第一章土工试验及测试 1.标准贯入试验(SPT) 其探头是管状的,如图1.34所示,适用于一般粘性土和砂土地基。击锤质量为635kg,落距 为76cm,以探头贯入30cm的击数N63s为贯入指标。可用以判断砂土的密实度、饱和砂土的液化 可能性和地基的承载力等。探头形状见图134。 2.轻型触探试验 轻型触探试验用于确定一般粘性土和素填土地基的承载力和基坑验槽。圆锥形探头,击锤质量 为10kg,落距为50cm,贯入30cm时对应的击数为N。见图134(a) 3.重型触探试验 对于碎石土和卵石土等地基适用于这种触探试验。探头圆锥形。击锤质量为63.5kg,落距为 76cm,以探头贯入10cm的击数记做Na3s。见图134(b)。 另外还有超重型、中型等圆锥形探头的动力触探试验。还有一种直接用击锤击打的轻便式触探 设备,主要探查地基密实度和填方的质量。 穿心锤 粮探杆 穿心妈5 锤垫 贯入器头 蚀探杆 由两半圆形管 合成的贯入器身 尖锤头60 (b)轻型 (c)中型 d)重型 a)标准贯入试验装置 图1.34各种动力触探探头 1.3.4十字板剪切试验(VST) 这种试验是将十字型钢板插入土中,施加扭矩达到最大值Tma时,十字板在土中被扭动,通过 H 这个扭矩计算土的抗剪强度,见图135。对于野外试验,板高与外直径之比一般为2=2。对于各 向同性的土 6 T =7aD2 (13.5)
第一章 土工试验及测试 26 1. 标准贯入试验（SPT） 其探头是管状的，如图 1.3.4 所示，适用于一般粘性土和砂土地基。击锤质量为 63.5kg，落距 为 76cm，以探头贯入 30cm 的击数 N63.5 为贯入指标。可用以判断砂土的密实度、饱和砂土的液化 可能性和地基的承载力等。探头形状见图 1.3.4。 2. 轻型触探试验 轻型触探试验用于确定一般粘性土和素填土地基的承载力和基坑验槽。圆锥形探头，击锤质量 为 10kg，落距为 50cm，贯入 30cm 时对应的击数为 N10。见图 1.3.4（a） 3. 重型触探试验 对于碎石土和卵石土等地基适用于这种触探试验。探头圆锥形。击锤质量为 63.5kg，落距为 76cm，以探头贯入 10cm 的击数记做 N63.5。见图 1.3.4(b)。 另外还有超重型、中型等圆锥形探头的动力触探试验。还有一种直接用击锤击打的轻便式触探 设备，主要探查地基密实度和填方的质量。 1.3.4 十字板剪切试验（VST） 这种试验是将十字型钢板插入土中，施加扭矩达到最大值 Tmax时，十字板在土中被扭动，通过 这个扭矩计算土的抗剪强度，见图 1.3.5。对于野外试验，板高与外直径之比一般为 = 2 D H 。对于各 向同性的土: 2 max 7 6 D T f π τ = （1.3.5）
第一章土工试验及测试 实际上,现场土常常是各向异性的,对于正常固结土,水平面上抗剪强度一般大于垂直面的抗 剪强度 用式(1.3.5)计算的τ一般偏大,常需经修正后使用。这种试验可用于软到硬粘土,对于饱和 的软粘土,它测得的抗剪强度r相当于不排水强度C。 >扭矩T 土破坏圈 轴杆 扰动土 十字板 十字板 (b)断面图 (a)仪器简图 图1.35十字板剪切试验 13.5旁压试验( Pressuremeter test) 这种试验使用的设备是旁压仪。它是将一个圆柱形探头插入地基土中,有预钻式和自钻式两种 前者是将探头插入预先钻好的孔中:后者是这种探头自己能钻入土中。在试验时,其探头的空腔中 加压力水,量测所施加压力与探头体积间的关系,得到p-ⅴ曲线。合理地分析试验曲线可以确定地 基土的变形和强度性质及相关参数。它原则上适用于任何地基土。其设备和试验曲线如图1.36所示:
第一章 土工试验及测试 27 实际上，现场土常常是各向异性的，对于正常固结土，水平面上抗剪强度一般大于垂直面的抗 剪强度。 用式（1.3.5）计算的 f τ 一般偏大，常需经修正后使用。这种试验可用于软到硬粘土，对于饱和 的软粘土，它测得的抗剪强度 f τ 相当于不排水强度Cu 。 1.3.5 旁压试验（Pressuremeter test） 这种试验使用的设备是旁压仪。它是将一个圆柱形探头插入地基土中，有预钻式和自钻式两种。 前者是将探头插入预先钻好的孔中；后者是这种探头自己能钻入土中。在试验时，其探头的空腔中 加压力水，量测所施加压力与探头体积间的关系，得到 p－v 曲线。合理地分析试验曲线可以确定地 基土的变形和强度性质及相关参数。它原则上适用于任何地基土。其设备和试验曲线如图 1.3.6 所示：
第一章土工试验及测试 水同轴管 预钻孔或 准弹性 塑性 保护室 量测室 保护室 ((a)探头简图 (b)旁压试验曲 图1.3.6旁压试验 1.3.6螺旋载荷板压缩仪(SPC)和钻孔剪切仪(BST)试验 这类试验是在现场在一定深度压缩或在孔中剪切,如图1.37和图1.38
第一章 土工试验及测试 28 1.3.6 螺旋载荷板压缩仪（SPC）和钻孔剪切仪（BST）试验 这类试验是在现场在一定深度压缩或在孔中剪切，如图 1.3.7 和图 1.3.8
第一章土工试验及测试 水压孔位移表 压力表 r锚架 ) 土锚 Outer pipe Earth anchor 外管 现场压缩仪 图137螺旋板载荷板压缩试验SP)图1.3.8钻孔剪切试验(BST) 在螺旋板载荷试验中,首先将板旋λ指定深度,用液压加压力,量测压力与沉降关系,直至破 坏。它适用于除了粒径很大的碎石土以外的任何土类,可求得土的抗剪强度。 在深孔剪切试验中,剪切头被放入到钻孔中的指定深度,可张开的齿状剪切头被打开,施加正 压力使其在孔壁上,正应力为σn。然后剪切头被向上拉,根据最大拉力计算土的抗剪强度。它比较 适用于粉质土,但排水条件不十分明确。 1.3.7物探检测 与地质勘探相结合,各种物理勘探手段也属于现场测试范围。如各种波速试验,声反射试验, 声发射检测,探地雷达,电磁法,电法,放射性勘探等。主要用于土层勘察,地质缺陷的探察和土 层性质的检测。 138原型监测 原型监测是岩土工程中的重要内容。比如地基处理中的预压固结工程,深基坑开挖工程,地下 工程,软土上路堤,高土石坝与高边坡等。它一般在施工期和运行期进行。它可以发现施工中土体 的反应,控制施工进度与指导工程措施的采用,实现信息化施工,也是反算的主要依据。更宝贵的 是原型观测资料的积累,可以提高人们的认识,进一步指导今后工程实践及发展和改进理论数值计 算 原型观测的手段有:地面变形观测、土体孔隙水压力监测,测量地基不同深度土的位移、土压 力,还有结构上的应变和应力等。采用的工具有地面观测仪器,孔压传感器、测地基深处土位移的 测斜仪、土压力盒及一些物理勘探手段等。 14试验检验与验证 土工试验受许多条件限制,其结果的精度与其他材料试验相比不可能很高。对试验本身也需进 行检验。另一方面,土力学中的理论与数值计算的预测结果可信性亦需验证。试验验证是最常用的 方法。在一些论文和报告中,常常是作者本人进行这种验证,缺乏客观性和公正性。20世纪80年
第一章 土工试验及测试 29 在螺旋板载荷试验中，首先将板旋入指定深度，用液压加压力，量测压力与沉降关系，直至破 坏。它适用于除了粒径很大的碎石土以外的任何土类，可求得土的抗剪强度。 在深孔剪切试验中，剪切头被放入到钻孔中的指定深度，可张开的齿状剪切头被打开，施加正 压力使其在孔壁上，正应力为σ n 。然后剪切头被向上拉，根据最大拉力计算土的抗剪强度。它比较 适用于粉质土，但排水条件不十分明确。 1.3.7 物探检测 与地质勘探相结合，各种物理勘探手段也属于现场测试范围。如各种波速试验，声反射试验， 声发射检测，探地雷达，电磁法，电法，放射性勘探等。主要用于土层勘察，地质缺陷的探察和土 层性质的检测。 1.3.8 原型监测 原型监测是岩土工程中的重要内容。比如地基处理中的预压固结工程，深基坑开挖工程，地下 工程，软土上路堤，高土石坝与高边坡等。它一般在施工期和运行期进行。它可以发现施工中土体 的反应，控制施工进度与指导工程措施的采用，实现信息化施工，也是反算的主要依据。更宝贵的 是原型观测资料的积累，可以提高人们的认识，进一步指导今后工程实践及发展和改进理论数值计 算。 原型观测的手段有：地面变形观测、土体孔隙水压力监测，测量地基不同深度土的位移、土压 力，还有结构上的应变和应力等。采用的工具有地面观测仪器，孔压传感器、测地基深处土位移的 测斜仪、土压力盒及一些物理勘探手段等。 1.4 试验检验与验证 土工试验受许多条件限制，其结果的精度与其他材料试验相比不可能很高。对试验本身也需进 行检验。另一方面，土力学中的理论与数值计算的预测结果可信性亦需验证。试验验证是最常用的 方法。在一些论文和报告中，常常是作者本人进行这种验证，缺乏客观性和公正性。20 世纪 80 年
第一章土工试验及测试 代以后,由于大量的土的本构关系模型纷纷被提出,并且都由提出者验证,结果很“满意”。为提高 验证的客观性和权威性,组织过多次国际性的“考试”或“竞赛”。这种活动也用于检验试验结果和 数值计算的结果。 14.1对试验的检验 1.复杂应力路径试验检验 1982年由法国的 Grenoble大学和德国的 Karlsruhe大学分别用剑桥式盒式真三轴仪对同样砂 土和粘土进行复杂应力路径和应变路径的同样试验。两份试验结果的差别主要是人为操作和技巧的 原因。1987年由美国的 Case Western reserve大学和法国的 Grenoble大学分别使用空心圆柱扭剪 仪和盒式真三轴仪对于同样的砂土进行同样应力路径的试验,发现结果有较大差别。图141表示的 是二者对于 Hostun砂的试验结果。要求试样干密度为165g/cm3,然后在围压为500kPa下固结 为了防止膜嵌入对于空心圆柱试样的影响,两个试验中a2=500kPa为常数。变化σ:并使b分别 保持0,0.28,0.66和1.0不变进行4种应力路径试验。试验结果见图141.其中图(a)为轴向应 力与应变间曲线;图(b)为体应变与轴应变间曲线。可见二者差别有时是很大的。在接近破坏时,空 心圆柱试验有时发生颈缩:而真三轴试验则发现V型剪切带 轴向应力oz 体应变ey 001 空心圆柱 b=6.6 空心圆柱 立方体 002 轴向应变 (a)轴向应力σ:与轴向应变E2间试验曲线 (b)体应变E,与轴向应变E:间试验曲线 油向应变c 图141b=常数的真三轴试验与空心圆柱扭剪仪试验结果的比转 2.土工离心机试验检验 1986年由欧洲共同体资助,发起“土工离心机的联合试验”。参赛者有三家:英国的剑桥大学 法国的道桥中心研究室和丹麦的工程院。试验的内容是模拟饱和砂土地基上的圆形浅基础的承载力 和荷载一沉降关系。试验土料统一为巴黎盆地天然沉积的一种均匀石英细砂。模型地基的孔隙比规 定为e=066(相对密度D=86%),规定圆形基础的模型直径D=566mm,离心加速度=282g 基底完全粗糙。此前,由丹麦岩土研究所对于这种土进行了物性试验和三轴试验,其结果公布于众 要求载荷一沉降关系表示成无量纲底变量q/ymb~s/b曲线 其中:q=基础上施加的荷载(kPa) y=土的浮容重(kN/m3) n=重力加速度水平,即模型比尺 b=模型基础的尺寸(m) s=基础的中心垂直沉降(m) 同样也进行了相同条件下的现场荷载试验,以便与模型试验结果对比
第一章 土工试验及测试 30 代以后，由于大量的土的本构关系模型纷纷被提出，并且都由提出者验证，结果很“满意”。为提高 验证的客观性和权威性，组织过多次国际性的“考试”或“竞赛”。这种活动也用于检验试验结果和 数值计算的结果。 1.4.1 对试验的检验 1. 复杂应力路径试验检验 1982 年由法国的 Grenoble 大学和德国的 Karlsrube 大学分别用剑桥式盒式真三轴仪对同样砂 土和粘土进行复杂应力路径和应变路径的同样试验。两份试验结果的差别主要是人为操作和技巧的 原因。1987 年由美国的 Case Western Reserve 大学和法国的 Grenobe 大学分别使用空心圆柱扭剪 仪和盒式真三轴仪对于同样的砂土进行同样应力路径的试验，发现结果有较大差别。图 1.4.1 表示的 是二者对于 Hostun 砂的试验结果。要求试样干密度为 1.65g/cm3，然后在围压为 500kPa 下固结。 为了防止膜嵌入对于空心圆柱试样的影响，两个试验中 500 σ 2 = kPa 为常数。变化σ z 并使 b 分别 保持 0，0.28，0.66 和 1.0 不变进行 4 种应力路径试验。试验结果见图 1.4.1。其中图（a）为轴向应 力与应变间曲线；图(b)为体应变与轴应变间曲线。可见二者差别有时是很大的。在接近破坏时，空 心圆柱试验有时发生颈缩；而真三轴试验则发现 V 型剪切带。 2. 土工离心机试验检验 1986 年由欧洲共同体资助，发起“土工离心机的联合试验”。参赛者有三家：英国的剑桥大学、 法国的道桥中心研究室和丹麦的工程院。试验的内容是模拟饱和砂土地基上的圆形浅基础的承载力 和荷载－沉降关系。试验土料统一为巴黎盆地天然沉积的一种均匀石英细砂。模型地基的孔隙比规 定为 e＝0.66（相对密度 Dr = 86% ），规定圆形基础的模型直径 D = 56.6mm ,离心加速度＝28.2g， 基底完全粗糙。此前，由丹麦岩土研究所对于这种土进行了物性试验和三轴试验，其结果公布于众。 要求载荷－沉降关系表示成无量纲底变量 q / nb ~ s/ b ' γ 曲线。 其中： q ＝基础上施加的荷载(kPa) ' γ ＝土的浮容重（kN/m3） n ＝重力加速度水平，即模型比尺 b ＝模型基础的尺寸（m） s ＝基础的中心垂直沉降（m） 同样也进行了相同条件下的现场荷载试验，以便与模型试验结果对比