《平板载荷试验》PPT课件.ppt

岩土工程测试与监测,Yan-feng Zhuang,Associate Professor in Geotechnical EngineeringSchool of Civil Engineering Wuhan UniversityWuhan 430072,岩土工程勘察（可行性研究、初勘、详勘和施工勘察）岩土工程设计（地基基础、地基处理、基坑支护、工程降水、边坡和滑坡治理设计等）岩土工程施工岩土工程监理岩土工程监测岩土工程检测,原位测试：从广义上讲，包括原位检测和原位试验两部分，即指在被测试对象的原始位置，在不破坏、不扰动或少扰动被测试或检测对象原有（天然）状态的情况下，通过试验手段测定特定的指标，进而评价被测试对象的性能和状态。从狭义上讲，原位测试是指利用一定的试验手段在天然状态（天然应力、天然结构和天然含水量）下，测试岩土的反应或一些特定的物理、力学指标，进而依据理论分析或经验公式评定岩土的工程性能和状态。原位测试技术是岩土工程中的一个重要分支，它不仅是岩土工程勘察的重要组成部分和获得岩土体设计参数的重要手段，而且是岩土工程施工质量检验的主要手段，并可用于施工过程中岩土体物理、力学性质及状态变化的监测。,原位测试方法,岩土工程勘察规范（GB5002l-2001）所列的原位测试方法有：载荷试验、静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、现场直接剪切试验、波速测试、岩体原位应力测试和激振法测试。载荷试验承载力 静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验触探试验 十字板剪切试验、直接剪切试验剪切试验 旁压试验、扁铲侧胀试验侧胀试验 声波测试、弹性波波速测试、激振法测试动力参数测试,原位测试优缺点,载荷试验（P1ate Load Test，简称PLT）：是在现场通过一定面积的刚性承压板向地基逐级施加荷载，测定天然地基、单桩或复合地基的沉降随荷载的变化，借以确定地基土的承载能力和变形特征的现场试验。,载荷试验,平板载荷试验,Plate Loading Test,oa段：,载荷试验的适用条件浅层平板载荷试验 适用于地表浅层地基土（包括各种填土和碎石土）深层平板载荷试验 适用于埋深等于或大于3.0m和地下水位以上的地基土螺旋板载荷试验 适用于深层地基或地下水位以下的土层载荷试验的优点 对地基土不产生扰动，确定地基承载力最可靠、最具代表性，可直接用于工程设计，还可用于预估建筑物的沉降量，对大型工程、重要建筑物，载荷试验一般不可少，是世界各国用以确定地基承载力的最主要方法，也是比较其它原位测试成果的基础。,载荷试验,浅层平板静力载荷试验的基本原理,载荷试验,平板载荷试验,糯扎渡现场碾压平板载荷试验,现场载荷试验,按地基载荷试验确定地基的承载力特值,载荷试验,（1）直线变形阶段 p-s呈线性关系 p0比例界限压力（2）剪切（塑性）变形阶段 p-s关系为曲线，斜率逐渐变大 pu极限压力（3）破坏阶段 当荷载大于极限压力pu，即使荷载维持不变，沉降也会持续发展或急剧增大，始终达不到稳定标准。,载荷试验,典型的平板载荷试验p-s曲线,浅层平板静力载荷试验的仪器设备,载荷试验,承压板 承压板是模拟建筑物的基础，将施加的荷载通过承压板传递给地基土，其刚度和尺寸应与建筑物基础接近。承压板的刚度要求容易达到，可采用加肋的厚钢板、铸铁板、混凝土板或钢筋混凝土板，常用的是加肋钢板。无论选用什么样材质的承压板，都要求承压板具有足够的刚度、板底平整光滑、板的尺寸中心和传力重心一致、搬运和安装方便，在使用过程中不易变形。承压板的形状有圆形和方形的两种，也有根据试验的具体要求采用矩形承压板。,承压板的尺寸要与实际基础接近则难于达到，因为承压板的面积太大，对设备的质量要求也越高；而承压板面积过小，则影响地基土的沉降量和极限荷载值。一般来说，地基土的极限荷载会因承压板的宽度或直径b过小而降低（s增大），但b值过大极限荷载增加也不明显，因此，在确定承压板尺寸时，既不能过小，也不必太大。由于承压板的尺寸大小对评定地基土承载力有一定的影响。为统一试验条件，使试验结果具有可比性。我国的大部分勘察规范规定承压板面积以0.25-0.50 为主，另外还有0.1和1.0。,载荷试验,选择承压板尺寸时，可根据地基土质情况，强度低、变形大的土层宜采用大尺寸的承压板；强度高、变形小的土层则采用小尺寸的承压板。一般情况下，可参照下面的经验值选取：（1）对于软土、新近沉积土和人工填土，或用载荷试验确定黄土湿陷性时，承压板尺寸不应小于0.50；（2）对于一般粘性土地基，常用0.25-0.5 的承压板；（3）对于碎石类土，承压板直径（或宽度）应为最大碎石直径的1020倍；（4）对于岩石类土或均质密实土，如老粘土或密实砂土，以0.10 为宜.,载荷试验,加荷系统 加荷系统是指通过承压板对地基土施加额定荷载的装置。常见有四种类型：重物加荷装置 油压千斤顶加荷装置重物、机械、液压放大加荷装置电控稳压式加荷装置,载荷试验,反力系统 除重物加荷装置外，其它加荷装置均需反力系统配套。载荷试验的反力可由重物、地锚或地锚与重物联合提供。然后再与梁架组合成稳定的反力系统。当在岩体内（如探坑或探槽）进行载荷试验时，可以利用围岩提供所需要的反力。锚固式反力系统中，地锚个数应确保有足够的抗拔力，以免试验中间被拔起。反力梁亦应有足够的刚度。,载荷试验,坚硬岩土体内载荷试验反力系统示意图（撑壁式和平洞式）,常见的载荷试验反力与加载布置方式1承压板；2千斤顶；3木跥；4钢梁；5钢锭；6百分表；7地锚；8桁架；9立柱；10分力帽；11拉杆；12载荷台；13混凝土；14测点（ad为千斤顶加载方式，e和f为重物加载方式）,量测系统 测量地基土沉降和承压板周围地面变形的量测系统由观测支架和测量仪表两部分组成。观测支架用来固定量测仪表，由支撑柱、基准梁及其它附件等组成；测量仪表有百分表、位移计、位移传感器等。,载荷试验,试坑的尺寸及要求 试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的3倍。试坑底部的岩土应避免扰动，保持其原状结构和天然含水量，在承压板下铺设不超过20 mm的砂垫层找平，并尽快安装设备。承压板的尺寸 载荷试验宜采用圆形刚性承压板，根据土的软硬或岩体裂隙密度选用合适的尺寸。对于强夯处理后的场地的地基强度测定，有时要求承压板的面积应大于1.0m1.0 m。岩石载荷试验承压板的面积不宜小于0.07。,载荷试验,浅层平板静力载荷试验的试验技术要求,位移量测系统的安装,载荷试验,基准梁的支撑柱或其他类型的支点应离承压板和地锚一定的距离，以避免再试验过程中地表变形对基准梁的影响。支撑柱与承压板中心的距离应大于1.5d（d为边长或直径），与地锚的距离应不小于0.8m。基准梁架设在支撑柱上时，不应两端固定，以避免由于基准梁杆热胀冷缩引起沉降观测的误差。沉降测量元件应对称地布置在承压板上，百分表或位移传感器的测头应垂直于承压板设置。,载荷试验,加载方式一般采用分级维持荷载沉降相对稳定法（通常称为慢速法）；有地区经验时，也可采用分级加荷沉降非稳定法（通常称为快速法）或等沉降速率法。加荷等级宜取1012级，并不应小于8级。最大加载量不应小于地基土承载力设计值的2倍，荷载的量测精度应控制在最大加载量的1以内。第一级荷载（包括设备自重）宜接近挖除土柱的自重，其相应沉降不计。对软土地基每级荷载增量10-25kPa；对一般粘性土和中密砂土地基25-50kPa；对坚硬粘性土、密实砂土和碎石土50-100kPa。,载荷试验,加载方式及加荷等级,慢速法：对于土体，每级荷载施加后，间隔5min、5min、10min、10min、15min、15min测读一次沉降，以后间隔30min测读一次沉降，当连续2h、且每小时沉降量不大于0.1mm时，可认为沉降已达到相对稳定标准，施加下一级荷载；对于岩体，间隔lmin、2min、2min、5min测读一次沉降，以后每隔10min测读一次，当连续三次读数之差小于或等于0.01mm时，认为沉降已达到相对稳定标准，可施加下一级荷载。快速法：每加一级荷载按间隔15min观测一次沉降。每级荷载维持2h，即可施加下一级荷载。最后一级荷载可观测至沉降达到上述沉降相对稳定标准或仍维持2h。等沉降速率法：控制承压板以一定的沉降速率沉降，测读与沉降相应的所施加的荷载，直至试验达到破坏阶段。,载荷试验,沉降观测和稳定标准,载荷试验一般应尽可能加荷到试验土层破坏，然后终止试验。当出现下列情况之一时，认为地基已达到破坏阶段，可终止试验：（1）承压板周边的土体出现明显侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；（2）本级荷载的沉降量急剧增大（大于前级荷载沉降量的5倍），p-s曲线出现陡降段；（3）在某级荷载下24h沉降速率不能达到相对稳定标准；（4）总沉降量与承压板直径（或宽度）之比超过0.06。,载荷试验,试验终止条件,原始资料整理 载荷试验原始资料包括沉降观测、荷载等级和其他与载荷试验相关的信息，如承压板形状、尺寸、载荷点的试验深度、试验深度处的土性特征，以及沉降观测百分表或传感器在承压板上的位置等（一般以图示的方式标注在记录表上）。在试验过程中，应对原始记录数据及时检查，试验结束后再进行全面检查整理。,载荷试验,浅层平板静力载荷试验的试验资料整理,慢速法的试验资料整理绘制p-s曲线p-s曲线的修正 绘制s-lgt曲线和1g p-lg s曲线 确定比例界限压力（p0）确定极限界限压力（pu）,载荷试验,（1）图解法 适用于开始的一些观测点（p，s）基本在一条直线上。将p-s曲线上的各点同时沿s（沉降）坐标平移s0，使p-s曲线的直线段通过原点。,1 载荷试验,（2）最小二乘法 对于已知p-s曲线开始一段近似为一直线（即p-s曲线具有直线段和拐点），用最小二乘法求出最佳回归直线的方程式。假设p-s曲线的直线段可以用下式来表示：s修正后的沉降数据。,载荷试验,对于圆滑型或不规则型的p-s曲线（即不具有明显的直线段和拐点），可假设其为抛物线或高阶多项式表示的曲线，通过曲线拟合求得常数项，即so，然后按 对原始数据进行修正。,慢速法的试验资料整理绘制p-s曲线p-s曲线的修正 绘制s-lgt曲线和1g p-lg s曲线 确定比例界限压力（p0）确定极限界限压力（pu）,载荷试验,比例界限压力可用p-s曲线或lg p-lg s曲线（直线段不明显时）中的第一个拐点确定。,载荷试验,慢速法的试验资料整理绘制p-s曲线p-s曲线的修正 绘制s-lgt曲线绘制1g p-lg s曲线 确定比例界限压力（p0）确定极限界限压力（pu）,载荷试验,确定极限界限压力的方法有：（1）当试验荷载加荷至破坏荷载时，取破坏荷载的前一级荷载为极限界限压力；（2）用p-s、1g p-lg s、p-s/p等曲线的第二个拐点；（3）当试验荷载未加荷至破坏荷载时，可用外插作图法确定。,载荷试验,载荷试验,快速法的资料整理（1）假设s与ln(t+1)为直线关系，即sn=n+nln(tn+1)式中sn 第n级荷载下外推的稳定沉降量（mm）；tn第n级荷载下外推的稳定沉降时间（h）；n、n分别为第n级荷载下sln(t+1)直线的截距与斜率。根据第n级荷载下2h内的s-t观测值，按下式计算n、n值：式中si第n级荷载下第i次沉降观测值中扣除了s0后的沉降量（mm）；ti第n级荷载下第i次沉降观测值中扣除了s0后的沉降观测时间（h）。,载荷试验,（2）由下式计算沉降速率达到相对稳定标准的时间tw及沉降量sw，当tw不是30min的倍数时，可将其增大为30min的倍数。sw=n+nln(ti+1)利用上式进行计算时，相对稳定标准为每小时沉降量s小于0.1mm。（3）为了使快速法的成果与常规法取得一致，必须从施加第二级荷载开始，从沉降观测值中扣除其以前各级沉降未稳定而产生的残余沉降的影响。残余沉降量的计算公式为：式中 第n级荷载下第i次沉降观测值中应扣除的残余沉降量（mm）；m第n级荷载前的荷载级数（m=1,2,n-1）;t沉降观测的时间间隔（min）；N每级荷载下的沉降观测次数；n荷载级数。（4）第n级荷载下第i次沉降观测值 扣除 后为沉降修正值sni：sni,载荷试验,浅层平板静力载荷试验的试验成果应用 确定地基土的承载力（1）比例界限压力法（2）极限压力法 当pu小于对应的p0荷载值的2倍时，取pu的一半作为f k。（3）相对沉降法，f k不应大于最大加载量的一半。确定地基土的承载力时，同一土层参加统计的试验点数不应小于3个，当各试验点实测的承载力的极差（即最大值与最小值之差）小于平均值的30时，取其平均值作为该土层的承载力特征值。,载荷试验,f k=p0,f k=pu/K（K一般取2）,f k=p0.010.015,f k=p0 或 f k=pu/K 或 f k=p0.010.015,确定地基土的变形模量 I0刚性承压板的形状系数；对于圆形刚性板，I0=0.785；对于方形承压板，I0=0.886；土的泊松比(碎石土取0.27,砂土0.30,粉土0.35,粉质粘土0.38,粘土 0.42)。预估地基的最终沉降量sj 砂土地基：粘性土地基：式中s与建筑物基底压力对应的承压板沉降量；B基础短边宽度；b承压板直径或宽度。,载荷试验,估算地基土的不排水抗剪强度cu 式中 pu极限压力（kPa）；地基土的重度（kN/m3）；h试验深度（m）。Nc计算系数，对方形、圆形承压板，无超载时，Nc=6.15；承压板埋深大于或等于4倍承压板直径或宽度时，Nc=9.25；其他值用内插法。另外，载荷试验可以检验地基处理效果，判断黄土湿陷性和湿陷起始压力等。,载荷试验,螺旋板载荷试验简介 将一螺旋形承压板旋入地下试验深度，通过传力杆对螺旋板施加荷载，观测螺旋板的沉降，以获得荷载沉降时间关系，然后根据理论公式或经验关系式获得地基土参数的一种现场测试技术。通过螺旋板试验可以确定地基土的承载力、变形模量、基床系数和固结系数等参数。,载荷试验,YDL型螺旋板载荷试验装置1横梁；2千斤顶；3百分表及表座；4基准梁；5立柱；6传力杆；7力传感器；8螺旋板；9地锚,Screw Plate Compressometer,螺旋板压缩试验（SPC）,螺旋载荷板,54,Pressuremeter,旁压试验,将圆柱形探头插入地基土中，在探头的空腔中加压力水，量测施加压力p与探头体积v间的关系,55,岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）(2009年版)10.8-扁铲侧胀试验,概述 静力触探试验Static Cone Penetration Test(简称CPT)是通过一系列探杆用准静力将一个内部装有传感器的触探头匀速压入到土中，同时测记贯入过程中探头所受到的阻力，根据测得的贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的现场试验方法。1932年由荷兰人发明，又称为荷兰锥（Dutch Cone）试验。既是一种原位测试方法，又是一种勘探手段。,静力触探试验,静力触探示意图及其曲线,触探参数随深度的变化曲线 包括：qch、fsh、uh、FRh,适用土层：适应于软土、一般粘性土、粉土、砂类土和含有少量碎石的土层。优点：具有快速、准确、省时、省力、清洁、经济等优点，而且可连续获得地层的强度和其他方面的信息，不受取样扰动等人为因素的影响。这对于地层变化较大的复杂场地以及不易取得原状土样的饱和砂土、砂质粉土和高灵敏性软土地层的勘察，具有独特的优越性。缺点：不能直接识别土层，对碎石类土和密实的砂层难以贯入，有时需钻探与其配合才能完成工程地质勘察任务。,静力触探试验,仪器设备,静力触探试验,贯入装置探头 量测仪表,贯入装置液压式静力触探机（总贯入力1020t）手摇链条式静力触探机（总贯入力23t）电动机械式静力触探机（最大45t，个别达10t）,2 静力触探试验,WSY-15液压式静力触探机,仪器设备,静力触探试验,贯入装置探头 量测仪表,探头（地层阻力传感器）单桥探头（ps）双桥探头（qc，fs）多用探头（孔压、波速、旁压触探头，还有能测温、测斜、测地磁、土壤电阻或pH值等的探头）,静力触探试验,静力触探试验,单桥探头结构示意图,双桥探头结构示意图,1-锥尖；2-O型密封圈；3-电阻丝片；4-变形柱；5-摩擦筒；6-密封圈；7-加强筒；8-垫圈；9-密封圈；10-接头；11-支座；12-顶柱；13-胶垫；14-螺母,仪器设备,静力触探试验,贯入装置探头 量测仪表,量测仪表电阻应变仪（数字式）自动记录仪（电子电位差）数据采集仪（微电脑）,静力触探试验,微电脑,无绳静力触探试验系统（GeoMil公司）无绳的静力触探探头和记录系统，包括静力触探探头、麦克风、深度记录装置、计算机接口箱、笔记本电脑和打印机。,静力触探试验,利用无线电波将数据从探头传送到地面 无线电波从钻杆中的孔洞传播 数据容量大约是基于无电缆声波传输的1000倍 还可以完成无电缆的 试验或者传输安装在探头上的摄像头所拍摄的图片,静力触探试验原理 探头的工作原理 主要采用电阻应变式测试技术，应用虎克定律、电阻定律和电桥原理。其工作原理是地层阻力变化空心柱变形电阻应变片变形、电阻阻值变化电压变化量测仪表放大、显示、储存。,静力触探试验,静力触探试验原理 试验的贯入机理 对于qc和fs，都存在“临界深度”的问题。土的密实度愈大、探头直径愈大，“临界深度”也愈大，一般fs的临界深度比qc的要小。破坏机理与探头的几何形状、土类和贯入深度有关。当探头上端等径（标准探头）时，在松砂中贯入为刺入破坏，探头阻力取决于土的压缩性；而在一般土和较密实的砂土中，小于“临界深度”时，以剪切破坏为主，达到“临界深度”以后，由于土的侧向约束应力增大，土中一般不会出现整体剪切破坏，探头下的土体强烈压缩，有时甚至发生土粒压碎，并发生局部剪切。圆锥探头在贯入时，在土周围及底部土中会形成一定的扰动区。在软粘土中土体的扰动使强度降低；在松砂中土体的扰动使土被挤压密实，强度反而提高；在密实砂中砂粒甚至被压碎。,静力触探试验,静力触探试验的贯入机理是个很复杂的问题，且影响因素较多。目前土力学还不能完善地从理论上解析圆锥探头与周围土体间的接触应力分布及相应的土体变形问题。已有的近似理论分析分为承载力理论分析、孔穴扩张理论分析、基于变形控制的球穴扩张理论和应变路径法等。承载力理论分析大多借助于单桩承载力的半经验分析，这一理论把贯入阻力视为探头以下的土体受圆锥头的贯入产生整体剪切破坏，因此，承载力理论分析适用于临界深度以上的贯入情形。孔穴扩张理论分析的基本假设为：探头在均质各向同性无限土体中的贯入机理与圆球及圆柱体孔穴扩张问题相似，并将土看作可压缩的塑性体，球穴扩张可作为第一近似解。因此，孔穴扩张理论分析适用于压缩性土层。迄今还没有一种理论能圆满地解释静力触探的贯入机理。在实际工程中，常用一些经验关系把贯入阻力与土的物理力学性质联系起来，建立经验公式；或根据对贯入机理的认识做定性的分析，在此基础上建立半经验半理论公式。,静力触探试验,试验技术要求 圆锥探头锥底截面积应采用10cm2或15cm2，单桥探头侧壁高度应分别采用57mm或70mm，双桥探头侧壁面积应采用150300cm2，锥尖锥角应为60；探头应匀速垂直压入土中，贯入速率为1.2m/min；探头测力传感器应连同仪器、电缆定期标定，探头标定测力传感器的非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度漂移、归零误差均应小于1FS，现场试验归零误差应小于3，绝缘电阻不小于 500M；深度记录的误差不应大于触探深度的1；当贯入深度达到30m，或穿过厚层软土后再贯入硬土层时，应采取措施防止孔斜或断杆，也可配置孔斜探头，量测触探孔的偏斜角，校正土层界线的深度。,静力触探试验,试验资料整理 原始资料的整理电阻应变仪的原始资料整理（1）初读数修正 应变量（）=应变仪读数（）应变仪初读数（0）0的变化主要有温度变化引起，每隔一定深度测记一次0。（2）贯入阻力的计算 ps=kpp q c=kqq fs=kff kp、kq、kf分别为ps、qc、fs传感器的标定系数；p、q、f分别为ps、qc、fs传感器的应变量或输出电压。（3）摩阻比的计算 摩阻比Rf是同深度的fs与qc之比，以百分数表示：,静力触探试验,自动记录仪的原始资料整理（1）贯入深度修正 当角机轮与触探杆靠得不紧，轮上、探杆上有泥土或角机轮磨损等原因，造成记录深度（贯入长度）与实际深度有出入时，应将深度误差沿深度进行线性修正。（2）零漂修正 当零漂变化不大时，按归零检查的深度间隔按线性内插法对测试值加以修正。（3）曲线形状修正 对于非连续贯入触探仪，往往发现每一行程结束和新的行程开始时（贯入间歇），曲线形状出现台阶状或喇叭口状。修正时，一般以贯入间歇之前的曲线位置为准，顺应曲线变化趋势，将曲线圆滑地连接起来。,静力触探试验,绘制与分层绘制静力触探曲线（ps-h、qc-h、fs-h、Rf-h），然后结合勘探资料或地区资料，对地基土层进行分层和连线。绘制曲线：h方向比例尺为1：100或1：200；ps或qc用1cm代表0.5、1、2Mpa；fs用1cm代表5、10、20kpa；Rf用1cm代表1%或2%。分层方法：用静力触探试验分层是一种力学分层方法，分层应先考虑静探曲线形态的变化趋势，以qc为主，结合Rf和地区经验进行分层。分层界线：触探头从一土层进入另一土层时，曲线会出现一过渡段，即存在“超前”和“滞后”问题。如过渡段的土层厚度不大（10-30cm），分层界线可选在过渡段的中点；如过渡段土层较厚，由软变硬时将界线放在过渡段的中下方，由硬变软时则将界线放在中上方，或将过渡段单独分层。计算单孔分层贯入指标：对一般地层，单孔分层平均贯入阻力可用算术平均法或面积法计算。计算时，变层附近过渡段及较薄的贯入阻力峰谷值等不予考虑。,静力触探试验,确定场地触探指标 场地勘察时，应给出场地每一土层的触探指标，并以此进行地基评价。场地触探指标的选择要考虑勘察阶段、场地复杂程度、工程重要性和指标分散程度等。在详勘阶段，对土质比较均匀，指标分散性较小或一般建筑物，可用加权平均值作为场地触探指标。如统计比贯入阻力，则 场地分层土的平均比贯入阻力；n参与统计的静探孔数；j场地土的分层号；psij第i孔第j层土的比贯入阻力；hij第i孔第j层土的厚度。在详勘阶段，对土质不均匀，指标分散性较大或重要建筑物，一般采用最小平均值作为场地触探指标：场地分层土的比贯入阻力最小平均值；psmin场地参与统计静探孔中最小的分层贯入阻力。,静力触探试验,影响因素贯入速率 一般情况下，贯入阻力随贯入速率的增加而增大，但在一定速率范围之内这种影响较小，标准贯入速率为1.2m/min，允许变化范围在25%之内。探头结构型式与尺寸 主要是单、双桥探头的结构及双桥探头的几何形状和尺寸不同，影响贯入阻力值。对于双桥探头，侧壁摩擦筒长度增大，qc增大，fs减小；摩擦筒与探杆外径小于探头底面直径时，测得的qc偏小。随着探头底面积的增加，贯入阻力减小，但引起的尺寸效应不是很大。临界深度 开始贯入时，qc和fs随深度增加而增加，到一定深度后，qc和fs均达到极限值，不再增加或增加不明显，该深度即为临界深度。临界深度随土的密实度和探头直径的增大而增大。一般情况下，fs的临界深度比qc的要小。,静力触探试验,孔隙水压力 饱和土体中，探头在贯入时会引起土体中孔隙水压力的变化，超孔压的产生对土强度和静探试验指标是有影响的，其影响程度因土的排水条件和贯入速率而异。一般认为，贯入速率20 mm/s还不是完全不排水条件；5mm/s的贯入速率相当于排水条件；50 mm/s的贯入速率相当于不排水条件。温度的影响 静力触探所用的传感器多属电阻应变式的，温度的变化会产生电阻值的变化，进而产生零位漂移。产生温度变化的原因有：（1）标定时的温度与地温的差异；（2）量测时应变片通电时间过长，会产生电阻热；（3）贯入过程中与土（特别是砂）摩擦产生的热；（4）传感器反复变形产生的应力热。探孔（探头）的偏斜 探孔或探头的偏斜会对试验结果造成两方面的影响：一是贯入探杆的长度无法反映实际贯入深度，分层界线不准，使土层变厚及埋深增大；二是探头的倾斜也会使测得的土层阻力严重失真。,静力触探试验,试验成果应用（1）划分土层、确定土的类别 根据静探曲线的形态，利用qc并结合Rf，划分纯净的砂层和厚层土的类别较容易可靠。双桥探头可同时获得qc和fs，且不同土层的qc和Rf值很少一样，例如，砂的qc值一般很大，Rf通常小于或等于1%；均质粘性土qc一般较小，而Rf常大于2%。,静力触探试验,利用双桥静力触探结果判别土类,根据贯入曲线特征和参数值大小，结合下述土类划分的具体标准进行下一步工程地质分层。如图 A硬壳层；B非粘性土表层；C软粘土；D砂填土；E中密粉土，砂；F密实粉砂，砂或砾石；G密实砾石或冰碛土；H向冰碛土过渡；J粘土与砂土互层：K粉砂；L冰碛粘土,各土层锥头阻力曲线特征,（2）确定地基土的承载力特征值（fak）主要利用经验公式来确定地基土的承载力特征值，不同地区不同土类所采用的经验公式不一样。如西安地区的黄土所采用的经验公式有：fak=87.8ps24 kPa（西安综勘）fak=98ps19 kPa（西安一机勘）fak=80ps31 kPa（长安大学），采用双桥探头时，用公式ps=qc+6.41fs 将qc和fs换算成ps。,静力触探试验,（3）估算单桩的承载力 建筑桩基设计技术规范（JGJ94-2008）规定，对于一级建筑物，单桩竖向极限承载力标准值应采用现场载荷试验，并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定；对于二级建筑物，应根据静力触探、标准贯入、经验参数等估算，参照相同地质条件试桩资料综合确定。,静力触探试验,根据单桥探头静探成果确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验，可按下式计算：,静力触探试验,静力触探试验,当根据双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验，可按下式计算：式中 fsi第i层土的探头平均侧阻力；qc桩端平面上、下探头阻力，取桩端平面以上4d（d为桩的直径或边长）范围内按土层厚度的探头阻力加权平均值，然后再和桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均；a桩端阻力修正系数，粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2；i第i层土桩侧阻力综合修正系数，按下式计算：粘性土、粉土:砂土：注：双桥探头的圆锥底面积为15cm2，锥角60，摩擦套筒高21.85cm，侧面积300 cm2。,静力触探试验,（4）砂土液化判别饱和砂土液化临界比贯入阻力ps的计算公式：式中 du 上覆非液化土层厚度（m）；dw地下水位深度(m)；ps0液化判别饱和砂土比贯入阻力临界值（du=2.0m，dw=2.0m），按表2-18取值。ps0取值参照表当实测砂土的比贯入阻力小于按上式计算的临界值时，判为液化；反之，判为不液化。,静力触探试验,（5）其它应用 确定土的变形参数、粘性土的不排水强度、检验地基处理质量（主要是检验压实填土的密度和均匀程度）、判定土质滑坡的滑动面、土洞和冻融土强度等。,静力触探试验,（1）砂类土：CPT可以确定砂土内摩擦角、相对密实度 Dr，下面以铁道部静探规范（TBJ3793）为例说明。,砂土的内摩擦角,石英质砂土的相对密度,（2）粘性土：CPT可以确定粘性土的内聚力C和内摩擦角、软粘土的不排水抗剪强度 Cu和灵敏度 St，判断粘性土的稠度状态，求解粘性土地饱和重度sat、压缩模量Es 及变形模量E0 等。求粘性土的内聚力C和内摩擦角：孟高头作者在大量工程实践的基础上，将双桥静力触探成果（qc和 fs）和室内直剪（或三轴）试验成果（C和）进行统计分析，结果发现：土的内摩擦角的正切函数与锥尖阻力的平方根之间呈现良好的线性相关：,对于粘性土，C与 之间存在着如下关系式：式中，a、b为系数，与土类有关。当16 fs80kPa时，a12.14，b32.77；当1 fs9时，a 5.47，b3.80。确定粘性土的不排水抗剪强度：一般按 式求粘性土不排水抗剪强度。NK经验系数，NK随软粘土灵敏度的增高而降低，一般为510。,求饱和重力密度sat：粘性土饱和重力密度值取决于土粒相对密度，而d和土的密实度呈正相关（西南交大研究成果），则和 Ps也呈正相关，由此可得：,当0.2 Ps2.5（MPa）,当2.5 Ps6.9（MPa）,求土的压缩模量：压缩模量值愈高，表明土的压缩性愈低。铁道部规范（TBJ3793）中给出了由单桥静力触探确定土压缩模量地表格。,按比贯入阻力 Ps确定地基土压缩模量,动力触探,动力触探测试（DPT：dynamic penetration test）是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入土中一定深度的锤击数（或以能量表示）来判定土的性质，并对土进行力学分层的一种原位测试方法。动力触探技术是一种主要的土的原位测试方法，在国内、外应用极为广泛，特别是在日本，几乎把动力触探技术当作一种万能土工勘测手段。动力触探技术具有的独特优点可简述如下：（1）设备简单，且坚固耐用；（2）操作及测试方法容易，一学就会；（3）适应性广，砂土、粉土、砾石土、软岩、强风化岩石及粘性土均可（如CPT不适用的砾石土等，可选用DPT）；（4）快速，经济，能连续测试土层；（5）有些动力触探测试（如标准贯入），可同时取样，观察描述；（6）应用历史悠久，积累的经验丰富，如已分别建立了动力触探锤击数与土层力学性质之间的多种相关关系和图表，使用方便；在评价地基液化势方面的经验也得到了广泛应用。动力触探测试方法，可以归为两大类，即标准贯入测试和圆锥动力触探测试。后者根据所用穿心锤的重量将其分为轻型、重型及中型动力触探试验（参见常用的动力触探类型及规格表）。一般将圆锥动力触探测试简称动力触探或动探，将标准贯入测试简称标贯。穿心锤的锤重动能大，可击穿硬土；锤小动能小，可击穿软土，又能得到一定锤击数，使测试精度提高。轻型适用于一般粘性土及素填土，特别适用于软土；重型适用于砂土及砾砂土；超重型适用于卵石、砾石类土。,动力触探测试法的仪器设备,虽然各种动力触探试验设备的重量相差悬殊，但其仪器设备却大致相同（如图）。以目前应用的机械式动力触探为例，一般可分为六部分。1导向杆。2提引器（分内挂式和外挂式两种）：（1）内挂式提引器（提引器挂住重锤顶帽的内缘而提升），它是利用导杆缩径，使提引器内的活动装置（刚球、偏心轮或挂钩等）发生变位，完成挂锤、脱钩及自由下落的往复过程。（2)外挂式提引器（提引器挂住重锤顶帽的外缘而提升），它是利用上提力完成挂锤，靠导杆顶端所设弹簧、锥套或凸块强制挂钩张开，重锤自由下落。80年代前采用手拉绳提锤、放锤；现在多采用自动脱钩式自动放锤。3穿心锤，钢质圆柱形，高径比1：11：2，中心圆孔直径比导杆外径大34mm。4锤座（包括钢砧与锤垫）。5探杆，轻型25mm；中型33.5mm；重型4250mm；超重型5063mm6探头，从国际上看，外形多为圆锥形，锥角广泛使用的是60和90两种。我国常用探头直径约5种，锥角基本上只有60一种。,轻型动力触探仪（单位：mm）1穿心锤；2钢砧与锤垫；3触探杆；4圆锥探头；5导向杆,表1-108 圆锥动力触探类型,GB5002194规范规定，动力触探测试成果分析应包括下列内容：（1）单孔动力触探应绘制动探击数与深度曲线或动贯入阻力与深度曲线，进行力学分层。（2）计算单孔分层动探指标平均值时，应剔除超前或滞后影响范围内及个别指标异常值。（3）当土质均匀，动探数据离散性不大时，可取各孔分层平均动探值，用厚度加权平均法计算场地分层平均动探值。（4）当动探数据离散性大时，宜采用多孔资料或与钻探资料及其它原位测试资料综合分析。（5）根据动探指标和地区经验，确定砂土孔隙比、相对密度，粉土、粘性土状态，土的强度、变形参数，地基土承载力和单桩承载力等设计参数；评定场地均匀性，查明土坡、滑动面、层面，检验地基加固与改良效果。,按每阵击贯入量换算成N63.5 的曲线,h贯入深度；hcr临界深度；hr有效厚度,按每贯入10cm时的 N63.5 的曲线,图a,图b,标准贯入测试,标准贯入测试（Standard penetration Test）：简称标贯（SPT）：是动力触探测试方法的一种，63.5kg的穿心锤自0.76m高处自由下落，撞击锤座，通过探杆将标准贯入器贯入孔底土层中，记录贯入0.30m的锤击数，用来测试土层物理力学参数的一种测试方法。标准贯入测试其设备规格和测试程序在世界上已趋于统一，它和圆锥动力触探测试的区别，主要是探头不同。标贯探头不是圆锥形，而是空心圆柱形，即常称的标准贯入器，如图37所示。在测试方法上也不同，标贯是间断贯入，每次测试只能按要求贯入0.45m，只计贯入0.30m的锤击数N，称标贯击数N，N没有下角标，以和圆锥贯入锤击数相区别。圆锥动力触探是连续贯入，连续分段计锤击数。标贯的穿心锤质量为63.5kg，其动力设备要有钻机配合。,标准贯入器（单位：mm）1贯入器靴；2贯入器身；3排水孔；4贯入器头；5探（钻）杆接头,Thank you,