岩土工程勘察第3章-载荷试验t图文丰富

第３章载荷试验主讲：崔德山目录１.概述２.试验的基本原理与仪器设备３.试验技术要求与操作步骤４.试验资料整理与应用５.螺旋板载荷和水平载荷试验简介６.动载荷试验７.工程实例８.下节课——静力触探试验1.概述载荷试验（LoadingTest）是在现场用一个刚性承压板逐级加荷，测定天然地基或复合地基的变形随荷载的变化，借以确定地基承载力的试验。实际上是模拟建筑物地基基础在受荷条件下工程性能的一种现场模型试验。分类：浅层平板载荷（３m，水上）；深层平板载荷（３m，水下）；螺旋板载荷；动载荷1.概述国内平板载荷试验主要技术要点依不同的规范所要求不一样：《岩土工程勘察规范》《建筑地基基础设计规范》《岩土静力载荷试验规程》载荷试验目的（１）确定地基土的比例界限压力、破坏压力，评定地基土的承载力；（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）确定地基土基床反力系数；（５）地基处理效果检测和测定桩的极限承载力。２.试验的基本原理与仪器设备由典型的平板载荷试验得到的压力—沉降曲线（P-s曲线）可以分为三个阶段。

(1)直线变形阶段:当压力小于比例极限压力P0时，P-s呈直线关系;(2)剪切变形阶段:当压力大于P0而小于极限压力pu时，P-s关系由直线变为曲线关系;(3)破坏阶段:当压力大于极限压力pu时，沉降急剧增大。２.试验的基本原理与仪器设备试验表明，P-s曲线直接反映土体所受的应力状态。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减少而引起，土体变形主要是竖向压缩。在剪切变形阶段，Ｐ-s关系曲线的斜率随压力P的增大而增大，土体除了竖向压缩之外。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。变形由土体的竖向压缩和土粒的剪切变位同时引起。在破坏阶段，即使压力不再增加，承压板仍不断下沉。土体内部形成连续的滑动面，在承压板周围土体发生隆起及环状或放射状裂隙，此时，在滑动土体内各点的剪应力均达到或超过土体的抗剪强度。２.试验的基本原理与仪器设备浅层平板载荷试验的试验设备由加荷系统、反力系统和量测系统三部分组成。2.2.1加荷系统加荷系统包括承压板和加荷装置。所施加的荷载通过承压板传递给地基土。承压板一般采用圆形和矩形的刚性板，承压板的尺寸根据地基土的类型和试验要求有所不同。对于一般粘性土地基，常用面积为0.5m2的圆形或方形承压板;对于碎石类土,承压板直径(或宽度)应为最大碎石直径的10-20倍;对于岩石类土，承压板的面积以0.1m2为宜。加荷装置总体上可分为重物加荷装置和千斤顶加荷装置。2.2.2反力系统载荷试验的反力可以由重物、地锚单独或地锚与重物共同提供，由地锚(或重物)和梁架组合成稳定的反力系统。2.2.3量测系统统位移量测测系统包包括基准准梁和位位移测量量元件.基准梁的的支撑柱柱应离承承压板和和地锚(如果采用用地锚提提供反力力)一定的距距离，以以避免地地表变形形对基准准梁的影影响。位位移测量量元件可可以采用用百分表表或位移移传感器器。３.试验技术术要求与与操作步步骤3.1试验技术术要求对于浅层层平板载载荷试验验，应当当满足以以下技术术要求。。1.试坑的尺尺寸及要要求浅层平板板载荷试试验的试试坑宽度度或直径径不应小小于承载载板宽度度或直径径的三倍倍。试坑坑底部的的岩土应应避免扰扰动，保保持其原原状结构构和天然然湿度，，在承压压板下铺铺设不超超过20mm的砂垫层层并找平平,之后尽快快安装设设备;2.承载板的的尺寸载荷试验验宜采用用圆形刚刚性承载载板，根根据土的的软硬或或岩体裂裂隙密度度选用合合适的尺尺寸;对于浅层层平板载载荷试验验，承压压板面积积不应小小于0.25m2,当在软土土和粒径径较大的的填土上上进行试试验时，，承载板板尺寸不不应小于于0.5m2。3.1试验技术术要求3.加载方式式载荷试验验的加载载方式一一般采用用分级维维持荷载载沉降相相对稳定定法(通常称为为慢速法法);有地区经经验时，，也可采采用分级级加荷沉沉降非稳稳定法(通常称为为快速法法)或等沉降降速率法法。关于于加荷等等级的划划分，一一般取10-12级，并不不小于8级。最大大加载量量不应小小于地基基土承载载力设计计值的两两倍，荷荷载的量量测精度度控制在在士1%。加荷原则则：第一一级为坑坑底原有有重力，，后每级级按：中中低压缩缩性土50kPa，高压缩缩性土25kPa，特软土土为10kPa试验土层特征每级荷载增量（kPa）软塑粘土；稍密砂土10-25可塑~硬塑粘性土、粉土；中密砂土25-50坚硬粘性土；密实砂土50-1003.1试验技术术要求4.沉降观测测根据国标标《岩土工程程勘察规规范》，当采用用慢速法法时，对对于土体体，每级级荷载施施加后，，间隔:5min,5min,10min,10min,15min,15min测读一次次沉降，，以后间间隔30min测读一次次沉降。。当连续续2h每小时沉沉降量不不大于0.1mm时，认为为沉降已已达到相相对稳定定标准，，可施加加下一级级荷载;当试验验对象象是岩岩体时时、间间隔1min，2min，2min，5min测读一一次沉沉降，，以后后侮隔隔10min测读一一次，，.当连续续三次次读数数之差差小于于0.01mm时，认认为沉沉降已已达到到相对对稳定定标准准，可可施加加下一一级荷荷载。。采用快快速法法时，，每加加一级级荷载载按间间隔15min观测一一次沉沉降。。每级级荷载载维持持2h，即可可施加加下一一级荷荷载。。最后后一级级荷载载可观观测至至沉降降达到到相对对稳定定标准准或仍仍维持持2h。当采用用等沉沉降速速率法法时，，控制制承压压板以以一定定的沉沉降速速率沉沉降，，测读读与沉沉降相相应的的所施施加的的荷载载，直直至土土体达达破坏坏状态态。5.试验终终止条条件一般应应尽可可能进进行到到试验验土层层达到到破坏坏阶段段，然然后终终止试试验。。当出出现下下列情情况之之一时时，可可认为为己达达破坏坏阶段段，并并可终终止试试验。。(1)承载板板周边边的土土出现现明显显侧向向挤出出，或或出现现明显显隆起起，或或径向向裂缝缝持续续发展展;(2)本级荷荷载的的沉降降量大大于前前级荷荷载沉沉降量量的5倍，荷荷载与与沉降降关系系曲线线出现现明显显下降;（3）在某某级荷荷载下下，24h沉降速速率不不能达达到相相对稳稳定标标准;（4）总沉沉降量量与承承载板板直径径(或边长长)之比超超过0.063.2试验操操作步步骤1.试验设设备的的安装装这里以以地锚锚反力力系统统为例例加以以叙述述。(1)下地锚锚:在确定定试坑坑位置置后，，根据据计划划使用用地锚锚的数数量(4只或6只)，以试试坑中中心为为中心心点对对称布布置地地锚。。各个个地锚锚的深深度要要一致致，一一般下下在较较硬地地层为为好，，可以以提供供较大大的反反力。。(2)挖试坑坑:根据固固定好好的地地锚位位置来来复测测试坑坑位置置，开开挖试试坑的的边长长（或或直径径）不不应小小于承承压板板边长长或直直径的的3倍，开开挖至至试验验深度度。(3)放置承承压板板:在试坑坑中心心根据据承压压板的的大小小铺设设不超超过20mm厚度的的砂垫垫层并并找平平。然然后小小心平平放承承压板板，防防止斜斜角着着地。。(4)千斤顶顶和测测力计计的安安装:以承压压板为为中心心，依依次放放置千千斤顶顶、测测力计计和分分力帽帽，使使其重重心保保持在在一条条直线线上。。(5)横梁和和连接接件的的安装装:通过连连接件件将次次梁安安装在在地锚锚上，，以承承压板板为中中心将将主梁梁通过过连接接件安安装在在次梁梁上，，形成成反力力系统统。(6)沉降测测量系系统的的安装装:打设支支撑柱柱，安安装测测量横横杆、、固定定百分分表或或位移移传感感器，，形成成完整整的沉沉降量量测系系统。。3.2试验操操作步步骤2.试验步步骤(1)加荷操操作:加荷等等级一一般分分10-12级，并并不小小于8级。最最大加加载虽虽不应应小于于地基基承载载力设设计值值的2倍，荷荷载的的量测测精度度控制制在士士1%。加荷荷必须须按照照预先先规定定的级级别进进行。。第一一级荷荷载需需要加加上设设备的的质量量并减减去挖挖掉土土的自自重。。所加加荷重重是通通过事事先标标定好好的测测力计计百分分表的的读数数反映映出来来的，，因此此，必必须预预先根根据标标定曲曲线或或表格格计算算出预预定的的荷重重所对对应的的百分分表读读数。。(2)稳压操操作:每级荷荷重下下都必必须保保持稳稳压，，由于于加压压后地地基沉沉降、、设备备变形形和地地锚受受力拔拔起等等原因因，都都会引引起荷荷重的的降低低，必必须及及时观观察测测力计计百分分表指指针的的变动动，并并通过过千斤斤顶不不断地地补压压，使使荷重重保持持相对对稳定定。（3）沉降降观测测:采用慢慢速法法时，，对于于土体体，每每级荷荷载施施加后后。间间隔:5min,5min,10min,10min,15min,15min测读一一次沉沉降，，以后后间隔隔30min测读一一次沉沉降，，当连连续2h每小时时沉降降量不不大于于0.1mm时，认认为沉沉降已已达到到相对对稳定定标准准。施施加下下一级级荷载载，直直至达达到试试验终终止条条件。。(4)试验观观测与与记录录:在试验验过程程中，，必须须始终终按规规定将将观测测数据据记录录在载载荷试试验记记录表表中。。试验验记录录是载载荷试试验中中最重重要的的第一一手资资料，，必须须正确确记录录，并并严格格校对对。４.试验资资料整整理与与应用用4.1试验资资料整整理载荷试试验的的最后后成果果是通通过对对现场场原始始试验验数据据进行行整理理、依依据现现有的的规范范或规规定作作出的的。其其中最最重要要的原原始试试验记记录是是载荷荷试验验沉降降观测测记录录表，，不仅仅记录录沉降降，还还记录录了荷荷载等等级和和其他他与载载荷试试验相相关的的信息息，如如载荷荷板尺尺寸、、载荷荷点试试验深深度等等。静力载荷试试验资料整整理分以下下几个步骤骤:1.绘制P-s曲线根据载荷试验验沉降观测原原始记录，将将（P,s）点绘在厘米米坐标纸上。。2.P-s曲线的修正如果原始P-s曲线的直线段段延长线不通通过原点(0,0)，则需对P-s曲线进行修正正。可采用两两种方法进行行修正：(1)图解法；（2）最小二乘法法3.绘制s-lgt曲线在单对数坐标标纸上绘制每每级荷载下的的s-lgt曲线。同时需需要标明每根根曲线的荷载载等级，荷载载单位kPa。4.绘制lgP-lgs曲线在双对数坐标标纸上绘制lgP-lgs曲线，注意标标明坐标名称称和单位。４.试验资料整理理与应用4.2成果应用1.确定地基的承承载力在资料整理的的基础上，应应根据P-s曲线拐点，必必要时结合s-lgt曲线的特征，，确定比例界界限压力和极极限压力。但但P-s关系呈缓变曲曲线时，可取取对应于某一一相对沉降值值(即s/b,b为承压板直径径或边长)的压力评定地地基的承载力力。1)拐点法如果拐点明显显，直接从P-s曲线上确定拐拐点作为比例例界限、并取取该比例界限限所对应的荷荷载值作为地地基承载力特特征值。2)极限荷载法先确定极限荷荷载，当极限限荷载小于对对应的比例界界限的荷载值值的2倍时，取极限限荷载的一半半作为地基承承载力特征值值。3）相对沉降法法当按上述两种种方法不能或或不易确定地地基承载力时时，在P-s曲线上取s/b(相对沉降)为一定值所对对应的荷载为为地基承载力力特征值。按按GB50021-2002规范，当承压压板面积为0.25-0.50m2时，可取s/b=0.01-0.015所对应的荷载载作为地基承承载力特征值值。但其值不不应大于最大大加载量的一一半。４.试验资料整理理与应用2.确定地基的变变形模量1）对于各向同同性地基，当当地表无超载载时(相当于承载板板置于地表)，按下式计算算:E0＝I0K（1-μ2）d2)对于各向同性性地基，当地地表有超载时时(相当于靠近地地表、在地表表以下一定深深度处进行试试验)，可按下式计计算。E0=I0I1K(1-μ2)d式中d—承压板直径〔或方形承压板板边长);I0—承压板位于表表面的影响系系数，对于圆圆形承压板，，I0＝0.785,对于方形承压压板，I0=0.886I1—承压板埋深z时的修正系数数。当z<d时，I1=1-(0.27d/z);当z>d时，I1=0.5+(0.23d/z)K—P-s关系曲线直线线段的斜率;μ—土的泊松比。。４.试验资料整理理与应用3.确定地基的基基床反力系数数依据平板载荷荷试验P-s曲线直线段的的斜率，可以以直接确定载载荷试验基床床反力系数。。依据国标《岩上工程勘察察规范》，当采用边长长为30cm的平板载荷试试验时。可根根据下式确定定Kvkv=P/s如果P-s曲线初始无直直线段，则P可取极限压力力之半，s为相应于该P值的沉降量。。由荷载试验求求得的基床反反力系数Kv,按下式换算成成基准基床反反力系数Kv1:对于粘性土：：Kv1=3.28bKv对于砂土：Kv1=4b2kv/(b+0.305)４.试验资料整理理与应用4.平板载荷试验验的其他应用用如评价地基不不排水抗剪强强度，预枯地地基最终沉降降量和检验地地基处理效果果是否达到地地基承载力的的设计值。注意事项仪器安装一定定要仔细，千千斤顶、测力力计、承压板板等一定要在在一条轴线上上；加压时一定要要均匀，避免免用力过猛。。加压过程中中要随时观察察，有无倾斜斜过大、地锚锚拔出等现象象；不要超负荷加加压，以免损损坏仪器。注意实验过程程中的安全。。５.螺旋板载荷试试验简介螺旋板载荷试试验是将一螺螺旋形承压板板旋入地下试试验深度，通通过传力杆对对螺旋板施加加荷载，观测测螺旋板的沉沉降，以获得得荷载——沉降——时间关系。然然后根据理论论公式或经验验关系式获得得地基土参数数的一种原位位测试。通过过螺旋板试验验。可以确定定地基的承载载力、变形模模量、基床反反系数和固结结系数等参数数。５.螺旋板载荷试试验简介螺旋板载荷试试验适用于地地下水位以下下一定深度处处的砂土、软软粘性土、一一般粘性土和和硬粘性土层层。螺旋板旋旋入土中会引引起一定的土土体扰动、但但若适当选择择轴径、板径径、螺距等参参数，并保持持螺旋板板头头的旋入进尺尺与螺距一致致、保持与土土接触面光滑滑，可使扰动动减小到合理理的程度。螺旋板载荷试试验要求承压压板应有足够够的刚度，板板头而积可以以为100cm2、200cm2和500cm2。螺旋板载荷试试验的加荷方方式、加荷等等级以及试验验结束条件均均与平板载荷荷试验一样。。试验方法同同样有慢速法法、快速法和和等沉降速率率法。螺旋板载荷试试验P-s曲线和s-lgt曲线与试验土土层的土性之之间的理论关关系与平板载载荷试验有所所不同。如P-s曲线上的特征征值除了比例例界限和极限限压力之外，，还有初始压压力P0(定义为P-s曲线直线段的的起点)。在理论上，，p0相当于试验深深度处上覆土土层的自重压压力。可把螺螺旋板载荷试试验假设为一一刚性圆板作作用在均质各各向同性的弹弹性半无限体体的内部(圆板埋置深度度大于6倍板径)，对于P-s曲线的直线段段，可采用弹弹性理论来分分析压力与沉沉降之间的关关系水平载荷试验验1.单桩水平载荷荷试验2.地基土水平平载荷试验６.动载荷试验７.工程实例2009年4月28日，对西坝Ⅱ-7地块经济适用用房水岸天成成项目地基基基础进行单桩桩竖向抗压静静载荷试验。。根据设计要求求其单桩竖向向抗压承载力力特征值为2500kN，公司技术人人员通过计算算堆载量后得得知，需将其其桩上施加最最大压力为5000kN，即500吨，又考虑到到试验的安全全系数，最终终将堆载重量量定为600吨，这是迄今今为止葛洲坝坝城区堆载吨吨位最大的一一次。K-30型平板载荷测测定仪平板载