岩土工程勘察方法课件.ppt

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1、3.岩土工程勘察方法,3.1 工程地质测绘与调查3.2 工程地质勘探与物探3.3原位测试3.4室内试验,3.1 工程地质测绘与调查(Engineering Geology Surveying),工程地质测绘在不打钻的情况下，有时结合槽、坑探，根据野外调查结果在地形图上填绘测区的工程地质条件的主要因素，并绘制工程地质图，为评价建筑场地的稳定性和适宜性以及合理确定勘探工作提供依据。工程地质测绘与调查的要求工程地质测绘与调查的范围与精度地质观测点的布置与定位工程地质测绘与调查的内容工程地质测绘与调查的成果资料遥感技术在工程地质测绘与调查的应用,工程地质测绘与调查的要求,工程地质测绘与调查宜在可行性研

2、究勘察阶段或初步勘察阶段进行。并应符合下列要求：对岩石出露或地貌、地质条件较复杂的场地应进行工程地质测绘。对地质条件简单的场地，可采用调查代替工程地质测绘。在可行性研究勘察阶段搜集资料，宜包括航空像片、卫星像片的解译结果。在详细勘察阶段可对某些专门地质问题作补充调查。,工程地质测绘与调查的范围与精度,工程地质测绘与调查的范围，应包括场地及其附近地段，测绘的比例尺和精度应符合下列要求：测绘所用地形图的比例尺，可行性研究勘察阶段可选用15000150 000；初步勘察阶段可选用12000110000;详细勘察阶段可选用120012000。工程地质条件复杂时，比例尺可适当放大。对工程有重要影响的地质

3、单元体(滑坡、断层、软弱夹层、洞穴等)，必要时可采用扩大比例尺表示。建筑地段的地质界线、地质点测绘精度在图上的误差不应超过3mm，其他地段不应超过5mm。,地质观测点的布置与定位,地质观测点的布置、密度和定位应满足下列要求：在地质构造线、地层接触线、岩性分界线、标准层位和每个地质单元体应有地质观测点。地质观测点的密度应根据场地的地貌、地质条件、成图比例尺及工程特点等确定，并应具代表性。地质观测点应充分利用天然和人工露头，当露头少时，应根据具体情况布置一定数量的勘探工作。地质观测点的定位应根据精度要求和地质条件的复杂程度选用目测法、半仪器法和仪器法。地质构造线、地层接触线、岩性分界线、软弱夹层、

4、地下水露头、有重要影响的不良地质现象等特殊地质观测点，宜用仪器法定位。,工程地质测绘与调查的内容,查明地形、地貌特征，地貌单元形成过程及其与地层、构造、不良地质现象的关系，划分地貌单元。岩土的性质、成因、年代、厚度和分布。对岩层应查明风化程度，对土层应区分新近堆积土、特殊性土的分布及其工程地质条件。查明岩层的产状及构造类型、软弱结构面的产状及其性质，包括断层的位置、类型、产状、断距、破碎带的宽度及充填胶结情况，岩、土层接触面及软弱夹层的特性等，第四纪构造活动的形迹、特点与地震活动的关系。,工程地质测绘与调查的内容,查明地下水的类型，补给来源、排泄条件，井、泉的位置、含水层的岩性特征、埋藏深度、

5、水位变化、污染情况及其与地表水体的关系等。搜集气象、水文、植被、土的最大冻结深度等资料。调查最高洪水位及其发生时间、淹没范围。查明岩溶、土洞、滑坡、泥石流、崩塌、冲沟、断裂、地震震害和岸边冲刷等不良地质现象的形成、分布、形态、规模、发育程度及其对工程建设的影响。调查人类工程活动对场地稳定性的影响，包括人工洞穴、地下采空、大挖大填、抽水排水及水库诱发地震等。建筑物的变形和建筑经验。,工程地质测绘与调查的的成果资料,工程地质测绘与调查的成果资料应包括工程地质测绘实际材料图、综合工程地质图或工程地质分区图、综合地质柱状图、工程地质剖面图及各种素描图、照片和文字说明。,遥感技术在工程地质测绘与调查的应

6、用,广义的遥感是指空间科学中，用能量传递信息的技术。这里指的是狭义的，即卫星照片和航空照片的解译，用于工程地质测绘与制图，它能在很大程度上节省地面测绘的工作量，做到省时、高质、高效、减少劳动强度，节省工程勘察费用。收集航片与卫片的数量，同一地区应有23套，一套制作镶嵌略图，一套用于野外调绘，一套用于室内清绘。初步解译阶段，对航片与卫片进行系统的立体观测，对地貌及第四纪地质进行解译，划分松散沉积物与基岩界线，进行初步构造解译等。第二阶段是野外踏勘与验证。携带图象到野外，核实各典型地质体在照片上的位置，并选择一些地段进行重点研究，及在一定间距穿越一些路线，作一些实测地质剖面和采集必要的岩性地层标本

7、。最后阶段成图，将解译取得的资料，野外验证取得的资料及其他方法取得的资料，集中转绘到地形底图上，然后进行图面结构的分析。如有不合理现象，要进行修正，重新解译。必要时，到野外复验，至整个图面结构合理为止。,3.2 工程地质勘探(Engineering Geology Exploration),勘探的主要目的 钻探 坑探、井探、槽探、洞探 取样 物探,勘探的主要目的,揭露并划分地层、量测界线，采取岩土样，鉴定和描述岩土特性、成分和产状；了解地质构造，不良地质现象的分布、界限、形态等；自钻孔中选取岩土试样，供实验室分析，以确定岩土的物理力学性质；揭露并测量地下水埋藏深度，采取水样供实验室分析，了解其

8、物理化学性质及地下水类型；利用钻孔进行孔内原位测试(如十字板剪力试验、标准贯入试验、土层剪切波速测量)。,3.2.1 工程地质钻探,在工程地质勘察中，通过钻探提取岩芯和采集岩土样以鉴别和划分地层，测定岩土层的物理力学性质，需要时还可直接在钻孔内进行原位测试。钻探方法的选择 钻探计划或设计任务书的内容 钻探技术要求 钻探编录技术要求,钻探方法的选择,选择钻探方法应考虑的原则:钻进地层的特点及不同方法的有效性。能保证以一定的精度鉴别地层，了解地下水的情况。尽量避免或减轻对取样段的扰动影响。钻探方法的选择:钻探方法可根据地层类别及勘察要求按 表3.1 选择 勘探浅部土层可采用下列钻探方法：小口径麻花

9、钻(或提土钻)钻进；小口径勺形钻钻进；洛阳铲钻进。钻探口径及钻具规格应符合现行国家标准的规定。成孔口径应满足取样、测试以及钻进工艺的要求。,钻探方法的适用范围 表3.1,冲击回转钻具,a.冲击杆；b.提砂筒；c.冲击钻头；d.空心式螺纹钻头,钻探计划或设计任务书的内容,钻孔的位置，钻孔的目的，钻进的方法,钻孔的类型、孔深及孔身结构，开孔和终孔直径，换径深度,钻进速度及固壁方法。同时应根据已掌握的资料，绘制钻孔设计柱状剖面图，说明将要遇到的地层岩性、地质构造及水文地质情况；提出工程地质要求、如岩芯采取率、取样、试验、观测、止水及编录等各方面的要求；说明钻探结束后对钻孔的处理意见。,钻探技术要求,

10、钻进深度、岩土分层深度的量测误差范围应为土0.05m。非连续取芯钻进的回次进尺，对螺旋钻探应在1m以内；对岩芯钻探应在2m以内。对鉴别地层天然湿度的钻孔，在地下水位以上应进行干钻。当必须加水或使用循环液时，应采用双层岩芯管钻进。岩芯钻探的岩芯采取率，对一般岩石不应低于80，对破碎岩石不应低于65。对需重点查明的部位(滑动带、软弱夹层等)应采用双层岩芯管连续取芯。当需要确定岩石质量指标RQD时,应采用75mm口径(N型)双层岩芯管,且宜采用金刚石头。定向钻进的钻孔应分段进行孔斜测量。倾角及方位的量侧精度应分别为0.1、3.0。,钻探编录技术要求,野外记录应由经过专业训练的人员承担。记录应真实及时

11、，按钻进回次逐段填写。严禁事后追记。钻探现场描述可采用肉眼鉴别、手触方法，有条件或勘察工作有明确要求时，可采用标准化、定量化的方法。钻探成果可用钻孔野外柱状图表示。岩土芯样可根据工程要求一定期限或长期保存，亦可拍摄岩、土芯彩照纳入勘察成果资料。各类岩土描述应包括的内容：砂土：名称、颜色、湿度、密度、粒径、浑圆度、胶结物、包含物等；粘性土、粉土：名称、颜色、湿度、密度、状态、结构、包含物等；岩石：名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、节理裂隙特征等。,3.2.2 坑探、井探、槽探、洞探,在建筑场地地质条件比较复杂情况下，如砂卵石土层，当较难用钻探方法钻进或不易采取原状土样时,可采用探井、探槽进行

12、勘探。在坝址、地下工程、大型边坡等勘察中，当需详细调查深部岩层性质及其构造特征时，可采用竖井或平洞。探井的深度不宜超过地下水位。竖井和平洞的深度、长度、断面按工程要求确定。对探井、探槽、探洞除文字描述记录外，尚应以剖面图、展开图等反映井、槽、洞壁及底部的岩性、地层分界、构造特征、取样及原位试验位置,并辅以代表性部位的彩色照片。,3.2.3 取样,依据岩土工程勘察规范(GB 50021-94)及原状土取样技术标准(JGJ 89-92)进行土试验质量取土器类型及其适用范围取土器类型取样工具的选择取样技术要求试样的密封、保管和运输岩样的采取,土试验质量,土试样质量等级划分 表3.2,影响取样质量的因

13、素,影响取样质量的因素很多，但主要决定于三个环节；即钻进方法、取样方法和取土器结构。目前较为普遍采用的快速压人法，是将比一般土样器稍长的活塞油压筒取土器快速、均匀地压入土中，或借助机械力量通过钢绳、滑车装置，将取土器压入土中。这种方法对土试样的扰动程度最小。,取土器类型,按壁厚可分为薄壁和厚壁两类按进入土层的方式可分为贯入(静压或锤击)及回转两类,薄壁取土器,薄壁取土器壁厚仅l.252.0mm，取样扰动小，质量高，但因壁薄，不能在硬和密实的土层中使用。按其结构形式有以下几种：敞口式，国外称为谢尔贝管，是最简单的一种薄壁取土器，取样操作简便，但易于逃土。固定活塞式水压固定活塞式自由活塞式,活塞（

14、阀式）取土器,1.接头;2.联接帽;3.锥形阀;4.余土筒;5.取土筒;6.衬管;7.管靴。,1.接头;2.联接帽;3.操纵杆;4.橡皮垫活阀;5.余土筒;6.衬管;7.取土筒;8.管靴。,1.接头;2.调节垫片;3.调节螺丝;4.弹簧;5球;6.异径接头;7.余土筒;8.衬管;9.取土筒;10.管靴。,固定活塞式,固定活塞式，在敞口薄壁取土器内增加一个活塞以及一套与之相连接的活塞杆，活塞杆可通过取土器的头部并经由钻杆的中空延伸至地面。下放取土器时，活塞处于取样管刃口端部，活塞杆与钻杆同步下放，到达取样位置后，固定活塞杆与活塞，通过钻杆压入取样管进行取样。活塞的作用在于下放取土器时可排开孔底浮

15、土，上提时可隔绝土样顶端的水压、气压、防止逃土，同时又不会象上提活阀那样产生过度的负压引起土样扰动。取样过程中，固定活塞还可以限制土样进入取样管后顶端的膨胀上凸趋势。因此，固定活塞取土器取样质量高，成功率也高。但因需要两套杆件，操作比较费事。固定活塞薄壁取土器是目前国际公认的高质量取土器，其代表性型号有Hvorslev型、NGI型等。,水压固定活塞式,水压固定活塞式，是针对固定活塞式的缺点而制造的改进型。国外以其发明者命名为奥斯特伯格取土器。其特点是去掉活塞杆，将活塞连接在钻杆底端，取样管则与另一套在活塞缸内的可动活塞取结，取样时通过钻杆施加水压，驱动活塞缸内的可动活塞，将取样管压入土中，其取

16、样效果与固定活塞式相同，操作较为简便，但结构仍较复杂。自由活塞式，与固定活塞式不同之处在于活塞杆不延伸至地面，而只穿过与接头，并弹簧锥卡予以控制。取样时依靠土试样将活塞顶起，操作较为简便，但土试样上顶活塞时易受扰动，取样质量不及以上两种。,回转型取土器,回转型取土器有两种:单动三重(二重)管取土器，类似岩芯钻探中的双层岩芯管，取样时外管旋转，内管不动，故称单动。如在内管内再加衬管，则成为三重管。其代表性型号为丹尼森(Denison)取土器。丹尼森取土器的改进型称为皮切尔(Pitcher)取土器，其特点是内管刃口的超前值可通过一个竖向弹簧按土层软硬程度自动调节。单动三重管取土器可用于中等以至较硬

17、的土层。双动三重(二重)管取土器，与单动不同之处在于取样内管也旋转，因此可切削进入坚硬的地层，一般适用于坚硬粘性土，密实砂砾以至软岩。,厚壁敞口取土器(图),厚壁敞口取土器，系指我国目前大多数单位使用的内装镀锌铁皮衬管的对分式取土器。这种取土器与国际上惯用的取土器相比，性能相差甚远，最理想的情况下，也只能取得级土样，不能视为高质量的取土器。目前，厚壁敞口取土器中，大多使用镀锌铁皮衬管，其弊病甚多，对土样质量影响很大，应逐步予以淘汰，代之以塑料或酚醛层压纸管。目前仍允许使用镀锌铁皮衬管，但要特别注意保持其形状圆整，重复使用前应注意整形，清除内外壁粘附的蜡、土或锈斑。考虑我国目前薄壁管材供应的困难

18、，薄壁取土器只能逐步普及，故允许以束节式取土器代替薄壁取土器。但只要有条件，仍以采用标准薄壁取土器为宜。,取土筒,对开式取土筒构造示意,圆筒式短取土筒构造示意1.余土筒;2.取土筒;3.衬管;4.管靴。,取样工具的选择,不同等级土试样要求的取样工具或方法 表3.3,注：适用，部分适用，不适用；采取砂土试样应有防止试样失落的补充措施；有经验时可用束节式取土器代替薄壁取土器。,取样工具的选择,取样技术要求,在钻孔中采取I、II级土试样时，应满足下列要求：在软土、砂土中宜采用泥浆护壁。如使用套管，应保持管内水位等于或稍高于地下水位，取样位置应低于套管底三倍孔径以上的距离。采用冲洗、冲击、振动等方式钻

19、进时，应在预计取样位置1m以上改用回转钻进。下放取土器前应仔细清孔，孔底残留浮土厚度不应大于取土器废土段长度(活塞取土器除外)。采取土试样宜用快速静力连续压入法，亦可采用重锤少击方法，但应有导向装置，避免锤击时摇晃。,试样的密封、保管和运输,I、II、III级土试样妥善密封，防止湿度变化，并避免曝晒或冰冻。在运输中应避免振动，保存时间不宜超过三周。对易于振动液化和水分离析的土试样宜就近进行试验。取土标签要填写清楚，注明土试样的上、下方向;土试样装箱时，要垂直装放、垫牢，以减少在运送时的不必要扰动；土试样送交实验室时所附的送样单，应填写工程项目名称、时间地点、上样编号、采样深度、稳定水位、野外定

20、名和试验要求。,岩样的采取,岩石试样可利用钻探岩芯制作或在探井、探槽、竖井、平洞中刻取。采取的毛样尺寸应满足试块加工的要求，在特殊情况下，试样形状、尺寸和方向由岩体力学试验设计确定。,3.2.4 工程物探,岩土工程勘察中可在下列方面采用地球物理勘探：作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界线、界面或异常点。作为钻探的辅助手段，在钻孔之间增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插、外推提供依据。作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、特征周期、土对金屑的腐蚀性等参数。,各种地球物理勘探方法的适用条件 表3.4,（续上页表）,（续上页表）,物探资料的解释,地球物理勘探成果判释时应考虑多解性，区分有用

21、信息与干扰信号。需要时应采用多种方法探测，进行综合判释，并应有已知物探参数或一定数量的钻孔验证。,3.3 原位测试技术,3.3 原位测试技术,原位测试就是在土原来所处的位置，基本保持土的天然结构、天然含水量以及天然应力状态的情况下测定土的性质。它与钻探取样室内试验相比，有以下优点：对无法采取不扰动土样或难以采取不扰动土样的土层（如砂土、粉土、流动淤泥等），运用原位测试技术能对其工程性能作出判断；原位测试的土体体积远比室内试样大，因此测试的性能更接近工程实际；测试比较简便快捷。依据地区经验，可以迅速的确定土的各种工程性质；有些原位测试可以得到土性质变化的连续剖面，直观地了解土层在深度上的变化。,

22、常用的原位测试技术,工程地质触探试验标准贯入试验剪切波速测试 地基载荷试验桩基静载荷试验旁压试验十字板剪力试验抽水试验.,静力触探试验,工程地质静力触探（CPT）,触探是通过触探杆用动力或静力将金属触探头贯入土层，并量测各层土对触探头的贯入阻力大小的指标，从而间接地判断土层及其性质的一种勘探方法和原位测试技术。作为勘探方法，触探可用于划分土层，了解地层的均匀性；作为测试技术，则可估计地基容许承载力和土的变形指标等。触探根据外力性质不同，分为静力触探和动力触探两大类。,工程地质静力触探（CPT）,静力触探(CPT)是利用机械传动装置将一个内装电阻应变片和传感器的金属探头，通过触探杆匀速压入土中，

23、贯入速度为1.20.3m/min。土层软硬不同，探头所受阻力自然也不一样，传感器将土层的这种阻力转变为电讯号，并通过电子量测仪器记录下来，同时绘出比贯入阻力与深度曲线。通过触探曲线分析，可以解决下列问题：查明地基土在水平方向和垂直方向的均匀性变化情况，划分土层，确定土的类别；确定建筑物地基土的承载力和变形模量，以及其他物理力学指标；选择地基持力层，预估单桩承载力，以及判别桩可能打入的深度；检查填土的质量，判别砂土的密度及其在地震作用下液化的可能性。,试验设备,静力触探的主要设备有探头、压力装置、反力装置和测试仪器等四部分。探头：有单桥探头和双桥探头两种。此外，还有能同时量测孔压的两用或三用探头

24、，它们是通过在单桥或双桥探头上增加能量量测孔隙水压力的装置来实现的。加压装置：有液压传动式、手摇链条式和电动丝杆式。反力装置：为防止在探头贯入过程中地层阻力的作用使触探架被抬起，常需采用反力装置对触探架进行保护。类型有：下地锚紧固和重物加压。量测装置：有电阻应变仪、数字测力仪、自动记录仪等。,单桥探头,在锥尖上部带有一定长度的侧壁摩擦筒，其侧壁摩擦筒面积与锥底面积之比为6:4，它所测定的是锥尖与侧阻的综合值。,双桥探头,是将锥尖与侧壁磨擦筒分离，可分别测定单位面积上的锥尖阻力和侧摩阻力。,静力触探加压装置,a）液压传动式 b）手摇链条式 c）电动丝杆式,静力触探加压装置,双缸液压静力触探仪,静

25、力触探加压装置,电动机械式静力触探仪,适用性,静力触探试验适用于粘性土、粉土砂土及少量碎石的土层。可测定比贯入阻力、侧壁摩阻力、锤尖阻力和孔隙水压力。触探资料除了用以划分土层外，还可以作为确定地基承载力的依据。,试验方法,试验方法（略）。试验终止条件：当贯入到预定深度或出现下列情况之一者，可终止试验：触探机的负荷达到额定荷载的120%时；探头贯入阻力达到额定荷载的120%时；探杆螺纹部分的应力超过容许强度时；反力装置失效时。,试验资料的整理:原始记录中的异常情况及处理,曲线整体形态异常重做试验；曲线中深度误差与回零误差显著超过规定误差标准重新试验；记录数据或绘图曲线上的零点漂移，即零读数问题一

26、般按回零段内线性内插法进行校正，校正值等于读数值减零读数内插值，但应注意零读数的正负之别；自动绘图曲线上的脱节或出现喇叭口现象由于贯入停顿间歇引起，修正时应以停机与开机后10cm深度内的曲线点相连成圆滑的曲线；,试验资料的整理:原始记录中的异常情况及处理,深度修正记录深度与实际深度有误差时应按深度线性地修正深度误差。如有触探探头测斜数据，可依据每间隔1m的各深度的偏斜角（相对铅垂线）进行深度修正：,式中：hi第i段深度修正值(m)；i、i-1第i次及i-1次实测的偏斜角(o)。,这样，到深度处hn的深度修正值hn为：,实际的深度为：,静力触探曲线脱节修正,试验资料的整理:绘制单孔静力触探曲线,

27、静力触探资料整理时所绘制的曲线包括：比贯入阻力（p s）-深度（h）曲线锥尖阻力（qc）-深度（h）曲线侧摩阻力（f s）-深度（h）曲线摩阻比（R f）-深度（h）曲线典型的静力触探粘性土曲线粉土曲线砂土曲线含硬杂质土曲线淤泥质土曲线(单桥、双桥）,试验资料的整理:静力触探成果的应用,划分地层界线 根据静力触探曲线对地基土进行力学分层，或参照钻孔分层结合静探曲线的大小和形态特征，进行土层工程分层，确定分层界线。各层土触探指标的计算计算各静探孔各分层的触探指标平均值时，应剔除个别异常值及超前滞后值，用算术平均值法计算。计算勘察场地各分层的触探指标平均值时，按各孔穿越该层的厚度作为权，用加权平均

28、值法计算。在判别砂土液化时，对触探指标变化较大且较薄的夹层或互层，应分别计算各土层的触探指标。,试验资料的整理:静力触探成果的应用,计算土的强度参数：计算粘性土的不排水抗剪强度Cu：Cu=(qc-0)/Nk式中：0原位总的上覆压力（kPa）。Nk锥头系数，按经验选取；灵敏性粘土Nk=5.58；软-中等粘土Nk=521，随Ip增大而减少；超固结粘性土Nk=175。计算砂土的相对密度Dr和内摩擦角。,试验资料的整理:静力触探成果的应用,计算土的变形参数：计算土的压缩模量Es:（JGJ72-2004)一般粘性土：Es=3.3ps+3.2 0.8ps 5.0(MPa)Es=3.7qc+3.4 0.7q

29、c 4.0(MPa)粉土及粉细砂：Es=（34）ps 3.0ps 25.0(MPa)Es=（3.44.4）qc 2.6qc 22.0(MPa)计算饱和粘土不排水压缩模量Eu：铁道部静力触探技术规则中认为对ps为0.1341MPa的饱和粘性土，用下式计算：Eu=11.0ps+0.12Eu=11.4ps计算砂土的压缩模量Es：Es=qc 式中：的取值为1.44.0。,试验资料的整理:静力触探成果的应用,确定地基土承载力估算土的固结系数确定单桩承载力,圆锥动力触探试验,概述,动力触探是将一定重量的穿心锤从一定高度（落距）自由下落，使带有触探头的触探杆贯入土中一定深度，根据锤击数来判断土的性质。动力触

30、探分为轻(N10)、中(N63.5)、重（N120）型三种。圆锥动力触探用于：划分土层;定性地评价土的均匀性；定量地评定土的物理力学性质和土的工程性能,轻型动力触探,轻型动力触探主要由圆锥头、触探杆、穿心锤组成（图示）。触探杆用直径25mm的金属管制成，每根长1.01.5m。穿心锤质量为10kg，其落距为50cm。试验时，先将轻便钻具钻到试验土层标高，然后对土层连续进行触探，将触探杆竖直打入土层中，记录每打入土层30cm的锤击数N10。通常用于贯入深度小于4m的一般粘性土和粘性素填土层。,触探指标的修正,1、杆长的影响：牛顿碰撞理论，杆长增加，由探杆传给探头的有效能量减少，使击数偏大；原有的一

31、些动力触探规程均规定进行杆长修正。N63.5=N*63.5 式中：杆长修正系数；2、杆侧摩擦的影响：一般可不考虑侧壁摩擦和自重压力的影响；如缺乏经验，应采取措施消除侧壁摩擦的影响（如用泥浆）。,触探指标的修正,3、地下水的影响：对地下水位以下的中、粗砾石和圆砾、卵石层，校正如下：N63.5=1.1N63.5+1.0 式中：N63.5经地下水影响校正后的锤击数。水电部的规程不考虑地下水的影响。4、上覆压力的影响：对于一定粒度成分的砂土，动力触探锤击数N与相对密度Dr和上覆压力v0存在一定的关系：N/D2r=a+b v0 式中：a，b经验系数，与砂土的粒度组成有关。,动力触探的应用,运用动力触探主

32、要可以解决下列问题：对地基土进行力学分层并评价其均匀性；确定砂土的密实度；利用触探指标和土的物理力学性质间的相互关系，对地基土层的工程性质进行评价；确定地基土的承载力；在土方工程中检查和控制回填土的夯压质量；评价饱和砂土地震时的液化可能性；,标准贯入试验,概述,标准贯入试验是动力触探的一种，其触探头不是圆锥探头，而是标准规格的圆筒形探头（由两个半圆管合成的取土器），称之为贯入器。利用规定的落锤能量（锤质量63.5kg，落距76cm）将贯入器打入钻孔孔底的土中，根据贯入的难易程度，判别土层的变化情况和土的工程性质。贯入阻力的大小用贯入器贯入土中30cm的锤击数N63.5来表示。优点：操作简便，地

33、层适应性广，对不易钻探取样的砂土和砂质粉土尤为适用，但土中含有较大碎石时使用受限制。通过标准贯入试验，从贯入器中还可取得扰动土样，可对土层进行直接观察，利用扰动土样可以进行鉴别土类的有关试验。缺点：离散性较大，故只能粗略的评定土的工程性质。,概述,重型动力触探标准贯入试验（SPT）主要适用于砂土、粉土及一般粘性土。其设备主要有标准贯入器、触探杆直径（42mm）和穿心锤三部分组成。试验的操作要点是：先用钻具钻至试验土层标高以上约15cm处，以避免下层土受到扰动。贯入时，将质量为63.5kg的穿心锤以76cm的落距自由下落，先将贯入器垂直大入土层中15cm（此时不记击数）。以后继续贯入土层中30c

34、m，记录锤击数，即为实测的锤击数N，然后拔出贯入器，取出其中的土样进行鉴别描述。,标贯击数修正,1.杆长修正 当钻杆长度大于3m时，锤击数应按下式进行触探杆长度校正：N63.5=N(1)式中 N63.5 标准贯入试验锤击数；触探杆长度校正系数，按表1确定；N实测的锤击数。,现行的规范均已不再要求对标贯击数进行杆长修正。,标贯击数修正,2、上覆压力的修正：国内对此未予重视，国外则做过较多研究，认为：N1=cNN 式中：cN上覆压力修正系数3、地下水的修正：对d10=0.10.05mm的饱和粉细砂，当实测标贯击数N15时，按下式修正：N=45+1/2(N-15),标贯试验的成果整理,1、标贯试验成

35、果整理时，应注明：钻孔孔径、钻进方式、护孔方式、落锤方式、地下水位及孔内水位。初始贯入度、预打击数、试验标准贯入击数、深度、扰动土的鉴别和描述等。2、绘制标贯击数N与深度的关系曲线。,标贯试验的应用,1、判定粘性土的稠度状态；2、判定砂土的密实度；3、划分风化岩石的类别；4、评定土的强度指标；5、评定土的变形参数；6、评定地基土承载力；7、估算地基基床系数；8、判别饱和砂土、粉土的液化；等等,旁压试验,旁压试验简介,旁压试验亦称横压试验，是利用圆柱形旁压器弹性膜在土中的扩张，对周围土体施加均匀压力，测得压力与径向变形的关系，从而可估算出地基土的强度、变形等岩土工程参数。目前，旁压试验的最大深度

36、可达70m。试验设备：主要有旁压器、加压稳压装置、变形量测装置等组成。（如图）旁压试验适用于测定粘性土、粉土、砂土、碎石土、软质岩石和风化岩的变形模量、压缩模量、和确定地基容许承载力，其基本原理与载荷试验相仿。,旁压试验简介,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；2）旁压试验可用来估计原位水平应力；3）旁压试验可用来推求水平不排水切应力-应变关系；4）测试方便，不受地下水位的限制。现场试验时，旁压器的量测腔应置于同一土层内，试验点的垂直间距不宜小于1m，每层土不应少于1个测试点，厚度大于3m的土层不应少于2个测试点。加荷等级可采用预计极限压力的1/81/12，在加荷的初始阶

37、段，加荷等级宜小，或作卸荷再加荷以减少土层的扰动。每级压力应维持1min或3min再施加下一级压力，维持1min时，加荷后15，30，60秒测读变形量；维持3min时，加荷后60，120，180秒测读变形量。当量测腔的扩张体积相当于量测腔的固有体积时，可终止测量。,旁压试验资料整理及其应用,根据试验测得的资料，绘制压力与体积变化曲线（P-V曲线）（如图），旁压试验可得到四个参数，即初始压力P0，临塑压力Pf，极限压力PL，以及旁压膜量Em。由压力与体积曲线第II阶段的斜率（P/V）得到。对于线形弹性的各向同性体，Em（kPa）可按下式计算：Em=2(1+)(V+Vm)P/V10-3式中：Em

38、旁压模量；地基土的泊松比；V旁压器量测腔（中腔）初始固有体积cm3）；Vm旁压曲线直线段头尾中间的平均扩张体积（cm3）；Vm=(V0+Vf)/2 P/V 旁压曲线直线段的斜率（kPa/cm3）,旁压试验资料整理及其应用,此外，尚可根据旁压试验特征值计算地基承载力：临塑荷载法fk=Pf-P0 极限荷载法fk=(PL-P0)/Fs式中：fk地基承载力（kPa）；Fs安全系数，一般取23，也可根据地区经验确定。对于一般土采用临塑荷载法，对旁压曲线过临塑压力后急剧变陡的土宜采用极限荷载法。,初始阶段,似弹性阶段,塑性阶段,十字板剪切试验,十字板剪切试验简介,十字板剪切试验是一种原位测定饱和软粘土抗剪

39、强度的方法，它所测定的抗剪强度值，相当于天然土层试验深度处，在上覆压力作用下的固结不排水抗剪强度，在理论上它相当于室内三轴不排水剪总强度或无侧限抗压强度的一半。十字板剪切试验是将具有一定高和直径之比的十字板插入土层中，通过钻杆对十字板头施加扭矩使其等速旋转，根据土的抵抗扭矩求算出地基土的抗剪强度Cu。十字板剪力试验可以很好的模拟地基土排水条件和天然受力状态，对试验土层扰动性小、测试精度高。但严格地讲，十字板剪力试验只适用于内摩擦角=0的饱和粘土。,十字板剪切试验简介,十字板剪力仪主要由十字板头、传力系统、施力装置和测力装置等组成。按照力的传感方式十字板可分为机械式和电测式两类。,十字板剪切试验

40、简介,适用条件：只适用于测定饱和软粘性土的抗剪强度，对于具有薄层粉砂、粉土夹层的软粘性土，测定结果往往偏大，而且成果比较分散；对于含有砂层、砾石、贝壳、树根及其他分解有机质的土层是不适用的。故试验前，先勘察，摸清土层分布情况。对于正常固结的饱和软粘土，该试验能反映出软粘土的天然强度随深度而增大的规律。现场十字板剪力试验强度比室内试验测值要大，一般约大50%80%。十字板抗剪强度值与实际比较，也总是偏大；故要进行修正：Cu=Cu式中：修正系数，随土的塑性指数而异；Cu、Cu使用值与实际值。电测十字板试验测定的不排水抗剪强度往往比普通十字板试验测定的小15%20%。,十字板剪切试验简介：成果应用,

41、评定软土的地基承载力：软土地基承载力标准值用下式计算：fk=2(Cu)Fv+h 式中：(Cu)Fv现场十字板试验实测值（kPa)；土的重度（kN/m3）；h基础埋置深度（m）。估算土的液性指数IL：估算土的应力历史：土的超固结比OCR用下式计算：式中：v上覆有效土压力（kPa）；(Cu)F 现场不排水抗剪强度（工程用）（kPa）。,十字板剪切试验简介：成果应用,估算地基土灵敏度：St=Cu/Cu式中：Cu试验点原状土不排水抗剪强度，=Pf f；Cu扰动土不排水抗剪强度（或称残余强度），=Kc(Pf f)；Pf，Pf 剪损原状土与扰动土的总作用力；Kc十字板常数，=2R/D2(D/3+H)；其中

42、D、H、R为十字板头直径、高度和施力转盘半径。灵敏度St对判断土层成因、结构性以及了解扰动因素对软粘性土强度的影响是很有用的指标，尤其是对于某些特殊工程（如一些活荷载变化剧烈而且频繁的料仓等），需要了解土层结构破坏后其残余强度的大小。这种影响在软粘性土中常较剧烈，在上海St一般为36，而其他地区如天津新港海淤有的达1013。,十字板剪切试验简介：成果应用,十字板强度Cu可用于水利工程软基及其他软粘性土填、挖方斜坡工程的稳定性分析与核算。特别是应用轻便型十字板仪，可在施工中随时测定。例如对已经破坏的软基或斜坡，其滑动带由于土的强度比滑动带上、下土的强度有显著降低，所以用轻便十字板仪能较好地确定它

43、的位置。,剪切波速测试,剪切波速测试简介,天然地基常常不是单一的均质土体，而是具有多层结构的非均质土体。为了解地基土层的空间变化情况，提供与波速有关的岩土参数计算土层的动剪切模量Gdo、分析地基土类型与建筑场地类别，以及进行地基土层的地震反应计算，必须利用土层的剪切波速资料。因此，对于重要工程应作现场钻孔土层波速测试。建筑抗震设计规范规定10层以上或高度超过30m的建筑物场地应实测土层剪切波速，每个场地不少于2个点，高层建筑群场地每个高层建筑物不少于1个点。土层剪切波速测试可分为单孔测速法和跨孔测速法两种。,钻孔岩土层剪切波速直方图,剪切波速测试简介单孔法,要求测试孔保持孔壁平直，一般应下PV

44、C套管护壁，以防塌孔，以便施测时在孔中不同测试点固定装有三分量检波器的探测头。在距孔口约23m的地面置一块激发剪切波用的木板。为保证激发板与地面接触良好，宜在湿度大的土层上垫一层干砂或干土。木板上还应压重物(400kg)，可用汽车前轮或后轮作为木板的重物，以防出现次生振动杂波。激发板应垂直于板的中心点与孔的连线。板下中部置一检波器，其轴线与板轴线一致。沿木板纵轴线水平敲击板端，以免造成纵波分量过大。水平锤击时可分别在木板两端激振，以检测波形。计算如图。利用图中几何关系，即可得到第i层传播速度的简化公式：V1=h1/t1cos1 V2=h2/(cos2-t1cos1).Vi=hi/(ticosi

45、-ti-1cosi-1),剪切波速试验装置单孔法,单孔法剪切波速计算图,剪切波速测试简介跨孔法,此法需打2个或3个垂直孔，孔距不宜太大(一般15m)，孔在平面上可任意布置，一般呈直线或三角形，以能控制或代表场地地层为准。测试装置如图。施测时，在测试孔中固定装有三分量检波器的探测头，在激振孔中放入与钻杆相连接的内装激振器的井下锤。激振器的引线与地面记录系统相连，以便记下振源发出震波的时间。在孔口用击锤进行垂直激振。,剪切波速试验装置跨孔法,剪切波速测试简介悬浮式P-S波测井系统,当水工建筑场地水深大于5m时，传统的跨孔法难以实施，可采用悬浮式P-S波测井系统。该系统分井下检测、震源和井上数据采集

46、单元。井下震源和拾震器组成一个探头，井下两个三分量拾震器相距1.0m。根据两个拾震器S波的到时差，即可得到测点处S波的速度值，量测系统如图。采用自下而上的连续测量，测点距为2.0m。采样间隔为0.05ms。该测试系统采用8位A/D转换，全部速度分析由软件系统自动完成，故测量精度高，结果可靠。悬浮式P-S波测井系统，实际上也是单孔测速，但由于震源与拾震器的距离受限制，震波在土层中旅行的路途较短，因此，土层的局部变化都会明显地影响所测数值。,3.3 室内试验,3.3.1 室内试验,岩土性质的室内试验项目和试验方法的确定应岩土工程勘察规范的规定，其具体操作和试验仪器应符合现行国家标准土工试验方法标准

47、(GB/T50123)和国家标准工程岩体试验方法标准(GB/T50266)的规定。岩土工程评价时所选用的参数值，宜与相应的原位测试成果或原型观测反分析成果比较，经修正后确定。试验项目物理力学指标统计分析,试验项目,试验项目及试验方法的确定，应根据工程要求和岩土性质的特点。当需要时应考虑岩土的原位应力场和应力历史，工程活动引起的新应力场和新边界条件，使试验条件尽可能接近实际；并应注意岩土的非均质性、非等向性和不连续性以及由此产生的岩土体与岩土试样在工程性状上的差别。土的物理试验土的压缩-固结试验土的抗剪强度试验土的动力性质试验岩石试验,土的物理试验,各类工程均应测定下列土的分类指标和物理性质指标

48、：砂土：颗粒级配、比重、天然含水量、天然密度、最大和最小密度。粉土：颗粒级配、液限、塑限、比重、天然含水量、天然密度和有机质含量。粘性土：液限、塑限、比重、天然含水量、天然密度和有机质含量。注：对砂土，如无法取得I级、级、级土试样时，可只进行颗粒级配试验；目测鉴定不含有机质时，可不进行有机质含量试验。,土的物理试验,测定液限时，应根据分类评价要求，选用现行国家标准土工试验方法标准(GB/T50123)规定的方法，并应在试验报告上注明。有经验的地区，比重可根据经验确定。当需进行渗流分析，基坑降水设计等要求提供土的透水性参数时，应进行渗透试验。常水头试验适用于砂土和碎石土；变水头试验适用于粉土和粘

49、性土；透水性很低的软土可通过固结试验测定固结系数、体积压缩系数和渗透系数。土的渗透系数取值应与野外抽水试验或注水试验的成果比较后确定。当需对土方回填和填筑工程进行质量控制时，应选取有代表性的土试样进行击实试验，测定干密度与合水量关系，确定最大干密度、最优含水量。,土的压缩-固结试验,当采用压缩模量进行沉降计算时，固结试验最大压力应大于土的有效自重压力与附加压力之和,试验成果可用e-P曲线整理，压缩系数和压缩模量的计算应取自土的有效自重压力至土的有效自重压力与附加压力之和的压力段；当考虑深基坑开挖卸荷和再加荷影响时，应进行回弹试验，其压力的施加应模拟实际的加、卸荷状态。当考虑土的应力史进行沉降计

50、算时，试验成果应按e-1gp曲线整理，确定先期固结压力并计算压缩指数和回弹指数。施加的最大压力应满足绘制完整的e-1gp曲线。为计算回弹指数，应在估计的先期固结压力之后，进行一次卸荷回弹，再继续加荷，直至完成预定的最后一级压力。,土的压缩-固结试验,当需进行沉降历时关系分析时，应选取部分土试样在土的有效压力与附加压力之和的压力下，作详细的固结历时记录,并计算固结系数。对厚层高压缩性软土上的工程，任务需要时应取一定数量的土试样测定次固结系数，用以计算次固结沉降及其历时关系。当需进行土的应力应变关系分析，为非线性弹性、弹塑性模型提供参数时，可进行三轴压缩试验，并宜符合下列要求：,土的压缩-固结试验