第七章 標準貫入試驗

1、巖 土 工 程 勘 察,主講教師：王小平,7.4 標準貫入試驗（Standard penetration Test ，SPT）,標準貫入試驗原來被歸入動力觸探試驗一類，實際上，它在設備規(guī)格上與前述重型圓錐動力觸探試驗也具有很多相同之處，而僅僅是圓錐形探頭換成了由兩個半圓筒組成的對開式管狀貫入器。此外與重型圓錐動力觸探試驗不同的一點在于，規(guī)定將貫入器貫入土中所需要的錘擊數(shù)（又稱為標貫擊數(shù)）作為分析判斷的依據(jù)。 標準貫入試驗

2、具有圓錐動力觸探試驗所具有的所有優(yōu)點，另外它還可以采取擾動的土樣，進行顆粒分析，因而對于土層的分層及定名更為準確可靠。,（1）試驗目的,采取擾動土樣，鑒別和描述土類，按照顆分試驗結果給土層定名。 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度的有關參數(shù)，評定天然地基土的承載力和單樁承載力。,（2）試驗原理,采用標準貫入器打入土中一定距離（ 30cm ）所需落錘次

3、數(shù)（標貫擊數(shù)）來表示土阻力大小,（3）試驗設備,標準貫入試驗系統(tǒng)組成：貫入器；穿心落錘；穿心導向觸探桿。,貫入器,穿心落錘,穿心導向觸探桿,錘墊,標準貫入試驗設備規(guī)格及適用土類表,圓錐動力觸探類型及設備規(guī)格,,（4）標準貫入試驗技術要求,1. 采用回轉鉆進，鉆進過程中要防止孔底涌土。當孔壁不穩(wěn)定時，可采用泥漿或套管護壁，鉆至試驗標高 15cm 以上時應停止鉆進，清除孔底殘土后再進行貫入試驗。2. 應采用自動脫鉤的自由落錘裝置并

4、保證落錘平穩(wěn)下落，減小導向桿與錘間的摩阻力，避免錘擊偏心和側向晃動，保持貫入器、探桿、導向桿連接后的垂直度，錘擊速率應小于每分鐘30擊。,3. 探桿最大相對彎曲度應小于 1/1000。4. 正式試驗前， 應預先將貫入器打入土中 15cm， 然后開始記錄每打入 10cm 錘擊數(shù)，累計打入30cm 的錘擊數(shù)為標準貫入試驗錘擊數(shù) N。當錘擊數(shù)已達到 50 擊，而貫入深度未達到 30cm 時，可記錄 50 擊的實際貫入度，并按下式換算成相當

5、于 30cm 貫入度的標準貫入試驗錘擊數(shù)N 。并終試驗：,其中△S— 50擊時的實際貫入深度,5. 標準貫入試驗可在鉆孔全深度范圍內等間距進行，也可僅在砂土、粉土等需要試驗的土層中等間距進行，間距一般為1.0~1.2m。6. 由于標準貫入試驗錘擊數(shù) N 值的離散性往往較大，故在利用其解決工程問題時應持慎重態(tài)度，僅僅依據(jù)單孔標貫試驗資料提供設計參數(shù)是不可信的，如要提供定量的設計參數(shù)，應有當?shù)亟?jīng)驗，否則只能提供定性的結果，供初步評定

6、用。,（5）貫入擊數(shù)的修正問題,桿長修正,上覆有效應力影響修正,地下水影響修正,（6）試驗成果及應用,判斷砂土密實度,標貫擊數(shù)與砂土密實度的關系對照表,人力松繩,N1,上海市標準《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，對實測的標貫擊數(shù)進行了上覆壓力修正，并在此基礎上根據(jù)修正后的標貫擊數(shù)給出了對應的砂土密實程度。,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)和無側限抗壓強度,黏性土的稠度狀態(tài)和無側限抗壓強度與標貫擊數(shù)的關系表,此表為 Terzaghi 和 peck 的結果。,黏性土的稠度狀態(tài)與標貫擊數(shù)的關系表,此表為 原冶金部武漢勘察公司成果。,評定砂土的抗剪強度指標,砂土的內摩擦角與標貫擊數(shù)的關系表,此表為 Meyerhof 和 Peck 成果。,注：均質砂取高值，非均質砂取低值，粉砂減5º，砂和礫石混合土增加5º。,Peck 還提出了經(jīng)驗公

8、式：,日本的建筑基礎設計規(guī)范采用大畸的經(jīng)驗公式：,此表為 美國 Gibbs 和 Holtz 成果。,評定黏性土的不排水抗剪強度 Cu,日本道路橋梁設計規(guī)范則采用下列經(jīng)驗關系式：,Terzaghi 和 Peck 提出用標貫擊數(shù)評定性土不排水抗剪強度的經(jīng)驗關系式如下：,評定土的變形參數(shù),國內用標貫擊數(shù)確定地基土變形參數(shù)的經(jīng)驗公式,評定地基土的承載力,我國《建筑地基基礎設計規(guī)范》,砂土承載力標準值與標準貫入擊數(shù)的關系,粘性土承載力標準值與標準

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

10、樁周黏土層標貫擊數(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,標準貫人試驗是判別飽和砂土、粉土液化的重要手段， 我國《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011—2010）規(guī)定,7.5 十字板剪切試驗 (vane shear test),十字板剪切試驗是一種在鉆孔內快速測定飽和軟黏土抗剪強度的原位測試方法。自1954年由南京水科院等單位對這項技術

11、開始開發(fā)應用以來， 在我國沿海地區(qū)得到廣泛的應用。理論上，十字板剪切試驗測得的抗剪強度相當于室內三軸不排水剪總應力強度。由于十字板剪切試驗不需要采取土樣，可以在現(xiàn)場基本保持原位應力狀態(tài)的情況下進行測試，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）試驗目的,測定原位應力條件下軟黏土的不排水抗剪強度。 估算軟黏土的靈敏度。,（2）試驗原理,十字板剪切試驗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，根據(jù)施加的扭矩即可以得到土層的抵抗扭矩，進一步可換算成土的抗剪強度。,板頭側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,Jackson(1969) 提出修正公式：,與圓柱頂?shù)酌婕魬Ψ植枷嚓P的系數(shù),,（3）試驗設備,十字板剪切試驗系統(tǒng)組成：十字板頭；傳力系統(tǒng)；加力裝置；測量裝置。（機械式和電測試）,室內十字板剪切儀,十字板頭規(guī)格表,注：,（4）十字板剪切試驗技術要求,1.

13、十字板剪切試驗點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）深度不應小于孔徑或套管直徑的3~5倍。4. 十字板插入至試驗深度后，至少應靜置2~3min，方可開始試驗。,5. 扭轉剪切速率宜采用1º~2º/10s，并在測得峰值強度后繼續(xù)測記1min。6. 在峰值強度或穩(wěn)定值測試完畢后，再順扭轉方向連續(xù)轉動6圈，測定重塑土的不

14、排水抗剪強度。7. 對開口鋼環(huán)十字板剪切儀，應修正軸桿與土間摩阻力的影響。,（5）試驗成果及應用,十字板剪切試驗的成果主要有：各試驗點土的不排水抗剪峰值強度、殘余強度、重塑土強度和靈敏度極其隨深度變化曲線；抗剪強度與扭轉角的關系曲線等,由于十字板剪切試驗得到的不排水抗剪強度一般偏高，因此要經(jīng)過修正才能用于工程設計，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,影響測試結果因素： 板頭尺寸 剪應

15、力分布 排水條件 土的各向異性 剪切速率 觸變效應,計算地基承載力,根據(jù)中國建筑科學研究院和華東電力設計院的經(jīng)驗，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算：,另外，十字板剪切試驗成果還可以用來檢驗地基加固效果、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,判定軟土的固結歷史,根據(jù)C

16、u-h 曲線判定軟土的固結歷史:1. 若Cu-h 曲線大致呈一通過地面原點的直線，可判定為正常固結土；2. 若Cu-h 直線不通過原點而與縱坐標的向上延長軸線相交，則可判定為超固結土。,7.6 旁壓試驗,旁壓試驗又稱為橫壓試驗，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，同時通過測量系統(tǒng)量測橫向壓力和徑向變形之間的關系，進一步推求地基土力學參數(shù)的一種原位測試方法。分為預鉆式和自鉆式。,優(yōu)點：

17、 旁壓試驗的物理模型為軸對稱的圓柱形孔的擴張問題，這個問題的彈塑性理論解已經(jīng)得到很好的解決。 旁壓試驗可以用來估計原位水平應力。 測試方便，不受地下水位的限制，與室內試驗相比，具有試樣大、代表性強、擾動小的優(yōu)點。 旁壓試驗具有較廣泛的適應性，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）試驗目的,測定土的旁壓模量和應力應變關系； 估算黏性土、粉土、砂土、軟質巖石和風化巖石的承載力。,。。,（2）試

18、驗原理,典型的旁壓試驗 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；與初始壓力對應的測量腔體積；與臨塑壓力對應的測量腔體積；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合地區(qū)經(jīng)驗可評定地基承載力和變形參數(shù)。,（3）試驗設備,旁壓試驗系統(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)驗校正系數(shù)，更能在短時間內獲得大量精確數(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廣泛應用。,自鉆式旁壓試驗儀,（4）旁壓試驗技術要求,1. 旁壓試驗點要求布置在有代表性的位置和深度進行，旁壓儀的量

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