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  • 帶你了解巖土試驗儀器(確定巖土參數的方法介紹)

    2022-03-23 15:46:17 河北航信儀器制造有限公司

    基礎設計中的巖土參數初解-歐美大地儀器

    根據質地情況的不同,有些條件比較惡劣的土壤或者區域可能需要更多考量。黏性土,非黏性土,軟巖以及硬巖等的參數都會影響工程的設計及施工。

    在地質勘查的過程中,我們會進行原位測試,取樣,并在土工實驗室對土樣進行測試分析。原位測試和實驗室測試的結果往往都與設計參數相關,這些參數可能不能直接測得。初步設計涉及的參數有抗剪強度和變形。表1總結了現場和實驗室確定地質參數的方法。

    表1 現場及實驗室確定巖土參數的方法

    基礎設計中的巖土參數初解-歐美大地儀器

    表格中的關鍵詞

    CD—固結排水三軸試驗

    CIU—含孔隙水壓力測試的固結不排水三軸試驗

    CPT—靜力觸探測試

    CPTu—含孔隙水壓力測試的靜力觸探測試

    CU—固結不排水三軸試驗

    DMT—扁鏟側脹測試

    GSI—巖土強度參數

    PMT—旁壓測試

    RQD—巖石質量指標測試

    SPT—標準貫入測試

    UU—不固結,不排水三軸試驗

    UC—無側限抗壓測試

    USS—未擾動土樣

    USCS—統一的土壤分類系統

    VST—十字板剪切實驗


    Part 1 原位土工測試

    當我們無法進行標準鉆孔,取樣,或者沒法取到高質量未擾動的土樣的時候,我們可以進行原位測試以獲取土壤參數,供結構基礎的設計使用。在上述這些特殊情況下很難在實驗室中獲取土壤的強度參數,因此可以采用原位測試的方法來獲取一些土參數,尤其是強度與壓縮性參數。

    原位測試作為傳統勘查方法的補充非常有效。此外,原位測試還可以幫助我們找到一些關鍵的土層,以便用傳統方法進行取樣和進行實驗室測試。如果測試手段不足,無法獲取足夠的設計參數,那么工程在設計過程中就會存在更多的不確定性和風險。

    基礎設計中的巖土參數初解-歐美大地儀器

    為基礎設計提供參數的原位測試方法主要有:標準貫入試驗(SPT)、靜力觸探測試(CPT)、含孔隙水壓力測試靜力觸探測試(CPTu)、含孔隙水壓力測試的地震波靜力觸探測試(SCPTu),以及十字板剪切實驗(VST)。其他用的較少的原位測試方法有:旁壓測試(PMT)以及扁鏟側脹試驗(DMT)。

    標準貫入分析儀(SPT)

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    靜力觸探設備

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    每一種方法的應用都應荷載情況不同而異(應變的方向和速度),通過這些測試,我們可以得到強度和/或硬度等信息,比如,通過十字板剪切試驗我們可以得到扭矩,通過標準貫入試驗,我們可以得到軸向荷載。原位測試的*終數據需要結合當地的經驗公式,或者依據實驗室測試來進行轉換。

    旁壓儀

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    十字板剪切試驗儀&標準扁鏟式側脹儀

    基礎設計中的巖土參數初解-歐美大地儀器

    關于每種原位測試方法的適用性,優缺點及方法介紹,我們已經在往期文章《全面!10種地基承載力檢測方法一次講透》中進行了介紹,在此不在過多贅述。


    Part 2 土壤參數

    巖土材料的指標參數和工程參數等一般是通過現場測試和實驗室測試來獲取的。通過這些指標的測試,我們可以將巖石和土壤加以區分,這可以幫助我們在設計過程中對土層參數加以區分。這些參數通過常規的取樣和測試就可以得到,而這些參數對施工可行性限制或者以巖土類型為基礎的選樁工作可以起到輔助作用。巖土材料的工程參數包括抗剪強度,壓縮系數滲透系數。

    抗剪強度值可以用來確定打樁過程中可能遇到的阻力,而壓縮系數可以用來對耐久性極限狀態進行復核。在設計工作中,滲透性參數一般都不進行量化處理,不過滲透性較低的土壤可能會影響到樁的可打性,所以,對這些區域有一定的了解,可以幫助我們進行施工可行性分析。

    • 土壤分類及指標參數

    交通工程中常用的土壤分類系統有兩個。人行道工程一般采用AASHTO的土壤分類系統,而其他幾乎所有項目都使用統一土壤分類系統(USCS),本文主要介紹USCS這個體系。

    土壤分類需要的常規指標包括:土顆粒尺寸分布,界限含水量,以及含水量。此外還包括比重計土單元重量。表2中總結了這些常用指標。

    表2 用于打入樁設計的土壤指標測試

    基礎設計中的巖土參數初解-歐美大地儀器

    通過實驗室測試確定無粘性土的細顆粒含量以及級配,確定粘性土的修正后抗剪強度,這些對于可打性分析,以及土壤恢復效應的分析都很有幫助。

    無粘性土的相對密實度,級配以及細顆粒含量這些參數對于評估樁的可打性非常有用。在密實度接近的情況下,細顆粒含量高的土,其內摩擦角比細顆粒含量低的土要小。細顆粒含量高還會影響土壤在剪切時的排水性以及孔隙水壓力,進而就會影響在打樁過程中作用于樁身上的有效應力。當無粘性土中的細顆粒含量比較高時,出現土壤恢復的可能性相比細顆粒含量較低的土壤也更大,當然這還跟土壤密度有關。土顆粒的級配和棱角也會對內摩擦角產生影響。另外,級配信息對于評價無粘性土的密實度和液化趨勢也很有用。

    基礎設計中的巖土參數初解-歐美大地儀器

    常規的實驗室土顆粒尺寸分析可以幫助量化級配和細顆粒含量。有了這個信息,我們可以對無粘性土中的可打性和土壤恢復趨勢進行進一步分析。粘性土在受到擾動或者重塑后,會損失很大一部分的抗剪強度,這跟打樁過程很相似。粘性土中的樁基礎設計,在考慮其經濟性時,評估打樁時的土阻力,土阻力隨時間的恢復是非常重要的因素。土壤的靈敏度參數可以為土壤恢復評價提供一個定性的,而非定量的指標。原位的十字板剪切測試得到的靈敏度參數是黏性土評價靈敏*好的參數。當然,還可以通過實驗室測試,分別獲取未擾動的或者重塑土樣的抗剪強度值。

    黏性土的靈敏度計算公式如下:

    基礎設計中的巖土參數初解-歐美大地儀器

    下表中包含了Sowers(1979)提供的典型的靈敏度值,我們可以用這些值來初步估算重塑抗剪強度。對于靈敏度低于16的黏性土,會隨著時間重新獲得其*初的部分,乃至全部抗剪強度(Terzaghi和Peck(1967))。根據Terzaghi等人(1996)以及Sowers(1979)提供的典型值,我們一般認為,打樁過程中的多數黏性土的重塑抗剪強度值為其為擾動抗剪強度的1/3到1/2。

    表3 靈敏度的典型值(Sowers提供 1979)

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    Part 3 巖石參數

    為了確定樁底承載力以及樁底長期變形,我們有必要對樁底的巖石參數進行評估。如果巖層較淺,那么可能就需要進行預鉆孔,這樣才能保證施工時樁能夠達到要求的*小深度。因此,設計人員能夠正確理解巖石分類以及相關的巖石參數就很重要。為了對給定的巖體進行正確分類及分級,我們有必要對完整巖石和巖體進行區分(Brown等人  2010)。

    完整巖體是利用水泥漿等材料將固結的巖體進行加固,形成一個完整的巖體,我們會對巖土進行取芯,來確定指標以及強度參數。接頭,損壞以及其他一些因素都是導致完整巖土破壞的原因,所以要通過加固來形成一個完整巖體。

    基礎設計中的巖土參數初解-歐美大地儀器

    • 巖石指標參數和分類

    如果所設計的樁基礎位于巖層上,那么對巖石進行分類就非常重要。在進行地質勘查的時候,應該特別注意巖石的物理及化學參數,因為巖體質量對設計和施工都有很大影響。巖石分類應該包括:顏色,紋理,成巖方式(如火成巖,固結巖或者沉積巖),現場硬度,風化,以及地質間斷。

    抗崩解耐久性測試(ASTM D4644)對于評估巖石是否會風化或者退化很有用,該實驗常用來測試頁巖,泥巖和粉砂巖。這些巖層在打樁的過程中特別容易出現風化或者破壞。耐久性指標低的巖層,打入其中的樁可能會出現應力松弛現象。

    進行抗崩解耐久性測試時,要求將具有代表性的巖塊放到鐵絲網中烘干至恒重。將裝有巖塊的鐵絲網放入到水中并旋轉10分鐘,然后再次將其烘干至恒重。重復該過程兩次,*終的干重與*初的干重的比值就是抗崩裂耐久性指標,ID。如果ID指標低于60%,則說明該巖體容易出現破壞。


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