岩土工程原位测试.docx
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岩土工程原位测试
第二篇：
岩土工程原位测试
目录：
一、原位测试的定义
在天然条件下原为测定岩土体的各种工程性质.由于是在岩土原来所处的位置进行的，因此不需要采取土样，被测土体在进行测试前不会受到扰动而基本保持其天然结构、含水率、原有应力状态,因此所测得的数据比较准确可靠，与室内试验相比，更加符合岩土体的实际情况.
二、原位测试的特点：
优点:
1.可以测得难以取得不扰动土样的土的工程力学性质
2.可以避免取样过程中应力释放的不良影响
3.原位测试的土体影响范围远比室内试验大，因此具有较强的代表性
4.可以节省时间，缩短岩土工程勘察的周期
缺点：
有一定的局限性，比如原位测试具有严格的试用条件，若使用不当会影响其效果，甚至得到错误的结果.
三、几种原位测试的介绍
（一）静力载荷试验
（1）定义
是在拟建建筑场地上，在挖至设计的基础埋置深度的平整坑底放置一定规格的方形或圆形承压板，在其上逐级加载，测定相应荷载作用下的地基土的稳定沉降量，分析研究地基土的强度与变形的特性，求得地基土容许承载力与变形模量等力学数据.
（2）优点：
该方法用于对建筑物地基承载力的确定，比其他测试方法更接近实际；当试验影响深度范围内的土质均匀时,用此方法确定该深度范围内的土的变形模量也比较可靠。
（3）设备构成：
承压板、加荷系统、反力系统、观测系统
（4）适用范围：
根据承压板的形式和设置深度不同,可以将试验分成三种：
1.浅层平板载荷试验,适用于浅层地基土
2.深层平板载荷试验，适用埋深大于3m和地下水位以上的地基土
3。
螺旋板载荷试验，适用于深层地基或地下水位以下的地基土。
（5）试验目的
1确定出地基承载力包括地基的临塑荷载和极限荷载
2推算试验荷载影响深度范围内地基土的平均变形模量
3估算地基土的不排水抗剪强度
4确定地基土基床反力系数
（6）试验原理
通过逐级加载,测得相应的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到p-s荷载沉降曲线,其中曲线划分为三个阶段:
1直线变形阶段：
对应于此线段的最大压力p0称为比例极限,土体处于弹性变形阶段
2剪切变形阶段：
处于临塑压力p0到极限压力pu之间，p—s曲线由直线转变为曲线,土体进入塑性状态并初步连成一个塑性区，土体处于弹塑性阶段
3破坏阶段：
当荷载大于极限压力pu，即使荷载维持不变，沉降也会持续发展、急剧增大,始终达不到稳定标准。
因此，当荷载板的压力≦p0时，地基土的变形认为是弹性的，如果在荷载板的荷载影响深度范围内土层是均匀各向同性介质，则这一阶段的荷载与沉降的关系满足弹性力学公式，从而可以根据p—s曲线的直线段的斜率推出土的变形模量。
（7）试验成果
试验成果：
即两种曲线：
1。
荷载——沉降关系曲线以及各级荷载下的沉降——对数时间关系曲线
（8）应用：
1.确定地基承载力
2。
确定地基土的变形模量
3.确定地基土的基床反力系数
4。
评价地基不排水剪切强度
5.预估地基最终沉降量
6.检验地基处理效果，是否达到地基承载力设计值
（二）静力触探试验
（1）定义：
是利用准静力以恒定的贯入速率将一定规格和形状的圆锥探头通过一系列探杆压入土中，同时测记贯入过程中的探头阻力，根据测得的贯入阻力的大小来间接判定土的物理力学性质的现场试验方法.
（2）优点：
连续、快速、准确、可以在现场直接得到各土层的贯入阻力指标，从而能够了解土层在原始状态下的有关物理力学参数
（3）设备构成：
探头（单桥探头、双桥探头），贯入装置,量测系统
（4）适用范围：
主要适用于粘性土、粉土和中等密实度以下的砂土等土质情况。
对于含有较多碎石、砾石的土和很密实的砂土不适用，总的测试深度不超过80m
（5）试验目的:
1.根据贯入曲线的形态特征或数值变化幅度划分土层
2.评价地基土的承载力
3.估算地基土层的物理力学参数
4.选择桩基持力层、估算单桩承载力,判定沉桩的可能性
5.判定场地土层的液化势
（6）基本原理：
通过一定的机械装置，用准静力将标准规格的金属探头垂直均匀地压入土层中,同时利用传感器或机械量测仪表测试土层对触探头的贯入阻力,并根据测得的阻力情况来分析判断土层的物理力学性质.
（7）试验成果：
1。
单桥探头：
比贯入阻力--深度关系曲线
2。
单桥探头：
锥尖阻力——深度关系曲线、侧壁阻力-深度关系曲线、摩阻力——深度关系曲线
3：
初始孔压——深度关系曲线、孔压随对数时间关系曲线
（8）应用
1.划分土层界限
2.划分场地土的类别
3.评价地基土的强度参数
4.评价地基土的变形参数
5.评价地基土的承载力
6。
预估单桩承载力
7。
评价饱和砂土、粉土的液化势
8.对泥土桩的施工质量进行监测
（三）圆锥动力触探试验
（1）定义
利用一定的落锤能量，将一定尺寸、一定形状的圆锥探头打入土中，根据打入的难易程度来评价土的物理力学性质的一种原位测试方法
（2）优点
设备比较简单，操作方便，适用范围广
（3）设备构成
探头、穿心落锤、穿心锤导向的触探杆
（4）适用范围
同静力触探相比，对于静力触探难以贯穿的碎石土层及密实砂层,甚至较软的岩石都适用，适用范围更广
（5）试验目的:
1.定性划分不同性质的土层；查明土洞、滑动面和软硬土层分界面；检验评估地基土加固改良的效果
2.定量估算地基土层的物理力学参数
3.评价天然地基土的承载力和单桩承载力
（6）基本原理：
一般以打入土中一定距离（贯入度）所需落锤的次数来表示探头在土层中贯入的难易程度。
同样贯入度条件下，锤击数越多,土层阻力越大,土的力学性质越好；反之，越差。
通过锤击数的多少了解土的力学性质，再结合大量对比试验，进行统计分析便可以定量化评估土的物理力学性质
（7）试验成果:
锤击数及锤击数随深度的变化的曲线
（8）应用：
1.按力学性质划分土层
2.确定砂土。
圆砾卵石的孔隙比
3.确定地基土的承载力
4.估算单桩承载力标准值
（四）标准贯入试验
（1）定义：
是一种在现场用63.5kg的穿心锤，以76cm的落距自由落下，将一定规格的带有小型取土筒的标准贯入器打入土中,记录打入30cm的锤击数，以此评价土的工程性质的原位试验
（2）优点及缺点
优点：
具有圆锥动力触探试验所具有的所有优点,另外可以通过贯入器采取扰动土样，可以对土层的颗粒组成情况进行直接鉴别，因此对于土层的分层及定名更为准确、可靠。
缺点：
1。
不能直接测定地基土的物理力学性质，而是通过与其他原位测试手段或室内试验成果进行对比，建立关系式，积累地区经验，才能评价地基土的物理力学性质
2.离散性比较大，只能粗略地评价土的工程性质
（3）设备构成:
贯入器、穿心落锤、穿心锤导向的触探杆
（4）适用范围:
地层适应性广，对不易钻探取样的砂土和砂质粉土尤为适用，当土中含有较大碎石时使用受限制
（5）试验目的:
1.采取扰动土样、鉴别和描述土类，按颗粒分试验结果给土层定名
2.判定饱和砂土、粉土的液化可能性
3.定量估算地基土层的物理力学参数
4.评定天然地基土的承载力和单桩承载力
（6）实验原理：
采用标准贯入器打入土中一定距离（30cm）所需落锤数来表示土阻力的大小，并根据大量的对比试验资料分析进一步得到土的物理力学性质指标
（7）试验成果：
试验点土层的锤击数
（8）应用：
1.判定砂土的密实度
2.评定粘性土的稠度状态和无侧限抗压强度
3.评定砂土的抗剪强度指标φ
4.评定粘性土的不排水抗剪强度Cu
5.评定地基土的承载力
6.评定土的变形参数
7.估算单桩承载力
8.饱和砂土、粉土的液化
（五）十字板剪切试验
（1）定义:
是一种通过对插入地基土中的规定形状和尺寸的十字板施加扭矩，使十字板在土体中等速扭转形成圆柱状破坏面，经过换算评定地基土不排水抗剪强度的现场试验
（2）优点：
不需要采取土样，可以在现场基本保持原位应力状态的情况下进行测试,这对于难以取样的高灵敏度的黏性土来说具有不可替代的优越性
（3）设备构成：
十字板头、传力系统、加力装置、力的测量装置
（4）适用范围：
适用于原位测定饱和软粘土的抗剪强度，所测得的强度值,相当于试验深度处天然土层在原位压力下固结的不排水剪切强度。
（5）实验目的:
1.测定原位应力条件下软粘土的不排水抗剪强度
2.估算软粘土的灵敏度
（6）试验原理:
是将一定高径比的十字板插入待测定土层中,通过转杆对十字板头施加扭矩使其匀速旋转，根据施加的扭矩即可以得到土层的抵抗扭矩，进一步换算成土的抗剪强度
（7）试验成果:
各试验点土的不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵敏度及其随深度变化曲线,抗剪强度与扭转角的关系曲线
（8）应用：
1.计算地基承载
2.估算地基土的灵敏度
3.检测地基加固的效果
4.估算单桩极限承载力
5.估算软土的液性指数
（六）旁压试验
（1）定义：
又称为横压试验，它是通过圆柱状旁压器对钻孔壁施加均匀横向压力，使孔壁土体发生径向变形直至破坏，同时通过测量系统量测横向压力和径向变形之间的关系,进一步推求地基土力学参数的一种原位测试方法。
（2）优缺点:
优点：
1.旁压试验的物理模型为轴对称的圆柱形孔的扩张问题，这个问题的弹塑性理论解已经得到很好的解决
2.可以用来估算原位应力
3.测试方便，不受地下水位的限制,与室内试验相比，具有试样大、代表性强、扰动小的优点
4.具有广泛的适用性，可适用于黏性土、粉土、砂土、碎石土、极软岩、软岩等各类岩土的测试
缺点:
实验结果受成孔质量影响很大
（3）设备构成:
旁压器、加压稳定装置、变形测量装置
（4）适用范围：
具有广泛的适用性,可适用于黏性土、粉土、砂土、碎石土、极软岩、软岩等各类岩土的测试
（5）试验目的：
1.测定土的旁压模量和应力应变关系
2.估算黏性土、粉土、砂土、软质岩石、风化岩石的承载力
（6）试验原理：
旁压试验可理想化为圆柱孔穴扩张问题，属于轴对称平面应变问题。
通过量测每级横向压力下旁压仪测量腔的体积变化得到扩张体积和压力关系曲线（p-v曲线）该曲线分三个阶段：
1.初始阶段：
反映孔壁受扰动后土的压缩和恢复2.似弹性阶段：
压力与体积变化量大致成直线关系3。
塑性阶段:
随着压力增大,体积变化量逐渐增加，最后急剧增大,直至破坏。
测试时，由加压装置通过增压缸的面积转换将较低的气压转换成较高的水压,并通过高压导管传至试验深度处的旁压器，使弹性膜侧向膨胀导致钻孔孔壁受压而产生相应的侧向变形。
其变形量可以由增压缸的活塞位移S确定，压力P由与增压缸相连的传感器测得，得到压力p和位移s之间的关系（或换算为旁压腔的体积变形量v）即旁压曲线
（7）试验成果:
扩张体积和压力关系曲线p-v曲线,根据曲线可得到：
土层的初始压力、临塑压力、极限压力、旁压模量
（8）应用：
1.计算土的压缩模量和变形模量
2.评定地基承载力
（七）扁铲侧胀试验
（1）定义：
将带有膜片的扁铲压入土中预定深度，然后充气使扁铲两侧的膜片向土中侧向扩张，同时测得不同压力下的侧向变形,根据测得的应力应变关系，得到土的模量及其他有关指标
（2）优点：
能比较准确的反映小应变条件下土的应力应变的关系，重复性较好
（3）设备构成：
扁铲探头、探杆、加压贯入装置
（4）适用范围：
最适宜在软弱。
松散土层中进行,随着土的坚硬程度的增长或密实程度的增加，其适用性逐渐减弱，另外测试简单、快速、重复性好、价格低廉
（5）试验目的：
1.划分土类
2.估算静止侧压力系数、不排水抗剪强度、土的变形参数
3.为侧向受荷桩的设计提供所需要的参数
（6）试验原理:
扁铲侧胀试验时，扁铲两侧的膜片对称向外扩张,土体的受力情况与半无限介质表面圆形面积上受均布柔性荷载的问题相似，根据弹性力学公式及所测得指标从而分析确定出岩土的相关技术参数
（7）试验成果：
1.根据各测点的压力读数及率定读数计算相应的修正p值及其随深度的变化曲线
2.各测点的扁胀模量、侧胀水平应力指数、侧胀土性指数、侧胀孔压指数
（8）应用
1.划分土类
2.确定静止侧压力系数
3.估算不排水抗剪强度
4.计算土的变形参数
5.提供侧向受荷桩的设计参数
（八）波速测试
（1）定义：
测定各类弹性波在地基中的传播速度
（2）优点：
成本低、速度快、工效高、相对地层扰动小测试深度大
（3）设备构成：
工程地震仪：
传感器、放大镜、记录器
（4）适用范围：
弹性体:
地基土、大多数岩石
（5）试验目的:
测定地基土中的弹性波传播速度，间接测定岩土体在小变形条件下的动弹性模量、动剪切模量、动泊松比
（6）试验原理根据弹性力学理论得出纵波。
横波、瑞利波在地基中的传播速度和地基土的密度，换算得到地基土的泊松比、弹性模量、剪切模量
（7）试验成果：
各被测土层的弹性波速
（8）应用：
1。
计算小变形条件下的动剪切模量、动弹性模量和泊松比
2。
划分场地类型
3.估算场地土层的固有周期，检验地基土的加固效果
4.判定饱和土是否液化
（九）现场直接剪切试验
（1）定义:
在现场对岩土体施加一定的法向应力和剪应力，使其在剪切面上破坏，从而求得岩土体在种剪切面特别是岩土体软弱结构面上抗剪强度的一种原位测试的方法
（2）优点：
可求得试验对象的抗剪强度和剪切刚度系数，试验结果较室内岩块试验更符合实际情况
（3）设备构成：
试样制备设备、加载设备、传力设备、量测设备
（4）适用范围：
岩体、土体、混凝土与岩体胶结面
（5）试验目的：
测定岩土体特定剪切面的抗剪强度指标
（6）试验原理：
以土为例：
土的现场直接剪切试验原理与室内直接剪切试验原理基本相同,一般是在现场对几个试样（每组不少于3各个）施加不同的法向荷载,待其固结稳定后再施加水平剪力使其破坏，同时记录每个试样破坏时的剪切应力，绘制出破坏剪应力与法向应力的关系曲线，继而得到土体在特定破坏面上的抗剪强度参数（内摩擦角、黏聚力）
（7）试验成果及应用:
1。
剪切应力与剪切位移关系曲线（确定出一定法向应力下剪切破坏面上的峰值抗剪强度和残余强度）
2。
抗剪强度与法向应力关系曲线（确定剪切面上、土体内的内摩擦角和粘聚力
3.绘制出剪应力与垂直位移关系曲线，求得土体的剪胀强度
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