1、第五章 工程地质原位测试掌握土体力学性质的原位测试方法，包括载荷试验、静力触探、动力触探、波速试验等基本原理、适用条件、资料整理和成果应用。除此之外，应适当了解其他原位测试方法。5.1 概述在岩土工程勘察过程中，为了取得工程设计所需要的反映地基岩土体物理、力学、水理性质指标，以及含水层参数等定量指标。要求对上述性质进行准确的测试工作，这种测试仅靠勘探中采取岩土样品在实验室内进行实验往往是不够。实验室一般使用小尺寸试件，不能完全确切地反映天然状态下的岩土性质，特别是对难于采取原状结构样品的岩土体。因而有必要在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学性质及其他指标，以弥补实验室测试的不足。原位测
2、试亦称现场试验、就地试验、野外试验。许多试验方法是随着对岩土体的深入研究而发展起来的。5.1.1 什么是原位测试？原位测试（in-situ-test）是在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层的一种岩土工程勘察技术。5.1.2 野外试验的目的1、在岩土体处于天然状态下，利用原地切割的较大尺寸的试件进行各种测试取得可靠的岩土体物理、力学、水理性质指标。2、对于某些因无法采取原状样品进行室内实验的岩土体的测试。如：裂隙化岩石、液态粘性土（低液限粘土、淤泥） 、砂砾。3、完成或实现室内无法测定的实验内容。如：地下洞室围岩应力、岩体
3、裂隙的连通性、透水性、含水层的渗透性等。4、为施工（基坑开挖、地基处理）提供可靠的数据。5.1.3 原位测试的优缺点及其分类（一）优点（1）可在拟建工程场地进行测试，不用取样。（2）原位测试涉及的土体积比室内试验样品要大得多，因而更能反映土的宏观结构（如裂隙、夹层）对土的性质的影响。（4）很多土的原位测试技术方法可连续进行，因而可以得到完整的土层剖面及其物理力学性质指标。（5）可以快速地获取反映岩土体宏观结构特征的工程性状参数。（二）缺点（1）难以控制测试中的边界条件。（2）一般试验周期长、在人力、物力和时间上耗费较大，成本高。（三）分类岩 体 应 力 测 试现 场 直 剪 试 验岩 体 的
4、变 形 试 验波 速 试 验岩 体 原 位 测 试 抽 、 注 水 试 验十 字 板 剪 切 试 验标 准 贯 入 试 验圆 锥 动 力 触 探 试 验旁 压 试 验静 力 触 探 试 验载 荷 试 验土 体 原 位 测 试原 位 测 试国外已经出现了能同时测定岩土体几种工程性质参数的联合原位测试仪器设备，如波速静力触探仪、静力触探旁压测试仪。水文地质试验:钻孔压水试验（裂隙岩体） 、抽水试验（中、强富水性含 水层） 、注水试验（干、松散透水层） 、岩溶裂隙连通试验等改善土、石性能的试验：为地基改良和加固处理提供依据。如：灌浆试验、桩基试验等。5.2 土体原位测试的优缺点土体原位测试一般是指在
5、岩土工程勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层的一种土工勘测技术。它是一项自成体系的试验科学，在岩土工程勘察中占有重要位置。这是因为它与钻探、取样、室内试验的传统方法比较起来，具有下列明显优点：(1)可在拟建工程场地进行测试，毋需取样，避免了因钻探取样所带来的一系列困难和问题，如原状样扰动问题等。(2)原位测试所涉及的土尺寸较室内试验样品要大得多，因而更能反映土的宏观结构如裂隙等)对土的性质的影响。5.4 土体原位测试技术的种类土体原位测试方法很多，可以归纳为下列两类：(1)土层剖面测试法。它主要包括静力触探、动力触探、扁铲松胀仪试
6、验及波速法等。土层剖面测试法具有可连续进行、快速经济的优点。(2)专门测试法。它主要包括载荷试验、旁压试验、标准贯入实验、抽水和注水试验、十字板剪切试验等。土的专门测试法可得到土层中关键部位土的各种工程性质指标，精度高，测试成果可直接供设计部门使用。其精度超过室内试验的成果。5.4 静力载荷试验载荷试验的主要优点是对地基土不产生扰动，利用其成果确定的地基承载力最可靠、最有代表性，可直接用于工程设计。其成果用于预估建筑物的沉降量效果也很好。因此，在对大型工程、重要建筑物的地基勘测中，载荷试验一般是不可少的。它是目前世界各国用以确定地基承载力的最主要方法，也是比较其他土的原位试验成果的基础。载荷试
7、验按试验深度分为浅层和深层；按承压板形状有平板与螺旋板之分；按用途可分为一般载荷试验和桩载荷试验；按载荷性质又可分为静力和动力载荷试验。5.4.1 基本原理在拟建建筑物场地挖至预计基础埋深的整平坑底放置一定面积的方形（或圆形）承压板，在其上逐级施加荷载，测定各项应荷载作用下地基土的稳定沉降量。根据实验得到的荷载沉降曲线，确定地基土的承载力基本值，计算地基土的变形模量。P-S 曲线的三阶段介绍。5.4.2 实验设备（一）承压板（二）加荷装置（1）压重加荷装置（2）千斤顶加荷系统（3）重物、机械、液压放大加荷装置（三）反力系统（1）锚固式（2）撑壁式（3）平洞式（四）测力系统（1）力传感器（2）压
8、力表（3）测力刚环（五）观测系统（1）观测支架（2）测量仪表：百分表，电测位移计，水准仪。5.4.3 资料整理（一）对原始数据检查、校对后，整理出荷载与沉降值、时间与沉降值汇总表。（二）绘制压力（P ）与沉降量（ S）关系曲线。（三）修正原始 P-S 曲线。（1）图解法（2）最小二乘法5.4.4 试验成果应用1、确定地基土承载力基本值 确定方法：（1）强度控制法；（2）相对沉降控制法；（3）极限荷载控制法2、计算地基变形模量 E03、确定湿陷性黄土的湿陷起始压力。4、计算地基沉降量。5.5 静力触探5.5.1 试验的原理与目的用准静力将一个内部有传感器的探头以匀速压入土中，由于地层中各层土的软
9、硬不同，探头受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表记录下来，并绘出随深度的变化曲线。根据贯入阻力与土的工程地质性质之间的定性关系和统计相关关系，通过触探曲线分析，即可达到对复杂的土层进行地层划分、获取地基容许承载力和弹性模量、变形模量等指标，选择桩尖持力层和预估单桩承载力等岩土工程勘察的目的。静力触探试验(英文缩写 CPT)，是把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。它分为机械式和电测式两种。电测静力触探是应用最广的一种原位测试技术，这与它明显的优点有关：兼有勘探与测试双重作用；测试数据精度高，再现性好，且测
10、试快速、连续、效率高、功能多；采用电子技术，便于实现测试过程自动化。5.5.2 试验仪器设备（一）贯入系统（1）触探主机（2）探杆（3）反力装置（二）探头（1）单桥探头（2）双桥探头（3）孔压静力探头（三）量测系统5.5.3 资料整理（1）对原始数据进行检查与校正。（2）计算各种参数（比贯入阻力、锥头阻力、侧壁摩阻力、摩阻比及孔隙水压力） 。（3）对单桥和双桥探头应沿测试深度绘制各种曲线。5.5.4 测试成果应用（1）划分土层及土层剖面（2）确定地基土特征值（3）确定土的压缩模量和变形模量（4）评价砂土和粉土的震动液化（5）检验压实填土质量及强夯效果（6）黄土湿陷性评价（7）判定土质滑坡滑动面
11、、土洞及冻融土强度5.6 动力触探试验动力触探测试：利用一定的捶击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入一定深度的捶击数来判定土的性质，并对土进行力学分层的一种原位测试方法。可分为两大类：圆锥动力触探、标准贯入试验5.6.1 圆锥动力触探（一）分类轻型，适用于一般粘性土及素填土、软土；中型，适用于粘性土和粉土；重型，适用于砂土及碎石土；超重型：卵石、砾石类图。（二）实验设备（1）导向杆（2）自由落锤装置（3）落锤（4）触探杆（5）探头（三）资料整理（1）检查核对现场记录（2）实测击数校正及统计分析（2）绘制曲线（3）根据曲线对地基土进行力学分层（4）计算各土层击数平均值（5）计算动贯入阻力
12、（6）绘制动贯入阻力与深度关系曲线 （四）成果应用（1）划分土类或土层剖面 （2）确定砂土的物理、力学参数（3）评价单桩承载力（4）评价场地土均匀性、查明土洞、滑动面、软硬土层界面。（5）检验地基加固效果4.6.2 标准贯入试验标准贯入试验是用 63.50.5kg 的穿心锤，以 762.0cm 的自由落据，将标准规格的标准贯入器在孔底预打入土中 15cm，然后测记再打入 30cm 的锤击数，并把此锤击数作为标准贯入试验的锤击数 N。（一）使用条件主要适用于一般粘性土、粉土和砂土，不适用于软塑流塑的软土。（二）实验设备标准贯入试验除所用探头为对开式贯入器外，其他试验设备与圆锥动力触探相类似。（三
13、）资料整理（1）检查校对现场记录的锤击数 N。（2）现场锤击数修正。（四）成果应用（1）确定砂土的密度（2）划分土类或土层剖面（3）确定地基承载力（4）进行饱和砂土和粉土的地震液化势判别（5）确定粘性土的状态和无侧线抗压强度5.7 波速试验5.7.1 基本原理依据弹性波在岩土体内的传播理论，测定压缩波、剪切波、或瑞利波在地层中的传播速度，间接推导出岩土体在小应变条件下动力参数的现场岩土测试技术。5.7.2 试验仪器设备（1）激振器（2）检波器（3）放大记录系统5.7.3 资料整理（1）波形识别（2）计算激振点与检波点之间的距离，对跨孔法如有偏斜，应对孔距进行校准。（3）计算压缩波、剪切波和瑞利波的传播速度，其误差应在 5%以内。（4）计算动剪切模量、动弹性模量和波松比。（5）绘制计算参数与深度变化的关系曲线。5.7.4 成果应用（1）划分场地土类型（2）根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分建筑场地类别（3）用临界剪切波速经验判别砂土或粉土的地震液化势（4）确定地基刚度（5）地基加固效果检验
