原位测试技术在工程地质勘察中的应用研究(全文)

2.1 静力载荷试验(CPT)

静力载荷试验指在拟建场地上，在挖至设计的基础深度的平整坑底放置一定规格的方形或圆形承压板，将上述装置安装好后，可开始试验。在其上逐级加荷载，测定相应荷载作用下地基土的稳定沉降量，分析研究地基土的强度与变形特性，求得地基土容许承载力与变形模量等力学数据。

静力载荷试验的目的是确定地基土承载力特征值及土的变形模量。其适用条件为各种地基土，各种复合地基，各种基础工程(主要是桩基础—单桩，群桩)等。

试验的过程为将试坑挖到基础的持力层位置，用1～2cm中粗砂找平，放上承压板；施加荷载试验时，总加荷量约为设计荷载的2倍；荷载按预估极限荷载的1/8～1/10分级施加，每级荷载稳定的标准为连续2小时内，每小时的沉降增量不大于0.1mm。试验应做到破坏，破坏的标志是：承压板周围土有明显的侧向挤出，或同一级荷载下，24小时内沉降不稳，呈加速发展的趋势。达到破坏时应停止加荷。静力载荷试验有以下一些应用成果：

(1) 确定地基土的承载力

由载荷试验P-S曲线确定地基土承载力，可按P-S曲线的线型可分别采用拐点法、相对沉降法和极限荷载法等。

(2)确定地基土的变形模量E

(3)估算地基土的不排水抗剪强度Cu

(4)确定地基土基床反力系数Ks

2.2 静力触探试验(DPT)

静力触探试验指通过一定的机械装置，将某种规格的金属探头用静力压人土层中，同时用传感器或直接量测仪表测试土层对触探头的贯人阻力，以此来判断、分析、确定地基土的物理力学性质。

静力触探试验主要用于划分土层、估算地基土的物理力学指标参数、评定地基土的承载力、估算单桩承载力及判定砂土地基的液化等级等。试验适用于粘性土、粉土和砂土等。该试验有以下一些要求及注意事项：

(1)率定探头，求出地层阻力和仪表读数之间的关系，以得到探头率定系数，一般在室内进行。新探头或使用一个月后的探头都应及时进行率定。

(2)现场测试前应先平整场地，放平压入主机，以便使探头与地面垂直；下好地锚，以便固定压入主机。

(3) 将电缆线穿入探杆，接通电路，调整好仪器。

(4) 边贯入，边测记，贯入速率控制在1～2cm/s。

根据试验结果绘制比贯入阻力-深度关系曲线、锥尖阻力-深度关系曲线、侧壁摩阻力-深度关系曲线和摩阻比-深度关系曲线。由静力触探成果可划分土层界线、评定地基土的强度参数、评定土的变形参数、评定地基土的承载力、预估单桩承载力及判定饱和砂土和粉土的液化。

2.3 标准贯入试验(SPT)

标准贯入试验是动力触探类型之一，其利用规定重量的穿心锤，从恒定高度上自由落下，将一定规格的探头打人士中，根据打人的难易程度判别土的性质。所不同的是其触探头不是圆锥形探头，而是标准规格的圆筒形探头(由两个半圆管合成的取土器)，称为贯入器。

试验主要是根据标准贯入击数N，利用地区经验，对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，并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。试验适用于砂土、粉土和一般粘性土，最适用于N=2～50击的土层。

标准贯入试验一般结合钻孔进行，其优点是操作筒便，设备简单，土层的适应性广，而且通过贯入器可以采取扰动土样，对它进行直接鉴别描述和有关的室内土工试验，如取砂土做颗粒分析试验。该试验特别对钻探中难以取样的砂土和粉土的工程性质的评定具有独特意义。该试验有以下一些要求：

(1)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,可用泥浆护壁，钻至试验标高以上15cm 处，清除孔底残土后再进行试验；

(2) 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；

(3) 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击数N。

试验成果有标贯击数N与深度的关系曲线、标贯孔工程地质柱状剖面图。成果应用由标贯成果可判定饱和砂土的地震液化可能性及液化等级以及评定砂土的密实度和相对密度等。

2.4十字板剪切试验(VST)

将十字板头压入被测土层中，施加一定的扭转力矩，将土体剪坏，测定土体对抵抗扭剪的最大力矩，通过换算得到土体的抗剪强度值。

试验时，先将十字板压入土中至测试的深度，然后由地面上的扭力装置对钻杆施加扭矩，使埋在土中的十字板扭转，直至土体剪切破坏（破坏面为十字板旋转所形成的圆柱面）。

(1) 十字板板头形状宜为矩形，径高比1:2，板厚宜为2 3mm；

(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，方可开始试验；

(4) 扭转剪切速率宜采用(1度～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。

2.5 波速测试

波速测试是测定土层的波速，依据弹性波在岩土体内的传播速度间接测定岩土体在小应变条件下（10-4--10-6）动弹性模量和泊松比[3]。

适用于测定各类岩土体的压缩波、剪切波或瑞利波的波速。根据任务要求可采用单孔法、跨孔法或面波法。波速测试的应用成果有以下几个方面：

(1)确定土力学参数杨氏模量E、剪切模量G和泊松比。

(2)判别建筑场地类别和岩基质量

根据Vsm值将场地划分为坚硬场地土(Vs＞500m/s)、中硬场地土(500≥Vsm＞250)、中软场地土(250≥Vsm＞140)、软弱场地土(Vsm≤ 140m/s)等四种类型。

岩土工程勘察规范GB50021－94规定，当Vsm>=350时为强风化岩，350>Vsm>=250为全风化岩，Vsm

(3)估算场地卓越周期。

(4)判断砂土液化。

3 结论

通过原位测试，我们可以测定难于取得不扰动样的有关工程力学性质，并且可避免取样过程中应力释放的影响；其影响范围很大，代表性比较强，在工程地质勘查中是一项十分重要的测试方法和手段，也能更客观的反映土体工程性质，更好的为基坑工程勘察、设计服务。

参考文献

[1]卢新帆.基坑工程设计与施工阶段若干问题探讨[D].浙江大学,2007

[2]徐宜和.基坑工程技术现状分析[J].四川建筑科学研究,2005(06)

[3]赵洪勇,吕宾林,朱忠林.声波测试法在铁路路基测试中的应用[J].铁道建筑,2005(12)

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