標準貫入試驗

標準貫入試驗第1頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五7.4標準貫入試驗（StandardpenetrationTest，SPT）標準貫入試驗原來被歸入動力觸探試驗一類，實際上，它在設(shè)備規(guī)格上與前述重型圓錐動力觸探試驗也具有很多相同之處，而僅僅是圓錐形探頭換成了由兩個半圓筒組成的對開式管狀貫入器。此外與重型圓錐動力觸探試驗不同的一點在于，規(guī)定將貫入器貫入土中所需要的錘擊數(shù)（又稱為標貫擊數(shù)）作為分析判斷的依據(jù)。標準貫入試驗具有圓錐動力觸探試驗所具有的所有優(yōu)點，另外它還可以采取擾動的土樣，進行顆粒分析，因而對于土層的分層及定名更為準確可靠。第2頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（1）試驗目的采取擾動土樣，鑒別和描述土類，按照顆分試驗結(jié)果給土層定名。判別飽和砂土、粉土的液化可能性。定量估算地基土層的物理力學參數(shù)，如判定黏性土的稠度狀態(tài)、砂土相對密度及土的變形和強度的有關(guān)參數(shù)，評定天然地基土的承載力和單樁承載力。第3頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（2）試驗原理采用標準貫入器打入土中一定距離（30cm）所需落錘次數(shù)（標貫擊數(shù)）來表示土阻力大小第4頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（3）試驗設(shè)備標準貫入試驗系統(tǒng)組成：貫入器；穿心落錘；穿心導向觸探桿。第5頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五貫入器穿心落錘穿心導向觸探桿錘墊第6頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五標準貫入試驗設(shè)備規(guī)格及適用土類表第7頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五圓錐動力觸探類型及設(shè)備規(guī)格第8頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（4）標準貫入試驗技術(shù)要求1.采用回轉(zhuǎn)鉆進，鉆進過程中要防止孔底涌土。當孔壁不穩(wěn)定時，可采用泥漿或套管護壁，鉆至試驗標高15cm以上時應停止鉆進，清除孔底殘土后再進行貫入試驗。2.應采用自動脫鉤的自由落錘裝置并保證落錘平穩(wěn)下落，減小導向桿與錘間的摩阻力，避免錘擊偏心和側(cè)向晃動，保持貫入器、探桿、導向桿連接后的垂直度，錘擊速率應小于每分鐘30擊。第9頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五3.探桿最大相對彎曲度應小于1/1000。4.正式試驗前，應預先將貫入器打入土中15cm，然后開始記錄每打入10cm錘擊數(shù)，累計打入30cm的錘擊數(shù)為標準貫入試驗錘擊數(shù)N。當錘擊數(shù)已達到50擊，而貫入深度未達到30cm時，可記錄50擊的實際貫入度，并按下式換算成相當于30cm貫入度的標準貫入試驗錘擊數(shù)N。并終試驗：其中△S—50擊時的實際貫入深度第10頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五5.標準貫入試驗可在鉆孔全深度范圍內(nèi)等間距進行，也可僅在砂土、粉土等需要試驗的土層中等間距進行，間距一般為1.0~1.2m。6.由于標準貫入試驗錘擊數(shù)N值的離散性往往較大，故在利用其解決工程問題時應持慎重態(tài)度，僅僅依據(jù)單孔標貫試驗資料提供設(shè)計參數(shù)是不可信的，如要提供定量的設(shè)計參數(shù)，應有當?shù)亟?jīng)驗，否則只能提供定性的結(jié)果，供初步評定用。第11頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（5）貫入擊數(shù)的修正問題桿長修正第12頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第13頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五上覆有效應力影響修正第14頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第15頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五地下水影響修正第16頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（6）試驗成果及應用第17頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五判斷砂土密實度標貫擊數(shù)與砂土密實度的關(guān)系對照表人力松繩N1第18頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第19頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五上海市標準《巖土工程勘察規(guī)范》（DBJ08-37-1994）考慮了土層埋深因素產(chǎn)生的上覆壓力影響，對實測的標貫擊數(shù)進行了上覆壓力修正，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)修正后的標貫擊數(shù)給出了對應的砂土密實程度?？紤]土層上覆壓力的修正公式如下：第20頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五用經(jīng)上覆壓力修正后的標貫擊數(shù)判別砂土相對密度表第21頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五評定黏性土的稠度狀態(tài)和無側(cè)限抗壓強度黏性土的稠度狀態(tài)和無側(cè)限抗壓強度與標貫擊數(shù)的關(guān)系表此表為Terzaghi和peck的結(jié)果。第22頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五黏性土的稠度狀態(tài)與標貫擊數(shù)的關(guān)系表此表為原冶金部武漢勘察公司成果。第23頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五評定砂土的抗剪強度指標砂土的內(nèi)摩擦角與標貫擊數(shù)的關(guān)系表此表為Meyerhof和Peck成果。注：均質(zhì)砂取高值，非均質(zhì)砂取低值，粉砂減5o，砂和礫石混合土增加5o。Peck還提出了經(jīng)驗公式：第24頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五日本的建筑基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范采用大畸的經(jīng)驗公式：第25頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五此表為美國Gibbs和Holtz成果。第26頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五評定黏性土的不排水抗剪強度Cu日本道路橋梁設(shè)計規(guī)范則采用下列經(jīng)驗關(guān)系式：Terzaghi和Peck提出用標貫擊數(shù)評定性土不排水抗剪強度的經(jīng)驗關(guān)系式如下：第27頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五評定土的變形參數(shù)國內(nèi)用標貫擊數(shù)確定地基土變形參數(shù)的經(jīng)驗公式第28頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五評定地基土的承載力我國《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》砂土承載力標準值與標準貫入擊數(shù)的關(guān)系粘性土承載力標準值與標準貫入擊數(shù)的關(guān)系人力松繩人力松繩第29頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五日本住宅公團的經(jīng)驗關(guān)系式如下：Terzaghi提出用標貫擊數(shù)確定地基土承載力標準值經(jīng)驗關(guān)系，安全系數(shù)取3：對條形基礎(chǔ)：對獨立方形基礎(chǔ)：第30頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五估算單樁承載力北京市勘察院提出的預估鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力的計算公式為：第31頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五單樁豎向極限承載力(kN)樁端的截面積(m2)樁在砂土中的側(cè)面積(m2

)樁在黏性土中的側(cè)面積(m2

)樁端附近土層中的標貫數(shù)；樁周砂土層標貫擊數(shù)樁周黏土層標貫擊數(shù)孔底虛土的厚度(m)式中Pu——Ap——As——Ac——Np——Ns——Nc——h——第32頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五飽和砂土、粉土的液化標準貫人試驗是判別飽和砂土、粉土液化的重要手段，我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2010）規(guī)定第33頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第34頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第35頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第36頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五7.5十字板剪切試驗(vanesheartest)十字板剪切試驗是一種在鉆孔內(nèi)快速測定飽和軟黏土抗剪強度的原位測試方法。自1954年由南京水科院等單位對這項技術(shù)開始開發(fā)應用以來，在我國沿海地區(qū)得到廣泛的應用。理論上，十字板剪切試驗測得的抗剪強度相當于室內(nèi)三軸不排水剪總應力強度。由于十字板剪切試驗不需要采取土樣，可以在現(xiàn)場基本保持原位應力狀態(tài)的情況下進行測試，這對于難以取樣的高靈敏度的黏性土來說具有不可替代的優(yōu)越性。第37頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（1）試驗目的測定原位應力條件下軟黏土的不排水抗剪強度。估算軟黏土的靈敏度。第38頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（2）試驗原理十字板剪切試驗是將具有一定高徑比的十字板插入待測試土層中，通過鉆桿對十字板頭施加扭矩使其勻速旋轉(zhuǎn)，根據(jù)施加的扭矩即可以得到土層的抵抗扭矩，進一步可換算成土的抗剪強度。第39頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五板頭側(cè)面的剪切阻力為均勻分布圖中所示為在板頭上、下面的剪切阻力分布。CvCH第40頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第41頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五勻速扭轉(zhuǎn)Jackson(1969)提出修正公式：與圓柱頂?shù)酌婕魬Ψ植枷嚓P(guān)的系數(shù)第42頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第43頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（3）試驗設(shè)備十字板剪切試驗系統(tǒng)組成：十字板頭；傳力系統(tǒng)；加力裝置；測量裝置。（機械式和電測試）第44頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第45頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第46頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五室內(nèi)十字板剪切儀第47頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五十字板頭規(guī)格表注：第48頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（4）十字板剪切試驗技術(shù)要求1.十字板剪切試驗點的布置在豎向上的間距可為1m。2.十字板頭形狀宜為矩形，徑高比為1:2，板厚宜為2~3mm。3.十字板頭插入鉆孔底（或套管底部）深度不應小于孔徑或套管直徑的3~5倍。4.十字板插入至試驗深度后，至少應靜置2~3min，方可開始試驗。第49頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五5.扭轉(zhuǎn)剪切速率宜采用1o~2o/10s，并在測得峰值強度后繼續(xù)測記1min。6.在峰值強度或穩(wěn)定值測試完畢后，再順扭轉(zhuǎn)方向連續(xù)轉(zhuǎn)動6圈，測定重塑土的不排水抗剪強度。7.對開口鋼環(huán)十字板剪切儀，應修正軸桿與土間摩阻力的影響。第50頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（5）試驗成果及應用十字板剪切試驗的成果主要有：各試驗點土的不排水抗剪峰值強度、殘余強度、重塑土強度和靈敏度極其隨深度變化曲線；抗剪強度與扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線等第51頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五由于十字板剪切試驗得到的不排水抗剪強度一般偏高，因此要經(jīng)過修正才能用于工程設(shè)計，其修正方法如下：修正系數(shù)取值第52頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五2.IL＞1的土1.其他軟土土Daccal影響測試結(jié)果因素：板頭尺寸剪應力分布排水條件土的各向異性剪切速率觸變效應第53頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五計算地基承載力根據(jù)中國建筑科學研究院和華東電力設(shè)計院的經(jīng)驗，地基容許承載力可按下式估算：第54頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五估算地基土的靈敏度軟黏土地基的靈敏度按下式計算：另外，十字板剪切試驗成果還可以用來檢驗地基加固效果、估算單樁極限承載力以及用于估算軟土的液性指數(shù)等2<St<4

中等靈敏度土St≤2低靈敏度土St≥4高靈敏度土第55頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五判定軟土的固結(jié)歷史根據(jù)Cu-h曲線判定軟土的固結(jié)歷史:1.若Cu-h曲線大致呈一通過地面原點的直線，可判定為正常固結(jié)土；2.若Cu-h直線不通過原點而與縱坐標的向上延長軸線相交，則可判定為超固結(jié)土。第56頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五7.6旁壓試驗旁壓試驗又稱為橫壓試驗，它是通過圓柱狀旁壓器對鉆孔壁施加均勻橫向壓力，使孔壁土體發(fā)生徑向變形直至破壞，同時通過測量系統(tǒng)量測橫向壓力和徑向變形之間的關(guān)系，進一步推求地基土力學參數(shù)的一種原位測試方法。分為預鉆式和自鉆式。第57頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五優(yōu)點：旁壓試驗的物理模型為軸對稱的圓柱形孔的擴張問題，這個問題的彈塑性理論解已經(jīng)得到很好的解決。旁壓試驗可以用來估計原位水平應力。測試方便，不受地下水位的限制，與室內(nèi)試驗相比，具有試樣大、代表性強、擾動小的優(yōu)點。旁壓試驗具有較廣泛的適應性，可適合于黏性土、粉土、砂土、碎石土、極軟巖、軟巖等各類巖土的測試。第58頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（1）試驗目的測定土的旁壓模量和應力應變關(guān)系；估算黏性土、粉土、砂土、軟質(zhì)巖石和風化巖石的承載力。。。第59頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（2）試驗原理典型的旁壓試驗P-V曲線第60頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五土體泊松比，碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉質(zhì)黏土取0.38，黏土取0.42；旁壓儀測量腔的固有體積；與初始壓力對應的測量腔體積；與臨塑壓力對應的測量腔體積；旁壓曲線直線段的斜率。△V=Vf-V0μVcV0Vf△p/△V此外，根據(jù)初始壓力、臨塑壓力、極限壓力和旁壓模量結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗可評定地基承載力和變形參數(shù)。第61頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五（3）試驗設(shè)備旁壓試驗系統(tǒng)組成：旁壓器；加壓穩(wěn)壓裝置；變形測量裝置；第62頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第63頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五第64頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五旁壓試驗系統(tǒng)組成：監(jiān)測裝置壓力表高壓氣瓶輔助腔測量腔旁壓器同軸塑料管量管第65頁，共71頁，2023年，2月20日，星期五自鉆式旁壓測試不同于其他原位測試方法，該方法不需要經(jīng)驗校正系數(shù)，更能在短時間內(nèi)獲得大量精確數(shù)據(jù)，而且在軟土盒沙層中，只能用自鉆式旁壓法。劍橋自鉆式旁壓儀在1975年開始生產(chǎn)，從1980年開始