的土體體擾動動、但但若適適當(dāng)選選擇軸軸徑、、板徑徑、螺螺距等等參數(shù)數(shù)，并并保持持螺旋旋板板板頭的的旋入入進尺尺與螺螺距一一致、、保持持與土土接觸觸面光光滑，，可使使擾動動減小小到合合理的的程度度。螺旋板板載荷荷試驗驗要求求承壓壓板應(yīng)應(yīng)有足足夠的的剛度度，板板頭而而積可可以為為100cm2、200cm2和500cm2。螺旋板板載荷荷試驗驗的加加荷方方式、、加荷荷等級級以及及試驗驗結(jié)束束條件件均與與平板板載荷荷試驗驗一樣樣。試試驗方方法同同樣有有慢速速法、、快速速法和和等沉沉降速速率法法。螺旋板板載荷荷試驗驗P-s曲線和和s-lgt曲線與與試驗驗土層層的土土性之之間的的理論論關(guān)系系與平平板載載荷試試驗有有所不不同。。如P-s曲線上上的特特征值值除了了比例例界限限和極極限壓壓力之之外，，還有有初始始壓力力P0(定義為為P-s曲線直直線段段的起起點)。在理理論上上，p0相當(dāng)于于試驗驗深度度處上上覆土土層的的自重重壓力力?？煽砂崖萋菪灏遢d荷荷試驗驗假設(shè)設(shè)為一一剛性性圓板板作用用在均均質(zhì)各各向同同性的的彈性性半無無限體體的內(nèi)內(nèi)部(圓板埋埋置深深度大大于6倍板徑徑)，對于于P-s曲線的的直線線段，，可采采用彈彈性理理論來來分析析壓力力與沉沉降之之間的的關(guān)系系水平載載荷試試驗1.單樁水水平載載荷試試驗2.地基基土水水平載載荷試試驗６.動載荷荷試驗驗７.工程實實例2009年4月28日，對對西壩壩Ⅱ-7地塊經(jīng)經(jīng)濟適適用房房水岸岸天成成項目目地基基基礎(chǔ)礎(chǔ)進行行單樁樁豎向向抗壓壓靜載載荷試試驗。。根據(jù)設(shè)設(shè)計要要求其其單樁樁豎向向抗壓壓承載載力特特征值值為2500kN，公司司技術(shù)術(shù)人員員通過過計算算堆載載量后后得知知，需需將其其樁上上施加加最大大壓力力為5000kN，即500噸，又又考慮慮到試試驗的的安全全系數(shù)數(shù)，最最終將將堆載載重量量定為為600噸，這這是迄迄今為為止葛葛洲壩壩城區(qū)區(qū)堆載載噸位位最大大的一一次。。K-30型平板板載荷荷測定定儀平板載載荷試試驗、、淺層層平板板載荷荷試驗驗、靜靜載荷荷試驗驗、載載荷試試驗該儀器器適用用于粗粗、細細粒土土和土土填壓壓實后后的路路基等等的地地基系系數(shù)的的測試試，也也可以以用于于計算算均勻勻地基基土的的變形形模量量主要技技術(shù)參參數(shù):1、荷載載板直直徑:300mm；2、千斤斤頂加加載能能力范范圍:0～30T；3、千斤斤項行行程:120mm；4、測橋橋跨度度:3000mm；5、手動動油泵泵額定定壓力力:70MPa；6、壓力力測試試范圍圍:0～40MPa；7、位位移移測測試試范范圍圍:0～10mm。30MN（30兆牛牛頓頓））用于于樁樁載載荷荷實實驗驗裝裝置置的的開開發(fā)發(fā)這項項開開發(fā)發(fā)是是與與4個重重要要的的石石油油公公司司合合作作開開發(fā)發(fā)的的，，可可做做靜靜載載試試驗驗，，也也可可做做循循環(huán)環(huán)載載荷荷的的試試驗驗。。樁基基的的深深層層平平板板載載荷荷試試驗驗抗壓壓和和抗抗拔拔試試驗驗2008年4月21日～～4月24日，，在在太太倉倉港港區(qū)區(qū)順順利利完完成成了了由由德德資資企企業(yè)業(yè)可可耐耐福福石石膏膏板板（（江江蘇