第七章 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

1、巖 土 工 程 勘 察,主講教師：王小平,7.4 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（Standard penetration Test ，SPT）,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)原來被歸入動(dòng)力觸探試驗(yàn)一類，實(shí)際上，它在設(shè)備規(guī)格上與前述重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)也具有很多相同之處，而僅僅是圓錐形探頭換成了由兩個(gè)半圓筒組成的對開式管狀貫入器。此外與重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)不同的一點(diǎn)在于，規(guī)定將貫入器貫入土中所需要的錘擊數(shù)（又稱為標(biāo)貫擊數(shù)）作為分析判斷的依據(jù)。 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

2、具有圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)所具有的所有優(yōu)點(diǎn)，另外它還可以采取擾動(dòng)的土樣，進(jìn)行顆粒分析，因而對于土層的分層及定名更為準(zhǔn)確可靠。,（1）試驗(yàn)?zāi)康?采取擾動(dòng)土樣，鑒別和描述土類，按照顆分試驗(yàn)結(jié)果給土層定名。 判別飽和砂土、粉土的液化可能性。 定量估算地基土層的物理力學(xué)參數(shù)，如判定黏性土的稠度狀態(tài)、砂土相對密度及土的變形和強(qiáng)度的有關(guān)參數(shù)，評定天然地基土的承載力和單樁承載力。,（2）試驗(yàn)原理,采用標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中一定距離（ 30cm ）所需落錘次

3、數(shù)（標(biāo)貫擊數(shù)）來表示土阻力大小,（3）試驗(yàn)設(shè)備,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)系統(tǒng)組成：貫入器；穿心落錘；穿心導(dǎo)向觸探桿。,貫入器,穿心落錘,穿心導(dǎo)向觸探桿,錘墊,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備規(guī)格及適用土類表,圓錐動(dòng)力觸探類型及設(shè)備規(guī)格,,（4）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)技術(shù)要求,1. 采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中要防止孔底涌土。當(dāng)孔壁不穩(wěn)定時(shí)，可采用泥漿或套管護(hù)壁，鉆至試驗(yàn)標(biāo)高 15cm 以上時(shí)應(yīng)停止鉆進(jìn)，清除孔底殘土后再進(jìn)行貫入試驗(yàn)。2. 應(yīng)采用自動(dòng)脫鉤的自由落錘裝置并

4、保證落錘平穩(wěn)下落，減小導(dǎo)向桿與錘間的摩阻力，避免錘擊偏心和側(cè)向晃動(dòng)，保持貫入器、探桿、導(dǎo)向桿連接后的垂直度，錘擊速率應(yīng)小于每分鐘30擊。,3. 探桿最大相對彎曲度應(yīng)小于 1/1000。4. 正式試驗(yàn)前， 應(yīng)預(yù)先將貫入器打入土中 15cm， 然后開始記錄每打入 10cm 錘擊數(shù)，累計(jì)打入30cm 的錘擊數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù) N。當(dāng)錘擊數(shù)已達(dá)到 50 擊，而貫入深度未達(dá)到 30cm 時(shí)，可記錄 50 擊的實(shí)際貫入度，并按下式換算成相當(dāng)

5、于 30cm 貫入度的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N 。并終試驗(yàn)：,其中△S— 50擊時(shí)的實(shí)際貫入深度,5. 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)可在鉆孔全深度范圍內(nèi)等間距進(jìn)行，也可僅在砂土、粉土等需要試驗(yàn)的土層中等間距進(jìn)行，間距一般為1.0~1.2m。6. 由于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù) N 值的離散性往往較大，故在利用其解決工程問題時(shí)應(yīng)持慎重態(tài)度，僅僅依據(jù)單孔標(biāo)貫試驗(yàn)資料提供設(shè)計(jì)參數(shù)是不可信的，如要提供定量的設(shè)計(jì)參數(shù)，應(yīng)有當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，否則只能提供定性的結(jié)果，供初步評定

6、用。,（5）貫入擊數(shù)的修正問題,桿長修正,上覆有效應(yīng)力影響修正,地下水影響修正,（6）試驗(yàn)成果及應(yīng)用,判斷砂土密實(shí)度,標(biāo)貫擊數(shù)與砂土密實(shí)度的關(guān)系對照表,人力松繩,N1,上海市標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》（DBJ08-37-1994）考慮了土層埋深因素產(chǎn)生的上覆壓力影響，對實(shí)測的標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行了上覆壓力修正，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)修正后的標(biāo)貫擊數(shù)給出了對應(yīng)的砂土密實(shí)程度。,考慮土層上覆壓力的修正公式如下：,用經(jīng)上覆壓力修正后的標(biāo)貫擊數(shù)判別砂土相對密

7、度表,評定黏性土的稠度狀態(tài)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,黏性土的稠度狀態(tài)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系表,此表為 Terzaghi 和 peck 的結(jié)果。,黏性土的稠度狀態(tài)與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系表,此表為 原冶金部武漢勘察公司成果。,評定砂土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),砂土的內(nèi)摩擦角與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系表,此表為 Meyerhof 和 Peck 成果。,注：均質(zhì)砂取高值，非均質(zhì)砂取低值，粉砂減5º，砂和礫石混合土增加5º。,Peck 還提出了經(jīng)驗(yàn)公

8、式：,日本的建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范采用大畸的經(jīng)驗(yàn)公式：,此表為 美國 Gibbs 和 Holtz 成果。,評定黏性土的不排水抗剪強(qiáng)度 Cu,日本道路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范則采用下列經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：,Terzaghi 和 Peck 提出用標(biāo)貫擊數(shù)評定性土不排水抗剪強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式如下：,評定土的變形參數(shù),國內(nèi)用標(biāo)貫擊數(shù)確定地基土變形參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式,評定地基土的承載力,我國《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》,砂土承載力標(biāo)準(zhǔn)值與標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)的關(guān)系,粘性土承載力標(biāo)準(zhǔn)值與標(biāo)準(zhǔn)

9、貫入擊數(shù)的關(guān)系,人力松繩,人力松繩,日本住宅公團(tuán)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式如下：,Terzaghi 提出用標(biāo)貫擊數(shù)確定地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，安全系數(shù)取3：,對條形基礎(chǔ)：對獨(dú)立方形基礎(chǔ)：,估算單樁承載力,北京市勘察院提出的預(yù)估鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力的計(jì)算公式為：,單樁豎向極限承載力 ( kN )樁端的截面積 ( m2 )樁在砂土中的側(cè)面積 ( m2 )樁在黏性土中的側(cè)面積 ( m2 )樁端附近土層中的標(biāo)貫數(shù)；樁周砂土層標(biāo)貫擊數(shù)

10、樁周黏土層標(biāo)貫擊數(shù)孔底虛土的厚度 ( m ),式中,Pu——,Ap——,As——,Ac——,Np——,Ns——,Nc——,h——,飽和砂土、粉土的液化,標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)是判別飽和砂土、粉土液化的重要手段， 我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2010）規(guī)定,7.5 十字板剪切試驗(yàn) (vane shear test),十字板剪切試驗(yàn)是一種在鉆孔內(nèi)快速測定飽和軟黏土抗剪強(qiáng)度的原位測試方法。自1954年由南京水科院等單位對這項(xiàng)技術(shù)

11、開始開發(fā)應(yīng)用以來， 在我國沿海地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。理論上，十字板剪切試驗(yàn)測得的抗剪強(qiáng)度相當(dāng)于室內(nèi)三軸不排水剪總應(yīng)力強(qiáng)度。由于十字板剪切試驗(yàn)不需要采取土樣，可以在現(xiàn)場基本保持原位應(yīng)力狀態(tài)的情況下進(jìn)行測試，這對于難以取樣的高靈敏度的黏性土來說具有不可替代的優(yōu)越性。,（1）試驗(yàn)?zāi)康?測定原位應(yīng)力條件下軟黏土的不排水抗剪強(qiáng)度。 估算軟黏土的靈敏度。,（2）試驗(yàn)原理,十字板剪切試驗(yàn)是將具有一定高徑比的十字板插入待測試土層中，通過鉆桿對十字板頭

12、施加扭矩使其勻速旋轉(zhuǎn)，根據(jù)施加的扭矩即可以得到土層的抵抗扭矩，進(jìn)一步可換算成土的抗剪強(qiáng)度。,板頭側(cè)面的剪切阻力為均勻分布,圖中所示為在板頭上、下面的剪切阻力分布。,,勻速扭轉(zhuǎn),Jackson(1969) 提出修正公式：,與圓柱頂?shù)酌婕魬?yīng)力分布相關(guān)的系數(shù),,（3）試驗(yàn)設(shè)備,十字板剪切試驗(yàn)系統(tǒng)組成：十字板頭；傳力系統(tǒng)；加力裝置；測量裝置。（機(jī)械式和電測試）,室內(nèi)十字板剪切儀,十字板頭規(guī)格表,注：,（4）十字板剪切試驗(yàn)技術(shù)要求,1.

13、十字板剪切試驗(yàn)點(diǎn)的布置在豎向上的間距可為1m。2. 十字板頭形狀宜為矩形，徑高比為1:2，板厚宜為2~3mm。3. 十字板頭插入鉆孔底（或套管底部）深度不應(yīng)小于孔徑或套管直徑的3~5倍。4. 十字板插入至試驗(yàn)深度后，至少應(yīng)靜置2~3min，方可開始試驗(yàn)。,5. 扭轉(zhuǎn)剪切速率宜采用1º~2º/10s，并在測得峰值強(qiáng)度后繼續(xù)測記1min。6. 在峰值強(qiáng)度或穩(wěn)定值測試完畢后，再順扭轉(zhuǎn)方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)6圈，測定重塑土的不

14、排水抗剪強(qiáng)度。7. 對開口鋼環(huán)十字板剪切儀，應(yīng)修正軸桿與土間摩阻力的影響。,（5）試驗(yàn)成果及應(yīng)用,十字板剪切試驗(yàn)的成果主要有：各試驗(yàn)點(diǎn)土的不排水抗剪峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度、重塑土強(qiáng)度和靈敏度極其隨深度變化曲線；抗剪強(qiáng)度與扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線等,由于十字板剪切試驗(yàn)得到的不排水抗剪強(qiáng)度一般偏高，因此要經(jīng)過修正才能用于工程設(shè)計(jì)，其修正方法如下：,修正系數(shù)取值,2. IL＞1的土,1. 其他軟土土,Daccal,影響測試結(jié)果因素： 板頭尺寸 剪應(yīng)

15、力分布 排水條件 土的各向異性 剪切速率 觸變效應(yīng),計(jì)算地基承載力,根據(jù)中國建筑科學(xué)研究院和華東電力設(shè)計(jì)院的經(jīng)驗(yàn)，地基容許承載力可按下式估算：,估算地基土的靈敏度,軟黏土地基的靈敏度按下式計(jì)算：,另外，十字板剪切試驗(yàn)成果還可以用來檢驗(yàn)地基加固效果、估算單樁極限承載力以及用于估算軟土的液性指數(shù)等,2<St<4 中等靈敏度土,St≤2 低靈敏度土,St ≥ 4 高靈敏度土,判定軟土的固結(jié)歷史,根據(jù)C

16、u-h 曲線判定軟土的固結(jié)歷史:1. 若Cu-h 曲線大致呈一通過地面原點(diǎn)的直線，可判定為正常固結(jié)土；2. 若Cu-h 直線不通過原點(diǎn)而與縱坐標(biāo)的向上延長軸線相交，則可判定為超固結(jié)土。,7.6 旁壓試驗(yàn),旁壓試驗(yàn)又稱為橫壓試驗(yàn)，它是通過圓柱狀旁壓器對鉆孔壁施加均勻橫向壓力，使孔壁土體發(fā)生徑向變形直至破壞，同時(shí)通過測量系統(tǒng)量測橫向壓力和徑向變形之間的關(guān)系，進(jìn)一步推求地基土力學(xué)參數(shù)的一種原位測試方法。分為預(yù)鉆式和自鉆式。,優(yōu)點(diǎn)：

17、 旁壓試驗(yàn)的物理模型為軸對稱的圓柱形孔的擴(kuò)張問題，這個(gè)問題的彈塑性理論解已經(jīng)得到很好的解決。 旁壓試驗(yàn)可以用來估計(jì)原位水平應(yīng)力。 測試方便，不受地下水位的限制，與室內(nèi)試驗(yàn)相比，具有試樣大、代表性強(qiáng)、擾動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。 旁壓試驗(yàn)具有較廣泛的適應(yīng)性，可適合于黏性土、粉土、砂土、碎石土、極軟巖、軟巖等各類巖土的測試。,（1）試驗(yàn)?zāi)康?測定土的旁壓模量和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系； 估算黏性土、粉土、砂土、軟質(zhì)巖石和風(fēng)化巖石的承載力。,。。,（2）試

18、驗(yàn)原理,典型的旁壓試驗(yàn) P-V 曲線,土體泊松比，碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉質(zhì)黏土取0.38，黏土取0.42；旁壓儀測量腔的固有體積；與初始壓力對應(yīng)的測量腔體積；與臨塑壓力對應(yīng)的測量腔體積；旁壓曲線直線段的斜率。 △V=Vf -V0,μ,Vc,V0,Vf,△p/△V,此外，根據(jù)初始壓力、臨塑壓力、極限壓力和旁壓模量結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)可評定地基承載力和變形參數(shù)。,（3）試驗(yàn)設(shè)備,旁壓試驗(yàn)系統(tǒng)組成：旁壓器；加

19、壓穩(wěn)壓裝置；變形測量裝置；,旁壓試驗(yàn)系統(tǒng)組成：監(jiān)測裝置壓力表高壓氣瓶輔助腔測量腔旁壓器同軸塑料管量管,自鉆式旁壓測試不同于其他原位測試方法，該方法不需要經(jīng)驗(yàn)校正系數(shù)，更能在短時(shí)間內(nèi)獲得大量精確數(shù)據(jù)，而且在軟土盒沙層中，只能用自鉆式旁壓法。劍橋自鉆式旁壓儀在1975年開始生產(chǎn)，從1980年開始在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。,自鉆式旁壓試驗(yàn)儀,（4）旁壓試驗(yàn)技術(shù)要求,1. 旁壓試驗(yàn)點(diǎn)要求布置在有代表性的位置和深度進(jìn)行，旁壓儀的量

20、測腔要求位于同一土層內(nèi)。試驗(yàn)點(diǎn)的垂直間距應(yīng)根據(jù)地層條件和工程要求確定，但不宜小于1m，試驗(yàn)孔與已有鉆孔的水平距離不宜小于1m。2. 預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)應(yīng)保證成孔質(zhì)量，孔壁要垂直、光滑、呈規(guī)則圓形，鉆孔直徑與旁壓器直徑應(yīng)良好配合，防止孔壁坍塌。,3. 加荷等級可采用預(yù)期臨塑壓力的1/7~1/5，初始階段加荷等級可取小值，必要時(shí)，可做卸荷再加載試驗(yàn)，測定再加荷旁壓模量。4. 每級壓力應(yīng)維持1min或2min后再施加下一級荷載，維持1min時(shí)