岩土工程原位测试考试知识点总结讲课教案.doc

岩土工程原位测试考试知识点总结

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名词解释（6*3=18）+选择题（18*1=18）+判断题（10*1=10）+简答题（34分）+综合题（20分）
1. （室内）土工试验：包括土的物理性质指标的测定、土的力学性质指标的测定、土的动力特性试验、粘土矿物分析等等。原位测试：在保持岩土体天然结构、天然含水率以及天然应力状态的条件下，测试岩土体在原有位置的工程性质的测试手段。
2. 原位测试与室内土工试验的比较：
原位测试：一、实验对象方面：1，测定土体范围大，能反映宏观微观结构对土性的影响，代表性好；2，对难以取样的土体仍能实验；3，对实验土层不扰动；4，能给出连续的土性变化剖图；5，土体边界条件不明显。二、应力条件方面：1，基本在原位应力条件下进行应力试验；2，应力路径和排水条件不能控制；3，应力条件有局限性三、应变条件：1，应变场不均与；2，应变速率一般大于实际工程条件下的应变速率 四、岩土参数：多建立在经验公式上 五、实验周期：周期短，效率高
室内试验：一：1，与原位相反；二，排水条件、应力路径、应力条件都可以模拟控制；三、应变场均匀，应变速率可控制；四、可直接测定；五：周期长，效率低

1. 载荷试验：在现场用一个刚性承压板逐级加荷，测定天然地基、单桩或复合地基的沉降随荷载的变化，借以确定它们承载能力的试验。 浅层平板载荷试验适用于浅层地基土，包括各种填土和含碎石的土； 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。
2.载荷试验目的：（1）确定地基土的比例界限压力、极限压力，为评定地基上的承载力提供依据（2）确定地基土的变形模量（3）估算地基土的不排水抗剪强度（4）确定地基土的基床系数
3.原理： 典型的平板载荷试验p-s曲线分为三个阶段：直线变形阶段：P-S呈线性关系，此线性段的最大压力称为此时的界限P0 。在直线变形阶段，受荷土体中任意点产生的剪应力小于土体的抗剪强度，土的变形主要由土中空隙的压缩而引起，土体变形主要是竖向压缩，并随时间逐渐趋于稳定。 剪切变形阶段：当载荷大于P0而小于极限压力Pu，P-S变为曲线关系，且斜率逐渐变大。在剪切变形阶段，P-S曲线的斜率随压力P的增大而增大，土体除了产生竖向压缩变形之外，在承压板的边缘已有小范围内土体承受的剪应力达到了或超过了土的抗剪强度，并开始向周围土体发展。处于该阶段土体的变形由土体的竖向压缩和土粒的剪切应变共同引起的。 破坏阶段：当载荷大小大于Pu时，即使荷载维持不变，沉降也会持续或急剧增大，始终达不到稳定标准。在破坏阶段，即使荷载不再增加，承压板仍会不断下沉，土体内部开始形成连续的滑动面，在承压板周围土体发生隆起及环状或放射状裂隙，此时在滑动土体的剪切面上各点的剪应力均达到或超过土体的抗剪强度。
4.实验技术、步骤：试坑的尺寸及要求：浅层平板载荷试验的试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的3倍。试坑底部岩土应避免扰动，保持其原状结构和天然含水量，承压板下铺设不超过20mm的砂垫层找平，并尽快安装设备。承压板的尺寸：对于浅层平板载荷试验，承压板面积不应小于0.25m2，当在软土和粒径较大的填土上进行试验时，不应小于0.5m2。试验终止条件： (1) 承压板周围的土明显地侧向挤出；(2) 沉降s急骤增大，荷载~沉降（p~s）曲线出现陡降段；(3) 在某一级荷载的作用下，24小时内沉降速率不能达到稳定；(4) 沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。操作步骤：（1）加荷操作：（2）稳压操作（3）沉降量观测（4）试验观测与记录
5.仪器设备：（1）加荷系统-承压板、加荷装置（千斤顶、重物）（2）反力系统：重物、地锚单独、地锚和重物联合（3）量测系统-沉降量测系统。
6试验资料整理与应用：整理：（1）绘制p-s曲线（2）p-s曲线的修正【（1）图解法：若曲线初始段各点基本在一条直线上，将曲线上各点同时沿s轴平移s0，使直线段通过坐标原点。（2）最小二乘法：若曲线具有明显的直线段和拐点，可用最小二乘法求出最佳回归直线。s=s0+c0p则修正后的沉降为s’=s-s0】（3）绘制s-lgt曲线（4）绘制lgp-lgs曲线 应用：（1）确定地基土的承载力 确定地基的承载力时既要控制强度，又要能确保建筑物不致产生过大沉降。利用载荷试验成果确定地基土承载力，需要首先确定比例界限压力p0和极限压力pu。比例界限压力p0——p-s曲线拐点，必要时可结合s-lgt曲线或lgp-lgs曲线的特征确定。极限压力pu——满足试验终止条件的前三条之一时，对应的前一级荷载即可确定为极限压力。
a.拐点法 若曲线拐点明显，直接从p-s曲线上确定拐点作为比例界限压力p0 ，并取该比例界限压力p0所对应的荷载值作为地基土的承载力特征值。b.极限荷载法 先确定极限压力，当极限压力小于对应的比例界限压力的荷载值的2倍时，取极限压力的一半作为地基承载力特征值。c.相对沉降法若曲线为缓变曲线，无明显拐点，可取对应于某一相对沉降值（即s/b，b为承压板直径或边长）的压力作为地基土承载力。即在p-s曲线上取s/b为一定值所对应的荷载作为地基承载力特征值。（2）确定地基土的变形模量a.各向同性地基土，地表无超载时（相当于承压板置于地表），土的变形模量按式（2-6）计算，各符号意义同式（2-1）。 E0=I0K(1-μ2)b (2-6)b.各向同性地基土，地表有超载时（相当于靠近地表、在地表以下一定深度进行载荷试验），土的变形模量按式（2-1）计算。E0=I0I1K(1-μ2)b (2-1)(3).确定地基土的基床反力系数
基床反力系数（基床系数、温克尔系数）：弹性半空间地基上某点所受的法向压力与相应位移的比值，K=σ/s。根据平板载荷试验p-s曲线直线段的斜率，可以直接确定基准基床系数Kv。根据现行规范，当采用边长为30cm的平板载荷试验，可根据式（2-7）计算地基的基床反力系数Kv： Kv=p/s（2-7）如果p-s曲线无直线段，则p可取极限压力的一半，s为相对应于该p值得沉降量。
7.螺旋板荷载试验P-S曲线：初始压力 比例界限压力 极限压力 初始压力=上覆层的自重压力
8.影响因素：（1）承压板尺寸：在不超过直线变形阶段的载荷试验时大的比小的好（2）沉降稳定时间标准（3）承压板的埋深：应与基础埋深浅，埋深越浅，比例界限值越小（4）地基均匀性：如果场地土层多，且都是重要的持力层，应分层做载荷试验。
1.静力触探试验：是利用准静力以恒定的贯入速率将一定规格和形状的圆锥探头通过一系列探杆压入土中，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。
2.静力触探试验目的：1）土类定名，并划分土层的界面；2）评定地基土的物理、力学、渗透性质的相关参数；3）确定地基承载力；4）确定单桩极限承载力；5）判定地基土液化的可能性。
3.试验适用范围：软土、粘性土、砂类土和含有少量碎石的土层。
4.仪器设备：（1）贯入装置：（液压式静力触探机、手摇链条式静力触探机、电动机械式静力触探机）（2）探杆：（3）反力装置：（4）探头：单桥探头、双桥探头、孔压探头及其他多功能探头。（5）记录仪器
5.静力触探贯入机理：首先：在均质土层中贯入，锥尖阻力和侧壁摩阻力在一定深度范围内，随着灌入深度的增加而增大，但达到一定的深度后均达到极限值，贯入深度继续增加而不再增加。这一深度称为“临界深度”。其次，静力触探的破坏机理与探头的几何形状、土类和贯入深度有关。第三，圆锥探头在贯入土中时，在其周围及底部土中会形成一定的扰动区。
6.试验终止条件：1）要求的贯入长度或深度已经达到；2）贯入时探杆出现明显弯曲；3）反力装置失效； 4）试验记录显示异常； 5）触探主机负荷达到其额定荷载的120%时；6）探头负荷达到额定荷载时；
7.温度变化的原因以及零漂的改进方法：（1）标定时的温度与地下温度的差异（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。改进方法：（1）采用温度补偿应变片来补偿温度变化对应变量测的影响（2）在正式试验前将探头放在地下1m处，放置30min，使探头与地温平衡，再调仪器为初始零点。
8.探头偏斜的原因以及防止方法：（1）原因：a.贯入探杆的长度无法反映实际贯入深度，分层界限不准b.探头的倾斜也会使测得的土层阻力严重负真（2）防止：a.检查探杆的平直度b.灌入主机放置在平整的地面或人工平台上，采用地锚为反力装置时，地锚的埋深应一致，保持反力的对称与平衡，并将贯入主机严格调平c.在探头上加装测斜仪器，通过修正消除孔斜对贯入深度的影响。
9.工程应用：（1）浅基础设计方面的应用：a.承载力计算b.沉降计算（2）深基础方面的应用：竖向承载力的计算（桩）（3）地基处理负重控制：是检测深层密实处理效果的最好技术之一（4）砂性土地基的液化评价

1. 圆锥动力触探试验：是利用一定的锤击能量，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据打入土中的难易程度（贯入阻力或贯入一定深度的锤击数）来判别土的性质的一种现场测试方法。
2. 目的：（1）进行地基土的力学分层；（2）定性地评价地基土的均匀性和物理性质（状态、密实度）；（3）查明土洞、滑动面、软硬土层界面的位置。
3. 适用范围：（1）评价地基土的强度和变形参数；（2）评定天然地基的承载力；（3）估算单桩承载力。
4. 轻型圆锥动力触探：（1）仪器设备：导向杆、穿心锤、锤垫、探杆和圆锥探头（2）适用范围：一般粘性土、素填土、粉土河粉细砂，连续贯入深度一般不超过4m。
5. 影响因素：（1）杆长的影响（2）杆侧摩擦的影响（3）上覆压力的影响
6. 试验资料的整理和分析：（1）绘制动力触探N-左或N’-左曲线图（2）划分土层界限（3）计算各层的击数平均值（4）成果分析，估算地基土的力学性质。
7. 划分力学分层的原则：分层时要考虑动贯入阻力在土层变化附近的“超前”反应，即探头尚未实际进入下面土层之前，动贯入阻力就已“感知”土层的变化，提前变大或变小。反应的范围约为探头直径的2-3倍。因此，在划分土层时，有软层进入硬层时，分层界线可选在软层最后一个小值点以下2-3倍探头直径处，而由硬层进入软层时，分层界线可定在软层第一个小值点以上2-3倍探头直径处。
8. 试验结果的工程应用：（1）评定地基土的状态或密实程度（2）确定地基土的承载力与变形模量

1. 标准贯入试验：是一种在现场用63.5kg的穿心锤，以76cm的落距自由落下，将一定规格的带有小型取土筒的标准贯入器打入土中，记录打入30cm的锤击数N，并以此评价土的工程性质的原位试验。
2. 目的：（1）评价地基土的物理状态；（2）评价地基土的力学性能参数；（3）计算天然地基的承载力；（4）计算单桩的极限承载力及对场地成桩的可能性做出评价；（5）评价场地砂土和粉土的液化可能性及等级。
3. 实验设备：贯入器、穿心锤、触探杆
4. 影响因素：（1）钻孔孔底的应力状态（2）锤击能量
5. 实验步骤：（1）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水位（2）先钻进至需要进行标准贯入试验位置的土层标高以上15cm处，清孔后换用标准贯入器，并量得深度尺寸。（3）采用自动脱钩的自由锤击法进行试验，并减少导向杆与锤之间的摩擦阻力。（4）将贯入器垂直打入试验土层中，锤击速率应小于30击/min。（5）提出贯入器，将贯入器中土样取出进行鉴别描述，并记录，然后换以钻具继续钻进，至下一需要进行试验的深度，再重复上述操作。
6. 标准贯入试验的修正：杆长的修正 上覆压力修正
7. 成果分析：（1）评定砂土的相对密度Dr和密实状态（2）评定粘性土的稠度状态（3）评定土的强度指标：可以评定砂土的内摩擦角和粘性土的不排水抗剪强度Cu
8. 工程应用：（1）地基土的液化判别（2）评定地基土的承载力（3）确定单桩承载力（4）地基处理效果检测
1. 十字板剪切试验：是一种通过对插入地基土中的规定形状和尺寸的十字板头施加扭矩，使十字板头在土体中等速扭转形成圆柱状破坏面，经过换算评定地基土不排水抗剪强度的现场试验。
2. 目的：（1）测定原位应力条件下软粘性土的不排水抗剪强度；（2）评定软粘性土的灵敏度；（3）计算地基的承载力；（4）判断软粘性土的固结历史。
3. 基本原理：十字板剪切试验的原理，即在钻孔某深度的软粘土中插入规定形状和尺寸的十字板头，施加扭矩，将土体剪切破坏，测定土体抵抗扭损的最大力矩，通过换算得到土体不排水抗剪强度cu值（假定φ≈0）。十字板头旋转过程中假设在土体中产生一个高度为H（十字板头的高度）、直径为D（十字板头的直径）的圆柱状剪损面，并假定该剪损面的侧面和上下底面上每一点土的抗剪强度都相等。在剪损过程中土体产生的最大抵抗力矩M由圆柱侧表面的抵抗力矩M1和圆柱上下底面的抵抗力矩M2两部分组成，即M=M1+M2。
4. 仪器设备：十字板头 轴杆 测力装置
5. 技术要求：（1）十字板板头形状宜为矩形，径高比1:2板厚宜为2mm（2）十字板头插入钻孔底的深度不应小于钻孔或套管直径的3-5倍（3）十字板插入至试验深度后，至少应静止2-3min（4）扭转剪切速率宜采用1-2度/10s，并应在测得峰值强度后继续测记1min（5）在峰值强度或稳定值测试完后，顺扭转方向连续转动6圈后，测定重塑土的不排水抗剪强度（6）对开口钢环十字板剪切仪，应修正轴杆与土间的摩阻力的影响
6. 试验方法步骤：（1）平整场地，安装机架，并固定（2） 把板头压至测试深度（3） 卡住钻杆，并调零（4）转动手柄，旋转钻杆，使板头产生扭矩（5）测量扭矩直至峰值出现（6）松动钻杆（7）完全扰动测试土体，重复2-5测量扰动土的剪切强度。
7. 成果分析：（1）地基土不排水抗剪强度（2）估算土的液性指数IL（3）评价地基土的应力历史
8. 工程应用:(1) 评定软土地基承载力（φ=0）(2) 确定地基土强度的变化 (3) 检验地基处理效果
9. 适用条件：（1）只适用于测定饱和软粘性土的抗剪强度（2）对于正常固结的饱和软粘性土，十字板试验能反映出软粘性土的天然强度随深度而增大的规律。
10. 影响因素：十字板头的旋转速率 土的各向异性 十字板头的规格 排水条件

1. 旁压试验：通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，由旁压膜（或护套）将压力传给周围土体（或软岩），使土体（或软岩）产生变形直至破坏从而得到压力与扩张之间的关系曲线的现场试验。
2. 目的：（1）评价地基土的承载力和变形参数；（2）根据自钻式旁压试验的旁压曲线，还可以推求地基土的原位水平应力、静止侧压力系数和不排水抗剪强度等土性参数。
3. 适用范围：粘性土、粉土、砂土、碎石土、极软岩和软岩等地层。
4. 原理：Ⅰ段(曲线AB):初步阶段,反映孔壁受扰动土的压缩;Ⅱ段(直线BC）：似弹性阶段，压力与体积变化量大致呈直线关系； Ⅲ段（曲线CD）：塑性阶段，随着压力的增大，体积变化量逐渐增大，最后急剧增大，达到破坏。

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