巖土工程勘察認識實習

巖土工程勘察認識實習報告一、勘察任務、目的和要求本次勘察為詳細勘察，對地基根底方案提出合理的建議；對建筑場地本身的適宜性做出評價。根據(jù)勘察技術要求，并結合本建筑物特點及周邊場地地質條件，確定本次巖土工程勘察的主要要求如下：1、搜集附有地形的建筑總平面圖，場區(qū)的地面整平標高，建筑物的性質、規(guī)模、荷載、結構特點，根底形式；2、查明建筑場地的地形、地貌特征，劃分地貌單元；3、查明場區(qū)各土層的成因、時代、地層分布和均勻性，尤其應查明根底下軟弱和堅硬地層分布，以及各土層的物理力學性質；4、查明地下水類型、埋藏條件、補給及排泄條件、腐蝕性及穩(wěn)定水位；5、劃分場地土類型及建筑場地類別；6、對地基土層的工程特性和地基的穩(wěn)定性進行分析評價，提出各土層的地基承載力特征值；對地基持力層選擇、根底埋深等提出建議；7、查明暗藏的河道、溝浜、墓穴、防空洞、孤石等對工程不利的埋藏物；8、對需進行沉降驗算的建筑物，提供地基變形計算參數(shù)，預測建筑物的變形特征；9、提供相關圖表。二、勘察的內容1、靜力觸探試驗靜力觸探試驗是用靜力將探頭以一定的速率壓入土中，利用探頭內的力傳感器，通過電子量測儀器將探頭受到的貫入阻力記錄下來。由于貫入阻力的大小與土層的性質有關，因此通過貫入阻力的變化情況，可以到達了解土層的工程性質的目的。靜力觸探試驗可根據(jù)工程需要采用單橋探頭、雙橋探頭或帶孔隙水壓力量測的單、雙橋探頭，可測定比貫入阻力(ps)、錐尖阻力(qc)側壁阻力(fs)和貫入時的孔隙水壓力〔u〕。靜力觸探試驗適用于軟土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。以下就靜力觸探試驗的設備構造、試驗方法及成果應用作一介紹。一、靜力觸探的試驗設備靜力觸探設備試驗由加壓裝置、反力裝置、探頭及量測記錄儀器等四局部組成：〔一〕加壓裝置加壓裝置的作用是將探頭壓入土層中，按加壓方式可分為以下幾種。1.手搖式輕型靜力觸探。利用搖柄、鏈條、齒輪等用人力將探頭壓入土中。用于較大設備難以進入的狹小場地的淺層地基土的現(xiàn)場測試。2.齒輪機械式靜力觸探。主要組成部件有變速馬達(功率2.8～3kW)、傘形齒輪、絲桿、稻香滑塊、支架、底板、導向輪等。其結構簡單，加工方便，既可單獨落地組裝，也可裝在汽車上，但貫入力小，貫入深度有限。3.全液壓傳動靜力觸探。分單缸和雙缸兩種。主要組成部件有：油缸和固定油缸底座、油泵、分壓閥、高壓油管、壓桿器和導向輪等。目前在國內使用液壓靜力觸探儀比擬普遍，一般最大貫入力可達200kN。(二)反力裝置靜力觸探的反力用三種形式解決：1.利用地錨作反力。當?shù)乇碛幸粚虞^硬的粘性土覆蓋層時，可以是使用2～4個或更多的地錨作反力，視所需反力大小而定。錨的長度一般1.5m左右，葉片的直徑可分成多種，如25、30、35、40cm，以適應各種情況。2.用重物作反力。如地表土為砂礫、碎石土等，地錨難以下入，此時只有采用壓重物來解決反力問題，即在觸探架上壓以足夠的重物，如鋼軌、鋼錠、生鐵塊等。軟土地基貫入30m以內的深度，一般需壓重物40～50kN。3.利用車輛自重作反力。將整個觸探設備裝在載重汽車上，利用載重汽車的自重作反力。貫入設備裝在汽車上工作方便，工效比擬高，但由于汽車底盤距地面過高，使鉆桿施力點距離地面的自由長度過大，當下部遇到硬層而使貫入阻力突然增大時易使鉆桿彎曲或折斷，應考慮降低施力點距地面的高度。觸探鉆桿通常用外徑Φ32～35mm、壁厚為5mm以上的高強度無縫鋼管制成，也可用Φ42mm的無縫鋼管。為了使用方便，每根觸探桿的長度以1m為宜，鉆桿接頭宜采用平接，以減小壓入過程中鉆桿與土的摩擦力。〔三〕探頭1.探頭的工作原理將探頭壓入土中時，由于土層的阻力，使探頭受到一定的壓力。土層的強度愈高，探頭所受到的壓力愈大。通過探頭內的阻力傳感器(以下簡稱傳感器)，將土層的阻力轉換為電訊號，然后由儀表測量出來。為了實現(xiàn)這個目的，需運用三個方面的原理，即材料彈性變形的虎克定律、電量變化的電阻率定律和電橋原理。傳感器受力后要產(chǎn)生變形。根據(jù)彈性力學原理，如應力不超過材料的彈性范圍，其應變的大小與土的阻力大小成正比,而與傳感器截面積成反比。因此，只要能將傳感器的應變大小測量出，即可知土阻力的大小，從而求得土的有關力學指標。如果在傳感器上貼上電阻應變片，當傳感器受力變形時，應變片也隨之產(chǎn)生相應的應變從而引起應變片的電阻產(chǎn)生變化，根據(jù)電阻定律，應變片的阻值變化與電阻絲的長度變化成正比，與電阻絲的截面積變化成反比，這樣就能將傳感器的變形轉化為電阻的變化。但由于傳感器在彈性范圍內的變形很小，引起電阻的變化也很小，不易測量出來。為此，在傳感器上貼一組電阻應變片，組成一個電橋電路，使電阻的變化轉化為電壓的變化，通過放大，就可以測量出來。因此，靜力觸探就是通過探頭傳感器實現(xiàn)一系列量的轉換：土的強度—土的阻力—傳感器的應變—電阻的變化—電壓的輸出，最后由電子儀器放大和記錄下來，到達測定土強度和其他指標的目的。2.探頭的結構目前國內用的探頭有三種(如圖4﹣5所示)，一種是單橋探頭，另一種是雙橋探頭。此外還有能同時測量孔隙水壓的兩用〔ps～u〕或三用qc～u～fs)探頭，即在單橋或雙橋探頭的根底上增加了能量側孔隙水壓力的功能。(1)單橋探頭；單橋探頭由帶外套筒的錐頭、彈性元件(傳感器)、頂柱和電阻應變片組成，錐底的截面積規(guī)格不一，常用的探頭型號及規(guī)格見表4﹣2，其中有效側壁長度為錐底直徑的1.6倍。2、標準貫入試驗標準貫入試驗是動力觸探的一種，它是利用一定的錘擊動能(重型觸探錘重63.5kg，落距76cm)，將一定規(guī)格的對開管式的貫入器打入鉆孔孔底的土中，根據(jù)打入土中的貫入阻力，判別土層的變化和土的工程性質。貫入阻力用貫入器貫入土中30cm的錘擊數(shù)N表示(也稱為標準貫入錘擊數(shù)N)。標準貫入試驗要結合鉆孔進行，國內統(tǒng)一使用直徑42mm的鉆桿，國外也有使用直徑50mm的鉆桿或60mm的鉆桿。標準貫入試驗的優(yōu)點在于設備簡單，操作方便，土層的適應性廣，除砂土外對硬粘土及軟土巖也適用，而且貫入器能夠攜帶擾動土樣，可直接對土層進行鑒別描述。標準貫入試驗適用于砂土、粉土和一般粘性土。一、試驗儀器設備標準貫入試驗設備根本與重型動力觸探設備相同，主要有標準貫入器、觸探桿、穿心錘、錘墊及自動落錘裝置等組成。所不同的是標準貫入使用的探頭為對開管式貫入器，對開管外徑51±lmm，內徑35±1mm，長度大于457mm，下端接長度為76±1mm、刃角18°～20°、刃口端部厚1.6mm的管靴；上端接一內外徑與對開管相同的鉆桿接頭，長152mm。見圖4﹣10。二、試驗要點圖4-10標準貫入試驗設備圖4-10標準貫入試驗設備2.采用自動脫鉤的自由落錘法進行錘擊，并減小導向桿與錘間的摩阻力，防止錘擊時其偏心和側向晃動，保持貫入器、探桿、導向桿連接后的垂直度，錘擊速率應小于30擊/min。3.貫入器打入土中15cm后，開始記錄每打入10cm的錘擊數(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50擊，而貫入深度未達30cm時，可記錄50擊的實際貫入深度，按下式換算成相當于30cm的標準貫入試驗錘擊數(shù)N，并終止試驗。(4﹣31)式中：——50擊時的貫入度，cm。4.拔出貫入器，取出貫入器中的土樣進行鑒別描述。3、十字板剪切試驗十字板剪切試驗是將插入軟土中的十字扳頭，以一定的速率旋轉，在土層中形成圓柱形的破壞面，測出土的抵抗力矩，從而換算其土的抗剪強度。十字板剪切試驗可用于原位測定飽和軟粘土(φb=0)的不排水抗剪強度和估算軟粘土的靈敏度。試驗深度一般不超過30m。為測定軟粘土不排水抗剪強度隨深度的變化，十字板剪切試驗的布置，對均質土試驗點豎向間距可取1m，對非均質或夾薄層粉細砂的軟粘性土，宜先作靜力觸探，結合土層變化，選擇軟粘土進行試驗。一、試驗儀器和設備目前我國使用的十字板有機械式和電測式兩種。機械十字板每作一次剪切試驗要清孔，費工費時，工效較低；電測十字板克服了機械式十字板的缺點，工效高，測試精度較高。機械式十字板力的傳遞和計量均依靠機械的能力，需配備鉆孔設備，成孔后下放十字板進行試驗。電測式十字板是用傳感器將土抗剪破壞時力矩大小轉變成電信號，并用儀器量測出來，常用的為輕便式十字板、靜力觸探兩用，不用鉆孔設備。試驗時直接將十字板頭以靜力壓入土層中，測試完后，再將十字板壓入下一層上繼續(xù)試驗，實現(xiàn)連續(xù)貫入，可比機械式十字板測試效率提高5倍以上。見圖4﹣12。圖4-12試驗儀器主要由以下四圖4-121.測力裝置。開口鋼環(huán)式測力裝置。2.十字板頭。國內外多采用矩形十字板頭，徑高比為1:2的標準型。板厚宜為2～3mm。常用的規(guī)格有50mm×100mm和75mm×l50mm兩種。前者適用于稍硬粘性土。圖4﹣13為十字板頭。3.軸桿。一般使用的軸桿直徑為20mm。4.設備。設備主要有鉆機、秒表及百分表等。二、試驗要求及試驗要點〔一〕試驗的—般要求為：1.鉆孔要求平直，不彎曲，應配用Φ33mm和Φ42mm專用十字板試驗探桿。2.鉆孔要求垂直。3.鋼環(huán)最大允許力矩80kN·m。4.鋼環(huán)半年率定一次或每項工程進行前率定。率定時應逐級加荷和卸荷，測記相應的鋼環(huán)變形。至少重復3次,以3次量表讀數(shù)的平均值(差值不超過0.005mm)。5.十字板板頭形狀宜為矩形，徑高比1:2，板厚宜為2～3mm。6.十字板頭插入鉆孔底的深度不應小于鉆孔或套管直徑的3～5倍。7.十字板插入至試驗深度后，至少應靜止2～3min，方可開始試驗。圖4-13十字板頭8.圖4-13十字板頭9.在峰值強度或穩(wěn)定值測試完后，順扭轉方向連續(xù)轉動6圈后，測定重塑土的不排水抗剪強度。10.對開口鋼環(huán)十字板剪切儀，應修正軸桿與土間的摩阻力的影響。(二)試驗要點這里主要介紹機械式十字板剪力儀試驗要點，電測式十字板剪力儀試驗要點可參考以下內容及有關標準。1.在試驗地點，用回轉鉆機開孔(不宜用擊入法)，下套管至預定試驗深度以上3～5倍套管直徑處。2.用螺旋鉆或提土器清孔，在鉆孔內虛土不宜超過15cm。在軟土鉆進時，應在孔中保持足夠水位，以防止軟土在孔底涌起。3.將板頭、軸桿、鉆桿逐節(jié)接好，并用牙鉗上緊．然后下入孔內至板頭與孔底接觸。4.接上導桿，將底座穿過導桿固定在套管上，將制緊螺栓擰緊。將板頭徐徐壓至試驗深度，管鉆不小于75cm，螺旋鉆不小于50cm，假設板頭壓至試驗深度遇到較硬夾層時，應穿過夾層再進行試驗。5.套上傳動部件，用轉動搖手柄使特制鍵自由落入鍵槽，將指針對準任一整數(shù)刻，裝上百分表并調整到零。6.試驗開始，開動秒表，同時轉動手柄，以l0s一度的轉速轉動，每轉一度測記百分表讀數(shù)一次，當測記讀數(shù)出現(xiàn)峰值或讀數(shù)穩(wěn)定后，再繼續(xù)測記1min，其峰值或穩(wěn)定讀數(shù)即為原狀土剪切破壞時百分表最大讀數(shù)εy，(0.01mm)。最大讀數(shù)一般在3～10min內出現(xiàn)。7.逆時針方向轉動搖手柄，拔下特制鍵，導桿裝上搖把，順時針方向轉動6圈，使板頭周圍土完全擾動，然后插上特制鍵，按步驟(6)進行試驗，測記重塑土剪切破壞時百分表最大讀數(shù)εc〔0.01mm)。8.拔下特制鍵和支爪，上提導桿2～3cm，使離合齒脫離，再插上支爪和特制鍵，轉動手柄，測記土對軸桿摩擦時百分表穩(wěn)定讀數(shù)εg，(0.01mm)。9.試驗完畢，卸下傳動部件和底座，在導桿吊孔內插入吊鉤，逐節(jié)取出鉆桿和板頭，清洗板頭并檢查板頭螺絲是否松動，軸桿是否彎曲，假設一切止常，便可按上述步驟繼續(xù)進行試驗。4、扁鏟側脹試驗扁鏟側脹試驗(簡稱扁脹試驗)是用靜力〔有時也用錘擊動力〕把一扁鏟形探頭貫入土中，到達試驗深度后，利用氣壓使扁鏟側面的圓形鋼膜向外擴張進行試驗，測量膜片剛好與板面齊平時的壓力和移動1.10mm時的壓力,然后減少壓力，測的膜片剛好恢復到與板面齊平時的壓力。這三個壓力，經(jīng)過剛度校正和零點校正后，分別以po、p1、p2表示。根據(jù)試驗成果可獲得土體的力學參數(shù)，它可以作為一種特殊的旁壓試驗。它的優(yōu)點在于簡單、快速、重復性好和廉價。故在國外近年開展很快。扁脹試驗適用于一般粘性土、粉土、中密以下砂土、黃土等，不適用于含碎石的土、風化巖等。一、扁脹試驗的根本原理扁脹試驗時膜向外擴張可假設為在無限彈性介質中在圓形面積上施加均布荷載?p，如彈性介質的彈性模量為E．泊松比為μ，膜中心的外移為s，那么(4﹣60)式中：R為膜的半徑(R=30mm)。如把E/(1﹣μ2)定義為扁脹模量ED，s為1.10mm，p1為扁鏟膜中心外移1.10mm時所需的初始壓力，那么式(4﹣60)變?yōu)镋D=34.7?p=34.7(p1﹣po)(4﹣61)而作用在扁脹儀上的原位水平應力為po。水平有效應力p'o與豎向有效應力σvo之比，可定義為水平應力指數(shù)KD：KD=p'o/σvo(4﹣62)式中：p'o=(po﹣uo)，uo為土的原始孔隙水壓力。而膜中心外移1.10mm所需的壓力(p1﹣po)與土的類型有關，定義扁脹(或土類)指數(shù)ID為ID＝(p1﹣po)/(po﹣uo)(4﹣63)可把壓力p2當作初始的孔壓加上由于膜擴張所產(chǎn)生的超孔壓之和，故可定義扁脹孔壓指數(shù)UD為(4﹣64)可以根據(jù)ED，KD，ID和UD確定土的一系列巖土技術參數(shù)，并為路基、淺基、深基等巖土工程問題作出評價。二、扁脹試驗設備扁鏟形探頭的尺寸為長230～240mm、寬94～96mm、厚14～16mm。鏟前緣刃角為12o～16o在扁鏟的一側面為一直徑60mm的鋼膜(圖4﹣19)。探頭可與靜力觸探的探桿或鉆桿連接，對探桿的要求與靜力觸探相同。三、扁脹試驗要點1.試驗時，測定三個鋼膜位置的壓力A，B，C。壓力A為當膜片中心剛開始向外擴張，向垂直扁鏟周圍的土體水平位移0.05(+0.02，﹣0.00)mm時作用在膜片內側的氣壓．壓力B為膜片中心外移達1.10±0.03mm時作用在膜片內側的氣壓。壓力C為在膜片外移1.10mm后，緩慢降壓，使膜片內側到剛啟動前的原來位置時作用在膜片內的氣壓。當膜片到達所確定的位置時，會發(fā)出一電信號(指示燈發(fā)光或蜂鳴器發(fā)聲)，測讀相應的氣壓。一般三個壓力讀數(shù)A，B，C可在貫入后1min內完成。圖4-19扁鏟側脹儀2.由于膜片的剛度，需通過在大氣壓下標定膜片中心外移0.05mm和1.10mm所需的壓力?A和?B，標定應重復屢次．取?A，圖4-19扁鏟側脹儀那么據(jù)壓力B修正為p1(膜中心外移0.10mm)的計算式為p1=B﹣zm﹣?B(4﹣65)式中：zm為壓力表的零讀數(shù)(大氣壓下)。把壓力A修正為po(膜中心無外移時．既外移0.00mm)的計算式為po=.05(A﹣zm﹣?A)﹣0.05(B﹣zm﹣?B)(4﹣66)把壓力C修正為p2：(膜中心外移后又收縮到初始外移0.05mm的位置)的計算式為p2=C﹣zm+?