第3.3节 土工原位测试方法简介

原位测试与钻探取样土工分析是相互补充的，原位测试可以克服室内土工分析的以下缺点：

（1）钻探取样及室内制备试样所发生的土的扰动；

（2）在有些上层中难以采取原状土，例如饱和的疏松砂、流塑软塑的软粘土以及含砾石的土等；

（3）土样尺寸小，在测定层状或裂隙性粘土时，有明显的尺寸效应；

（4）的土样数量有限，无论在平面上还是深度部如此。

原位测试可在原位的应力条件、土的天然含水量下进行土的试验，有些原位测试还有这

样的优点，即可取得在深度上连续的记录，提供上层在深度上变化的完整信息。研究并利用这些信息，可以大大减少钻探取样的数量，并把数量有限的钻探工作布置在代表性地段或布置在待重点研究的地段上。原位测试可分为两大类：一类是在小应变条件下进行测试；另一类是在大应变条件下进行测试。后者又可分为单测定土的强度和除测定土的强度外还提供应力应变信息。1．钻孔波速试验

这一试验方法属于小应变条件的原位测试方法，在均质的或成层上层中，理论上波速与

上层的弹性模量和泊松比有关。因此，如在现场测得了波速，就可计算上的弹性模量和泊松

比。为了测定波速，在震源处引发一次冲击，而在离开震源某一距离处放置一检波器，以测定波通过该指定距离所需的时间，它是在上的勘察中常用的试验方法。

在钻孔地面孔口外设置震源，在沿钻孔不同深度处设检波器，可测得从孔口至不同深度的波速，这种方法称为沿孔法，也称为检层法。也可利用两个垂直孔，在一个孔中一定深度处设置震源，而在另一孔相应深度处设置检波器，可直接测定波从一孔到另一孔在不同深度的土层中的波速，这种方法称为跨孔法。 2. 十字板剪力试验

这种方法适用于原位测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。由于它避免了钻探时土的扰动

以及取土样的扰动，而直接在原位应力条件下测定土的抗剪强度，所以它是一种有效的原位测试方法。

十字板剪力试验是在预钻的钻孔孔底，把有4个叶片的十字板头插

至规定深度，施加扭转力矩，直至土体破坏；或是不用钻探，直接将十字板压入土中不同深度，测土体破坏抗扭力矩，则不可计算排水抗剪强度cu（也即十字板抗剪强度Sr）为： 3．标准贯人试验

标准贯人试验是利用规定的落锥能量将圆筒形的贯入器打入钻孔底土中，根据贯人的难

易程度来判定土的物理力学性质。

标准贯人装置锤重63.5kg，自由落距76cm，贯入器外径51mm，内径35mm，长500mm,为两个半圆管合成，下部有贯人器管靴。贯入器上端连接外径42mm钻杆。在将贯人器打入上层时，先打入15cm不计击数，续继贯人士中30cm，记录其锤击数即标准贯入击数N。

标准贯人试验对估定砂类土的天然密度是十分有用的，N与砂类土密实度的经验关系见有关规范。

在利用标准贯人击数N估算土的承载力、强度参数和变形参数时，还应考虑有些因素对N值的影响，因此要作相应的修正。例如：杆长的修正、土层自重压力和侧压力的修正、地下水位的修正等。

遇到硬卵石层或食碎石的粘土层，可将贯人器换为锥形探头，即成圆锥动力触探试验。 4. 静力触探试验

静力触探试验就是将一金属圆锥形探头，用静力以一定的贯人速度贯人土中，根据测得的探头贯入阻力可间接地确定土的物理力学性能。静力触探具有明显的优点：连续、快速、灵敏，简便。因此，已得到广泛地使用，静力触探的不足在于：不能对土进行直接的观察和描述；测试深度还不能太深（一般小于50m，个别情况当采取一些辅助手段，可达70m）。

静力触探头有单桥及双桥两种。单桥探头可测得探头的比贯人阻力Ps；双桥探头可测得锥尖阻力qc和探头摩擦筒的侧摩阻力fa。利用Ps或qc与fa，根据经验可以划分土层。也可以确定土的物理力学性质。在这方面有大量文献资料可供参考。 5．平板载荷试验

载荷试验是一种最古老的原位测试方法，它是在与建筑物基础工作相似的受荷条件下，对天然条件下的地基土测定加于承载板的压力与沉降的关系，实质上是基础的模拟试验。根据压力与沉降的关系，可以测定上的变形模量、评定地基土的承载力。对于不能用小尺寸试样试验的填土、含碎石的土等，最适宜用载荷试验。

试验时，可用维持荷载直至沉降稳定，再加下一级荷载直至破坏荷载；也可以用一定的沉降速率（例如2.5mm／min的速度）使载荷板压人土中，测定荷载与沉降关系，这时所施加的最大荷载相应于不排水抗剪强度所提供的极限荷载。

利用荷载-沉降曲线(p-s曲线）的初始直线段，可求得土的变形模量Eo。

6．螺旋压板荷载试验

以螺旋板作为载荷板，旋入地下预定深度，用千斤顶通过传力杆向螺旋压板施加压力，同时测量载荷板的沉降值。当一个深度试验完毕后，可再旋人到下一个深度进行试验，螺旋压板载荷试验可用于砂土，也可用于枯性土，但旋人螺旋板时对土有一定的扰动。7．旁压试验

通过旁压器弹性膜的横向膨胀，对土施加压力，使土体产生相应的横向变形，从而测得压力与变形的关系曲线，称为旁压曲线，并由此可求得土的变形模量和地基承载力，旁压试验实质上是横向的载荷试验，故也可尔为横压试验。旁压试验按旁压器的就位方式分为两类：

（1）预钻式旁压试验。在预先钻好的钻孔中,把旁压钻头放人预定深度，进行旁压试验。

（2）自钻式旁压试验。在旁压探头下端装一圆筒形刃具，加压使刃具切人士中，进入刃具内的土则用一旋转的切削钻头破碎，用泥浆或冲洗液将碎上循环携带到地面，这样边钻进边把旁压器下沉到预定深度，进行旁压试验。

自钻式旁压试验的优点是旁压器就位时，土的原仅侧向应力可认为没有释放过。而预钻式旁压试验则不同，由于预先钻孔，孔壁应力已释放。

旁压试验近年来发展迅速，因为从应力条件来说，旁压试验相当于轴对称圆柱穴扩张，其弹塑性解已得到解决。而其他原位测试手段，应力情况比较复杂。旁压试验设备轻便、操作简易、测试快速，其优点是明显的。但旁压试验为横向加压，与一般工程上的竖向加荷不同，对于各向异性上层来说，横向与竖向的力学性能是不同的。