岩土体测试载荷试验

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1、第第2 2章章 载荷试验载荷试验 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 试验的基本原理及仪器设备试验的基本原理及仪器设备 第三节第三节 试验技术要求和步骤试验技术要求和步骤 第四节第四节 试验资料整理试验资料整理 第五节第五节 成果应用成果应用 第六节第六节 螺旋板载荷试验简介螺旋板载荷试验简介 概述（地基基础的一般知识） 1. 建筑物、地基、基础的关系 2. 地基基础的类型 3. 对地基和基础的一般要求 4. 地基和基础的常用检测方法 1. 建筑物、地基、基础的关系 一个完整的建筑体系包括了上部结构、基础与地基 三个组成部分，三者构成一个相互依存的整体，具有各自的功能。上部结构是完成设计预定

2、功能的主体结构。基础通常指建筑物最下端与地基直接接触并经过了特殊处理的结构部件。地基是指建筑物下方的承受建筑物的荷载并维持建筑物稳定的岩土体。请看图例。图 1 房屋建筑体系的组成楼层（上部结构）楼层（上部结构）基础（下部结构）基础（下部结构）地基桥跨（上部结构）桥跨（上部结构）桥墩（下部结构）桥墩（下部结构）地基地基基础（下部结构）基础（下部结构）图 2 桥梁建筑体系的组成2. 地基基础的类型 （1）地基的类型（2）基础的类型3. 对地基和基础的一般要求 保证建筑物的安全和正常使用，充分发挥地 基的承载能力。安全保证是第一位的。此外尚应注意经济与 安全的协调。4. 地基和基础的常用检测方法 地

3、基检测方法：静载试验，静力触探，动 力触探，标准贯入。承载力与变形指标检 测常用静载试验，均匀性与密实程度检测 常用静力触探、动力触探和标准贯入。桩基础检测方法：静载试验，低应变，高 应变，超声波，钻芯。承载力检测常用静 载试验（单桩，深井）和高应变，强度与 完整性检测常用低应变、超声波和钻芯法 。图2-2 锚桩反力梁系统的设备布置钢绞线锚桩基准梁千斤顶承压板支墩钢板工字钢锚具反力梁1.1 试验设备和方法 一、试验设备目前国内采用的试验试验 装置，大体可归纳为归纳为 由承压压板、加荷系统统、反力系统统、观测观测 系统统四部分组组成。设备设备 的具体布置方式有如下两种： 百分表堆 载荷载板主 梁

4、平台 千斤顶图2-1 堆载平台系统的设备布置一、载荷试验的定义 载荷试验是一项使用最早、应用最广泛的原位试验方法，它是现场在一定尺寸的刚性承压 板上分级施加静荷载，测定承压板下应力主要 影响范围内的天然地基、单桩或复合地基岩土 的承载力和变形特性。本章主要涉及天然地基的载荷试验。 第一节第一节 概概 述述 二、荷载试验的分类 根据承压板的形式和设置深度不同，可以将试验分成三种：1. 浅层平板载荷试验，适用于浅层地基土；2. 深层平板载荷试验，适用于埋深大于3m和地下水位以上的地基土；3.螺旋板载荷试验，适用于深层地基或地下水位以下的地基土。本章主要涉及的是浅层平板载荷试验，螺旋板载荷 试验作补

5、充介绍。 三、载荷试验的目的 荷载试验可用于以下目的：（1）根据荷载沉降关系线（p-s曲线），确定地基土 的承载力；p-s曲线上的比例界限压力、极限压力，可 以为评定地基土的承载力提供依据。（2）计算土的变形模量（排水或不排水的）；（3）估算地基土的不排水抗剪强度及极限填土高度；（4）确定地基土的基床反力系数。（5）估算地基土的固结系数。浅层平板载荷试验适用于地表浅层地基、特别适用于各种填土、含碎石的土类。由于试验比较简单、直观，因此，多年来应用广泛 。但是，在应用时，应对本方法的下述局限性给予充分的关注：（1）平板载荷试验的影响深度范围不超过两倍承压板宽度（或直径），故只能了解地表浅层地基土

6、的特性。（2）承压板的尺寸比实际基础小，在刚性承压板边缘产生塑性区的开展，更易造成地基的破坏，使预估的承载力偏低。（3）载荷板试验是在地表进行的，没有埋置深度所存在的超载，也会降低承载力。（4）试验时的加载速率比实际工程快得多，对透水性较差的软粘土，其变形状况与实际有较大差异，由此确定的参数也有较大差异。（5）小尺寸刚性承压板下土中的应力状态极复杂，由此推求的变形 模量只能是近似的。 四、荷载试验的适用条件 在拟建建筑物场地上将一定尺寸和几何形状（圆形或方形）的 刚性板，安放在被测的地基持力层上，逐级增加荷载，并测得每一 级荷载下的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到荷载（p ）沉降（s

7、）曲线（即ps曲线）。典型的平板载荷试验ps曲线 可划分为三个阶段： 第二节第二节 试验的基本原理及仪器设备试验的基本原理及仪器设备 一、试验的基本原理 图21 平板载荷试验ps曲线 （1）直线变形阶段：ps曲线为直线段（线性关系），对应于此段的最大压力p0，称为比例界限压力（也称为临塑压力），土体以压缩变形为主。（2）剪切变形阶段：当压力超过p0，但小于极限压力pu时，压缩变形所占比例逐渐减少，而剪切变形逐渐增加，ps线由直线变为曲线，曲线斜率逐渐增大。（3）破坏阶段：当荷载大于极限压力pu时，即使维持荷载不变，沉降也会急剧增大，始终达不到稳定标准。用力学原理进行解释：（土力学） 图2-2

8、变形曲线三阶段及相应地基破坏情况 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引起，并随时间趋于稳定。 可以用弹性理论进行分析。剪切变形阶段：土体除了竖向压缩变形之外，在承压板的边缘已有小范围内土体承受的剪应力达到或超过了土的抗剪强度，并开始 向周围土体发展。此阶段土体的变形主要由压缩变形和土粒剪切变 形共同引起。可以用弹塑性理论进行分析。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，承压板周围土体面上各点的剪应力均达 到或超过土体的抗剪强度。 二、试验的仪器设备 平板载荷试验的常用设备包括四部分： （1）承压板

9、（2）加荷系统 （3）反力系统 （4）量测系统图23 常见的载荷试验反力与加载布置方式 （1）承压板承压板的功能类似于建筑物的基础，所施加的荷载通过承压板传递给地基土。 （2）加荷系统一般可分为千斤顶加载装置和重物加载装置。重物加载装置是将已知重量的钢锭、混凝土块等按试验加载计划依次放在加载平台上，达到对地基土分级加载的目的。（不需要反力装置支撑）。千斤顶加载方式需要反力装置配合，一般采用油压式。加载方式又由以下部件组成：主机、千斤顶、位移传感器、加载油泵、压力传感器、百分表等。（3）反力系统常见的反力系统可以由重物、地锚或重物与地锚联合联合提供，然后与梁架组合成稳定的反力系统。当在岩体内进行

10、荷 载试验时，可以利用周围稳定的岩体提供所需要的反力。见图2-4。（4）观测系统主要指位移（沉降）量测系统，包括支撑柱、基准梁、位移测量元件（位移传感器、百分表）及其他附件。具体的支撑关系是：位移量测元件固定在基准梁上，基准梁架设在支撑柱上，而支撑柱要打设在试坑内适当位置。图24 坚硬岩土体内载荷试验反力系统示意图 一、试验技术要求 浅层平板载荷试验，应当满足下列技术要求：（1）试坑的要求一般要求荷载施加在半无限空间的表面，即埋设深度为零。但一般都是在开挖基坑底部进行试验，这时要求基坑宽度应大于承压板 宽度或直径的3倍。试坑底部的岩土应避免扰动，保持其原状结构和天然含水量， 可在承压板下铺设2

11、0mm的砂垫层找平，并尽快安装设备。 第三节第三节 试验技术要求和步骤试验技术要求和步骤 （2）承压板的尺寸一般情况下承压板的形状为方形或圆形，尺寸多为0.250.5m2，在实际工程中，可根据试验岩土层状况或试验要求选用合适的面积，可参照下面经验值选取：a 一般粘性土地基，常用面积为0.5 m2的圆形或方形刚性承压板；b 碎石类土，承压板宽度应为最大碎石直径的1020倍；c 岩石类土，承压板面积以0.1 m2为宜；d 为确定加固后复合地基的承载力，得用大型载荷试验，要求承压板面积大于1m1m。如南京水利科学研究院曾在宁夏大武口电厂及南通天生港电厂，为检验碎石桩加固效果，测定复合地基承载力，做过

12、3m3m的大型载荷试验。 （3）加载方式及沉降观测a慢速法分级加荷按等荷载增量均衡施加，荷载增量按预估的极限荷载 等分为1012级（不少于8级），或为临塑荷载的1/4或1/5。对每 级荷载，自加荷开始按时间间隔5min、5 min、10 min、10 min 、15 min、15 min 测读一次沉降，以后间隔30 min测读一次沉降 ，当连续2小时内每小时沉降量不超过0.1mm，或连续1小时内每 30 min沉降量不超过0.05mm，可以认为沉降已达到稳定标准，可施加下一级荷载。b快速法分级加荷等级与慢速法相同，但每一级荷载按间隔15min观测 一次沉降，每级荷载持续2小时，即可施加下一级荷

13、载。c等沉降速率法控制承压板以一定的沉降速率沉降，测读与沉降相应的所施 加的荷载，直到试验达到破坏状态。 （4）试验终止条件试验结束标准：一般认为，当出现下列情况之一时，可认为地基已达破坏阶段，可终止试验：a在荷载不变条件下，24小时沉降速率几乎不变或加速发展（不能达到稳定状态）；b 板周围出现隆起或破坏性裂缝；c相对沉降量s/b（承压板直径或边长）超过0.060.08 。二、试验设备的安装及操作步骤 （1）试验设备的安装a打地锚：一般4根或6根对称布置，应全部进入较硬的地层，以提供较大的反力。b挖试坑：大于承压板尺寸的3倍，并挖至试验深度。c放置承压板：在试坑中心位置，铺设厚度不超过20mm

14、的砂垫层并找平，小心平放承压板，防止歪斜着地。d加压系统的安装：以承压板为中心，从上至下在承压板上以此安装千斤顶、测力计和分力帽，使其重心保持在一条垂直直线 上。e反力系统的安装：通过连接件将次梁安装在地锚上，以承压板为中心将主梁通过连接件安装在次梁下，形成完整的反力系统 。f量测元件的安装：打设支撑柱，安装基准梁，固定位移传 感器、百分表，形成完整的位移沉降量测系统。 （2）操作步骤对于每一级荷载，其操作步骤均可分为4步：a加载操作：第一级加载应考虑设备的重量和挖掉土的自重，因此，要事先标定或计算预压荷载与相应油压表读数或测力计百分表读 数之间的关系。b稳压操作：每级荷载下都必须保持稳压，在

15、试验过程中由于某些原因会使荷载减小，必须随时观察油压表的读数，并通过千斤顶不 断补压，使施加的荷载保持相对稳定。c沉降观测：按照试验沉降观测技术要求进行读数。d试验记录：在试验过程中必须始终按照规定将每一级荷载观测数据记录在载荷试验记录表中。一、绘制曲线 试验资料整理是试验结束后最重要的一项工作，其中沉降观测 记录是最重要的原始资料，不仅记录了沉降，还记录了荷载等级和 其他与荷载试验相关的信息，如承压板形状、尺寸、荷载点试验深 度、土性等等。 图25 p-s关系曲线 第四节第四节 试验资料整理试验资料整理 包括分级累加荷载p-s曲线（荷载沉降曲线）、每一级荷载下 的st曲线。（1）p-s曲线

16、将每一级加载下的荷载量值（p）和对应的最终沉降值（s）数据对（p，s）绘制在坐标纸上（图2-5）。目的就是要确定p-s曲线的特征点p0和pu，当p-s曲线上有明显的直线段时，以直线的终点（第一拐点）为p0，当直线段不明显时， 可变换坐标，改做lgp-lgs或p-s/p曲线（s为沉降增量，p为荷载增量），以拐点对应的荷载为p0。见图2-6。图26 p-s/p关系曲线（2）s-t曲线s-t曲线反映的是每一级荷载下地基土随时间的变形情况；又 可分为两种，即按p分级绘制和按p分段连续绘制，两者都需在曲 线上注明荷载等级。如图27： 图27 s-t关系曲线 二、p-s曲线的修正 （1）图解法如果开始的一些观测点基本在一条直线上，只是不通过原点， 表明试验存在一定的系统误差。可将