岩土工程原位测试.pdf
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1、.教育资料岩土工程原位测试岩土工程原位测试试验指导书试验指导书福建工程学院土木工程系二 OO 九年.前前言言土体原位测试方法是培养学生动手能力, 并将其应用于工程勘察生产实践的不可缺少的步骤,它可为建筑物地基设计和施工提供不可缺少的依据和参数。本指导书可供岩土工程、工程地质、工民建、地质工程、环境地质等专业的学生学习之用, 也可供有关教学与生产人员参考与实践。 读者在使用本指导书时,应参阅土体原位测试机理、方法及其工程应用 、 岩土工程勘察 、 岩土工程原位测试等教材,教材中叙述得更全面详细。读者在测试前一定要认真阅读有关章节,在测试时,认真观看老师和其它指导人员的操作,后亲自动手操作才不易产
2、生安全问题,也不易把仪器搞坏。目目录录一、标准贯入试验1二、平板载荷试验5三、螺旋板载荷试验11四、静力触探测试16五、十字板剪切试验23六、扁铲侧胀试验27七、预钻式旁压测试 53教育资料.试验一、标准贯入试验试验一、标准贯入试验一、试验目的一、试验目的标准贯入试验可用于砂土、粉土和一般粘性土,最适用于N=250击的土层。其目的有: 采取扰动土样,鉴别和描述土类,按颗粒分析结果定名; 根据标准贯入击数N,利用地区经验,为砂土的密实度和粉土、粘性土的状态,土的强度参数,变形模量,地基承载力等作出评价。 估算单桩极限承载力和判定沉桩可能性。 判定饱和粉砂、砂质粉土的地震液化可能性及液化等级。二、
3、试验原理二、试验原理标准贯入试验是利用一定的锤击动能,将一定规格的对开管式贯入器打入钻孔孔底的土层中,根据打入土层中的贯入阻力,评定土层的变化和土的物理力学性质。贯入阻力用贯入器贯入土层中的 30cm 的锤击数N63.5表示。三、试验设备规格三、试验设备规格标准贯入试验设备规格要符合表 1 的要求。表 1 标准贯入试验设备规格锤的重量(kg)落锤落距(cm)长度(mm)贯入器外径(mm)内径(mm)长度(mm)管靴刃口角度()刃口单刃厚(mm)钻杆(相对弯曲1)教育资料63.50.576250051135176118202.542直径(mm).图 1标准贯入试验设备(单位:mm)1穿心锤;2锤
4、垫;3触探杆;4贯入器;5出水孔;6取土器;7贯入器靴四、试验技术要求四、试验技术要求 标准贯入试验孔采用回转钻进, 并保持孔内水位略高于地下水位。当孔壁不稳定时,可用泥浆或套管护壁,钻至试验标高以上15cm 处,清除孔底残土后再进行试验;如使用水冲钻进,应使用侧向水冲钻头,不能用底向下水冲钻头,以使孔底土尽可能少扰动; 采用自动脱钩的自由落锤法进行锤击,并减小导向杆与锤间的摩阻力,避免锤击时的偏心和侧向晃动,保持贯入器、探杆、导向杆联接后的垂直度,锤击速率应小于 30 击/min; 贯入器打入土中 15cm 后,开始记录每打入 10cm 的锤击数,累计打入 30cm 的锤击数为标准贯入试验锤
5、击数N。当锤击数已达 50 击,而贯入深度未达 30cm 时,应终止试验,可记录实际贯入深度s及累计锤击数n,按下式换算成相当于 30cm 的标准贯入试验锤击数N。N 教育资料30ns.式中s50 击时的贯入度(cm)。 标准贯入试验可在钻孔全深度范围内等距进行,间距为 1.0m 或2.0m,也可仅在砂土、粉土等欲试验的土层范围内等间距进行。五、试验成果的整理五、试验成果的整理标准贯入试验的主要成果有:标贯击数N可直接标在工程地质剖面图上,也可绘制单孔标准贯入击数N与深度关系曲线或直方图(统计分层标贯击数平均值时,应剔除异常值) 。1、杆长修正按照建筑地基础规范 (GBJ7-89)的规定,标准
6、贯入试验的最大深度不宜超过 21m。同时规定,当试验深度大于 3m 时,实测锤击数N需按下式进行钻杆长度修正:N N式中, 为修正系数,按表 1 取值。表 1钻杆长度校正系数2、试验成果整理(1)标准贯入试验成果整理时,试验资料应当齐全。包括: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 (或泥浆高程) 、初始贯入度、预打击数、试验标贯击数及深度记录、贯入器所取扰动土样的鉴别描述。(2)绘制标贯击数N与深度的关系曲线,或在地质剖面图上,进行SPT 的钻孔旁边于试验点深度标出N值。作为勘察资料提供时,对N值不必进行杆长修正。教育资料.(3)结合钻探及其它原位试验,依据N值在
7、深度上的变化,对各土层的N值进行统计。六、试验成果的工程应用六、试验成果的工程应用标准贯入试验锤击数N值的应用:可对砂土、粉土、粘性土的物理状态,土的强度、变形参数、地基承载力、单桩承载力,砂土和粉土的液化,成桩的可能性等做出评价。应用N值时是否修正和如何修正,应根据建立统计关系时的具体情况确定。教育资料.试验二、平板载荷试验试验二、平板载荷试验平板载荷试验是用于确定以岩土的压力与沉降关系来测定地基土的变形模量、评定地基土的承载力及预估实体基础的沉降等参数。它适用于粘性土、砂类土含小量碎石的土层,一般在浅层地基土上应用。一、平板载荷试验仪主要指标与参数一、平板载荷试验仪主要指标与参数1、规格型
8、号:WPL-K 40 WPL-S 40WPL-K 60 K 为框架结构S 为伞形架结构WPL-S 602、额定载荷:K(S)-40 为 400KN K(S)-60 为 600KN3、承压平板:2500cm25000cm2各一块园形刚性板(特殊需要可供配长方形或其它形式尺寸的承压平板)4、测力传感器:电阻应变式荷重传感器结构,桥路电阻为 350测试范围:0500800KN输出灵敏度:2 mv/v精度:综合误差0.8 %F.S5、位移传感器:表式位移计(机电百分表) 量程:050 mm输出:5000 u分辨系数: 0.01mm/ u精度: 0.2 %F.S量程:050 mm精度:0.5 %F.S或
9、电感式位移计6、时间观察精度:秒为单位7、反力装置:框架式主梁跨度 5 m主梁 2 根伞形架式 承力横梁 8 根,伞底架径 4.2 m 左右地锚单叶片锚 径 300 360 mmQF100-258、加荷:分离式千斤顶超高压泵站QF50-20额定工作压力63MPa流量:1L 4L二、结构特性二、结构特性WPL 型平板载荷试验仪由反力装置、加荷系统、沉降观测装置、检测教育资料.记录仪器及承压平板等构成。1、反力装置(1)WPL-K 框架式反力装置由地锚(16 只) 、地锚加长杆(16 只) 、主梁(2 根) 、付梁(4 根) 、主梁调平座(4 套) 、立柱斜撑杆、调节螺套等组成(详见附图一) 。框
10、架反力结构简单牢靠、操作方便、制造成本低、但搬运装拆较笨重。(2)WPL-S 伞形架式的反力装置由地锚(16 件) 、承力横梁(8 根)构成八角反力伞形底。再由左右旋拉杆、拉杆调节螺套、活络节、顶座、立柱、柱套等组成反力伞柱(详见附图二) 。伞形架结构反力,拆装轻便、使用安全、搬运灵活、但制造成本稍高。2、加荷系统:由分离式千斤顶、超高压泵站、高压软油管等组成。油压高,加荷平稳,操作省力,简便又安全。3、沉降测观装置:由沉降板支柱(4 根) 、沉降板(4 块)及定位小锚(4 只) 、定位梁(2 根) 、磁性表座、位移传感器等构成。沉降观测采用电测机构,不仅精度高,又能自动记录和控制。4、检测记
11、录仪器:由力传感器、位移传感器、数字自显记录仪表或载荷试验自控仪等构成。倘采用载荷试验自控仪时,加荷实现了自动控制,提高载荷试验自动化水平。5、承压平板:一般提供2500 cm2和 5000 cm2二块园形刚性承压平板。 2500 cm2自重为 112Kg 左右 5000 cm2自重为 200Kg 左右三、安装1、安装前检查(1)检查加荷系统千斤顶在高压时压力稳定,无泄油现象;其行程须满足试验点地基沉降量的要求。(2)力和位移传感器连接记录量测仪表上时,能清零,反应灵敏,无严重零漂等不稳定状态。试验前仪器须进行模拟操作,检查能正常工教育资料.作。(3)平板载荷试验一般在试坑中进行,检查坑底的直
12、径应不小于承压平板 3 倍的直径。(4)在软弱粘土或饱和的松散砂场地作业,应规划承压平板周围预留 2030cm 厚的原状土作保护层。(5)当试验标高低于地下水位,应先将水位降至试验标高下,并在试坑底部铺一层约 5cm 左右厚的中粗砂,安装承压平板等设备,等水位恢复后方可加荷试验。2、安装(1)安装承压平板:安装时必须平整试坑底面,铺设 1-2cm 厚的中砂垫层,并用水平尺找平,以保证承压平板与试验面平整均匀接触。(2)安装反力架构件:A:框式反力架安装 a、按设备构架尺寸布置好地锚,用下锚机(或人力)将地锚下到适当深度,此时再连接上地锚加长接杆。 b、将四件主梁调平座放置于适当位置,然后将二根
13、主梁十字垂直搁放其上,搁放时,二根主梁十字中心,应调整对住承压平板中心。 c、与承压平板对中心联接上千斤顶,测力传感器和立柱及斜撑档等,转动调节螺杆,使各撑档拉紧度一致,立柱等垂直无偏斜。 d、在主梁上套上四根付梁,每根付梁连接四只加长锚接杆为一组。先利用四只主梁调平座调整主梁位置为水平,再用地锚锚头螺母压紧付梁,使构架固定。完成上述工作,框式反力架安装完毕。 B:伞形式反力架安装 a、以承压平板为中心,在作业场地上设置直径为 4.2 m,并以八根承压横梁为边长的八角形。平整一下八角形各边场地,并用水平尺找教育资料.平。 b、在八角形每边等距放置二只地锚(锚距约 0.8 m) ,并用下锚机(或
14、人力)下好全部地锚,下锚深度以锚杆头高出横梁 1015 cm 为宜。 c、每二只地锚杆上套一根横梁,并各自用压板螺栓固定组成八边形整体横梁。此时再在每根地锚杆上放置调节垫圈,调整垫圈距离,使插在锚杆上的横销键通过调节垫圈压紧横梁。d、将左、右旋各八根拉杆与拉杆调节螺套连接成八根长拉杆,并在每根长拉杆头上拧上活络节头。e、以试点深度,设置立柱长度。并将长柱先拧在顶座下螺套上,然后以次拧上立柱螺套和立柱。同时将全部拉杆通过活络节用销子连接在顶座上。f、用起重吊架,通过顶座上吊环,吊起立柱和拉杆。此时注意位置调节,使顶座立柱等中心对住承压平板中心,然后将各根拉杆通过活络节跟八角形整体横梁用销子连接好
15、,然后在立柱与承压平板中间,严格对中心装上分离式千斤顶、千斤顶头、力传感器、传感器顶头等,并应刚好将连接柱对中插入传感器顶头上。g、安装好中央立柱等件,转动拉杆调节螺套,使各根拉杆拉紧度一致,立柱又垂直无偏斜,此时伞形反力架安装完毕。(3) 、沉降观测装置安装将定位梁(基准梁)二头用定位小锚固定,架设在不受变形影响的位置上。同时将沉降板通过拧在承压平板上的沉降板支柱用螺帽调整并连接好。在安装时必须考虑定位梁(基准梁)与沉降板二者距离的设置,先将磁性表座与位移传感器插接好时,固定梁(基准梁)若安置磁性表座,外移计的触头必须能跟沉降板有宽松位置接触,反之磁性表座放置在沉降板上,则位移计的触头能跟固
16、定梁(基准梁)有宽松位置接触。并需注意,安放的二或四只位移传感器的测点,必须在适当位置上,教育资料.并定要对称,否则会增加位移沉降量的不必要的复杂计算。3、试验场点应避免冰冻、曝晒、雨淋,应在周围挖掘排水沟,必要时搭工作棚。须经全面检查,确认无问题后,方可进行加荷试验。四、试四、试 验验1、等量分级加荷测试的第一级施加荷载,应将设备的重量计入,宜接近所挖除土的自重(相应的沉降量不计) 。以后每级加荷增量,一般取预估测试土层极限承载力的 1/81/10。不宜预估土层极限承载力时的一般每级加荷增量;软粘土采用 1025KPa,较坚硬的土采用 50KPa,密实砂、硬土及软质岩石采用 100KPa。2
17、、观测每级载荷下的沉降(1)观测时间间隔第一个 30 分钟内,以 5 分钟、5 分钟、10 分钟、10 分钟各观测一次;第二个 30 分钟内,每 15 分观测一次;接下去每 30 分钟观测一次,直到换级加荷。(2)稳定标准每级载荷下的沉降稳定标准,以连续四次观测,若每小时累计不大于 0.1mm 时,即认为相对稳定,可施加下一级荷载。(3)试验终止条件一般加荷到设计承载力的二倍即终止试验,但尽可能使最终荷载达到地基土的极限承载力,以评价承载力的安全度。当测试出现下列现象之一时,可认为已达极限状态,可终止试验:a、承压平板周围的土面出现显著裂缝或明显隆起b、某级荷载下 24 小时内沉降速率无减小趋
18、势或加荷后沉降急剧增加c、本级荷载的沉降量大于前级荷载量的 5 倍, 荷载与沉降曲线出现明显陡降。教育资料.d、总沉降量超过承压平板直径或(宽度)的 1/10 以上教育资料.试试验验三三、螺螺旋旋板板载载荷荷试试验验螺旋板载荷试验是从传统的平板载荷试验演变而来。 它将承压板旋入地基的不同土层进行载荷试验,获取应力应变关系曲线,计求承载力、模量值、固结系数及饱和软粘土的不排水抗剪强度等设计参数,对难以取得原状土试样的砂类土尤为适用。一、螺旋板载荷试验仪特点:一、螺旋板载荷试验仪特点:1、可旋入不同土层深度(现限 12 m 内)进行载荷试验,不受地下水等自然因素限制和影响。2、跟螺旋承压板相连的螺
19、旋板探头(传感器),在土体中直接量测施加承压板上的压力。这样避免了传力杆与土体间磨擦干扰,从而提高测试精度。3、设备简单,操作方便,重量轻,拆装搬动灵活,是一项使用范围宽,且十分经济的原位测试设备。螺旋板载何试验已正式纳入国家标准 GB500212001“岩土工程勘察规范”中。二、结构二、结构WDL 型螺旋板载荷试验仪由以下部份构成1、加压部件:液压千斤顶、千斤顶头、顶座、传力杆、传力长短接杆。2、持力系统:直径 300 mm 大地锚、加长锚接杆、横支梁、工字大梁等组成反力架(其反力为最试验荷载的2 倍以上) 。3、沉降测观装置:小地锚、表座托板构成沉降支架、磁性表座、机电百分表装在支架上,传
20、力杆地面上一段套一个沉降支板,机电百分表测头与支架接触。4、测压仪器:螺旋板探头(传感器),电阻应变式结构,由五芯插头座通过四芯屏蔽电线跟地面上二次测读仪表联接(二次测读仪表可采用电阻应变仪、数字测量仪、电位差计或带微机处理机的记录仪等教育资料.均可) 。5、螺旋承压板(螺旋板头)为规定几何形状与尺寸的园形板。普通为 200 cm2 及适合软土的 500 cm2、硬土的 100 cm2 几种板型。WDLWDL 型螺旋板载荷仪的工作特性:型螺旋板载荷仪的工作特性:压力:地面上的加荷液压千斤顶通过传力杆向土中承压板加压,持力系统成反力装置,使承压板受土体的反压力直接传导给承压板上端的螺旋板探头,经
21、传感输出压力电信号,由电缆传到地面二次仪表上显示记录。沉降:沉降支架相对地面固定,螺旋承压板跟传力杆连接一体,承压板下沉时,地面上传力杆固定的沉降支板,亦相随传力杆下沉,因沉降支板与机电百分表等测头直接接触,由机电百分表测读(或显示)下沉位移量。三、主要参数三、主要参数1、螺旋承压板规格及几何尺寸:通常型板:直径 160 mm,截面 200 cm2,螺距 40 mm, (钢板板厚5 mm,铸铁板厚 6 mm) 。特殊型板(a) :直径: 252 mm,载面 500 cm2,螺距 65 mm特殊型板(b) :直径: 113 mm,载面 100 cm2,螺距 25 mm2、试验深度:本机型以 12
22、 m 内为宜(倘需加深,要考虑传力杆自身压缩量对沉降影响的修正)。3、螺旋板探头(传感器)量程: (a)1500 KPa(即 150 T/m2,3T 级传感器)(b)1000 KPa(即 100 T/m2,3T 级传感器)精度:线性、滞后、重复性误差均不大于0.5%(F.S)过载能力:120%(R.L)防水性能:静水压力 500 KPa 时,在 150 h 内,探头桥路绝缘大于教育资料.300 M 以上。4、机电百分表:量程:030 mm(特殊要求可配 050 mm)精度:符合 GB1219-76 一级精度机械表要求,和全程综合误差4 的传感器精度要求。5、额定加荷: 50 KN(特殊可采用
23、80 KN)6、传力杆规格:直径 38 mm 合金钢厚壁管,长度每根 1 m四、安装与操作1、室内准备(a)检查螺旋承压板表面:应光滑,无碰伤和制造缺陷,几何开关尺寸应附合技术参数规定要求。(b)螺旋板探头标定:先将四芯屏蔽电线焊上五芯插头并插入探头的插座中,然后接上探头的防水护套,传力杆的接头套等,探头的防水密封至关重要,须谨慎安装,安装好后再进行下列检查:检查防水性能:探头放入 15 m 水中,连续观测五天,视其绝缘度的良好性。检查精度:将探头放在专用的静探探头率定架上(或标准测力机)上,通过加载,卸荷,视其精度误差达到规定要求,同时结出率定报告。(c)检查机电百分表,计时秒表、二次记录仪
24、表的功能完好性。(d)螺旋承压板的方柄插入螺旋板探头(传感器)下端的方孔中,须上下滑动自如,然后用一根约 3 mm 软金属丝(硬粘土可用铝丝,软粘土用保险丝)插入连接后板头上的小孔内,这样使承压板与探头连成一体。2、安装平整试验场地,择定试验孔位置。教育资料.按试验孔的位置,规划好持力系统和沉降装置的安装点。然后,用下锚机或人力旋下 4 个大地锚和沉降支架 2 个小地锚,再安装反力架与沉降支架。传力杆内贯穿四芯电缆后,将传力杆与探头、承压板连接成一体,然后用人力或下锚机将承压板旋到土中预定的试验点深度。调整好传力杆顶部到荷载大梁间的距离, 使能安装加压部分的液压千斤顶、顶头、顶座等,同时在地面
25、上的传力杆套以沉降支板,并用驻紧螺钉固定。在表座手板上按磁性表座及机电百分表, 调整机电百分表测头跟沉降支板接触距离,使能测正负量程(沉降量)。将电缆接上二次仪表,按规定预热,并予调零。以上工作完成,安装告毕,即可进行试验。3、操作螺旋板载荷试验可按应力法、应变法进行操作(见下列试验方法)。完成孔内试点,再加传力杆将螺旋承压板旋到下一个深度, 一般点距等于或大于 1 m,特殊要求也不应小于0.75 m,如土质均匀,层厚较大时可取 23 m 一个试点。当一个试验孔各点试验全部完成,可用人力或机械将传力杆上拔,拉出地面,而承压板跟探头连接的插销(软金属丝)此时折断,承压板弃于孔内。 (因承压板的造
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