土工原位测试
试验指导书
姓名 学号 班级
土木工程学院
前 言
土工原位测试技术是土木工程专业的一门技术基础科学，也是岩土工程勘察课程的主要试验教学内容。做为一门课程其任务是通过介绍土工原位测试技术的基本测试技术和试验方法，使学生获得专业所必需的试验基本技能，具备解决一般土工问题的能力，并对学生进行科学研究试验能力的培养，是土木工程专业高级技术人材所必需的基本训练的一部分。
为了达到预期目的，试验课必须注意以下几方面问题：
一、试验前认真预习指导书和课本有关内容，同时应复习其它已学有关课程的有关章节，充分了解各个试验的目的要求、试验原理、方法和步骤，并进行一些必要的理论计算。一些控制值的计算工作，试验前必须做好。
二、较大的小组试验，应选出一名小组长，负责组织和指挥整个试验过程，直至全组试验报告都上交后卸任，小组各成员必须服从小组长和指导教师的指挥，要明确分工，直辖市工作，不得撤离各自的岗位。
三、试验开始前，必须仔细检查试件和各种仪器仪表是否安装稳妥，荷载是否为零，安全措施是否有效，各项准备工作是否完成，准备工作完成，要经指导教师检查通过后，试验才能开始。
四、试验时应严肃认真，密切注意观察试验现象，及时加以分析和记录，要以严谨的科学态度对待试验的每一步骤和每一个数据。
五、严格遵守实验室的规章制度，非试验中仪器设备不要乱动；试验用仪器、仪表、设备，要严格按规程进行操作，遇有总是及时向指导教师报告。
六、试验中要小心谨慎，不要碰撞仪器、仪表、试件和仪表架等。 七、试验结束后，要及时卸下荷载，使仪器、设备恢复原始状态，以后小心卸下仪器仪表、擦净、放妥、清点归还，经教师认可并把试验记录交教师签字后离开。
八、试验资料应及时整理，按时独立完成试验报告，除小组分工由别人记录的原始数据外，严禁抄袭。
九、试验报告要求原始记录齐全、计算分析正确、数据图表清楚、心得体会深刻。
十、经教师认可，试验也允许采用另外方案进行。
实验一 静力载荷试验
1. 试验目的
在保持地基土天然状态条件下，通过在一定面积承压板上向地基土上逐级增加荷载，观测每级荷载下地基土的变形特性，以确定地基土承载力与变形模量等参数。 2. 试验设备
（1）承压板：要求有足够刚度，加荷过程变形小，一般土所适应面积为2500-5000平方厘米；
（2）加荷装臵：包括压力源、载荷台架或反力构架，加荷方式分为重物加荷、油压千斤顶反力加荷；
（3）沉降观测装臵：观测仪表主要有百分表、沉降传感器或水准仪； 3. 实验步骤
（1）试坑准备：一般为方形试坑，宽度应不小于承压板宽度的3倍； （2）安装设备：安装承压板（安装前应整平试坑底面，铺设1-2cm 厚底中砂垫层，并找平）；安装千斤顶、载荷台架或反力构架，其中心应与承压板中心一致；安装沉降观测装臵，其支架固定点应设在不受土体变形影响的位臵上，并对称放臵。
（3）加荷：安装完毕，应分级加荷；测试第一级荷载应将设备重量计入，以后每级荷载增量一般取预估测试土层极限压力的1/8~1/10；当不宜预估极限压力时，对较松软的土体，每级增量采用10-25kPa ，对较硬的土体，可采用50kPa ，对硬土，采用100kPa 。
（4）观测每级荷载下的沉降：加荷开始后，第一个30min 内，每10min 观测沉降一次；第二个30min 内，每15min 观测一次；以后每30min 观测一次；沉降相对稳定标准：连续4次观测的沉降量，每小时累计不大于0.1mm 时，方可施加下一级荷载。
（5）试验终止标准：承压板周围土体出现裂缝或隆起；载荷不变的情况下，沉降速率加速发展或为一常数；总沉降量等于或大于承压板宽度的0.08；某荷载下，24小时沉降速率达不到稳定标准。 4. 试验成果整理及应用
试验结束后，应整理出荷载与沉降量、时间与沉降量汇总表，然后绘制压力与沉降量的关系曲线（P -S 曲线）。P -S 曲线直线段的终点对应的压力为比例界限值（P 0），曲线陡降段对应的荷载为极限界限值（P L ）。试验成果整理后，主要目的是得到上述二值。
试验成果可以用来确定地基土承载力基本值f 0、计算地基土变形模量E 0。
5. 试验数据整理与结果分析 （1）数据记录与整理
浅层平板载荷原位试验记录表
（2）P-S 曲线
p -s 曲线
（3）试验成果应用与计算
1）地基承载力基本值
P-s 曲线无明显拐点，取相对沉降s/d=0.01所对应的荷载力特征值p 0，取p 0为f ak 。
则有P-s 曲线可知，当s=0.01*d=8.00mm时，p 0=39kPa ， 即f ak =39kPa。
用外插法作图求极限荷载极限荷载 如上图所示，可得p u =83kPa，且大于2 p0。 则地基承载力基本值p 0’=1.35* p0=52.65kPa。
2）地基土变形模量
式中，I 0为刚性承压板形状系数，圆形承压板取0.785，方形承压板取0.886；E 0为土的变形模量（MPa ）；P 、S 分别为P-S 曲线直线段内任一点的荷载值（kPa ）及相应沉降值（mm ）；D 为承压板的宽度（或直径）（m ）；μ为泊松比
实验二 静力触探试验
1. 试验目的
把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。主要用来划分土层、评价地基土承载力、估算地基土层的物理力学参数。 2. 试验设备
（1）探头部分：一般分为单桥探头和双桥探头两种；
（2）贯入装臵：贯入装臵由两部分组成，一是给触探杆加压的压力装臵，二是提供加压所需反力的反力系统；
（3）量测系统：土体阻力大小可以利用探头中配套的测量电路及位于地表的读书和自动记录装臵完成整个量测工作，一般而言，自动记录装臵可以绘制出贯入阻力随深度的变化曲线。 （4）具体设备组成：
1．双桥探头 2．探头率定架 3．压入装置 4．探杆 5．电缆 6．测量仪 7．地锚
3. 实验步骤
（1）探头率定：通过率定曲线，求出探头率定系数；
（2）安装设备：安装静力触探设备，包括固定触探设备，并将探头
安装到探杆上，用穿过探杆的电缆将探头和量测仪连接起来； （3）摇动手把，将探头压入地表1m 处，将测量仪调零；
（4）继续贯入，每10cm 间隔记录一次深度（cm ）、锥尖阻力、侧壁摩阻力电测值；
（5）每贯入2-3m 调零一次。并记录回零值； （6）贯入到预定深度停止或反力装臵失效停止； （7）起拔探杆，并记录回零值；
（8）将探头按规定程序卸下，并擦拭探杆、装箱。 4. 试验成果整理与分析 （1）校正原始数据
x =x '-∆x
式中：x ：校正值（可分别代表q c 、P s 、f s 、u ）；
x '：实测值
Δx ：相应深度处零漂修正量，分正负
2．计算：q c =K c x ， f s =K s x ， P s =K f x ， u =K u x
F R (％)=(f s /qc ) ×100
3．画图
（q c 、P s 、f s 、u ）分别画出各触探参数与触探深度（h ）关系曲线。
注：深度为纵坐标，向下为正，触探参数为横坐标。 单桥探头：比贯入阻力-深度曲线；
双桥探头：锥尖阻力-深度关系曲线、侧摩阻力-深度关系曲线、摩阻比-深度关系曲线；
（一）静力触探记录表
静力触探记录表
工程编号：2 探头编号： 孔 号：2 探头系数： k c =
k f = k u =
操作者：
计算者：
（二）静力触探曲线
实验三 圆锥动力触探试验
1. 试验目的
利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入土中一定深度的锤击数来判定土的性质，并对土进行粗略的力学分层的一种原位测试方法。主要目的包括定性划分不同性质的土层、定量估算地基土层的物理力学参数。 2. 试验设备 （1）导向杆；
（2）自动落锤装臵（提引器）； （3）穿心锤； （4）锤座； （5）触探杆； （6）探头； 3. 实验步骤
（1）先用轻便钻具钻至试验土层标高以上0.3m 处； （2）将探头及探杆垂直放臵于测试地点；
（3）提升穿心锤至预定高度，使其自由下落（落距为（0.50m ±
0.02m ）），锤击锤垫，将探头打入土中；
（4）记录每打入土层0.3m 时所需的锤击数（最初0.3m 可以不计）。 （5）重复（3）~（4）步骤至预定贯入深度，直至完成所有测点试验； （6）如遇到坚硬土层，当贯入0.30m 所需锤击数超过100击或贯入
0.15m 超过50击时，可停止试验。 4. 试验成果整理及应用
轻型动力触探不考虑杆长修正值，根据每贯入30cm 的实测击数绘制N 10-h 曲线图。
成果应用：
（1）根据动力触探试验结果，可绘制出锤击数沿深度的变化曲线，据此曲线可以进行地层的力学分层。
（2）按照动力触探试验结果，结合地区经验，可以确定地基土的承载力。
动力触探试验报告
实验四 十字板剪切试验
1. 试验目的
利用插入软粘土中的十字板头，以一定的速率旋转，在土层中形成圆柱形破坏面，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪强度。主要用来测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。 2. 试验设备
（1）压入主机； （2）十字板头；
（3）扭力传感器； （4）量测扭力仪表；
（5）施加扭力装臵； （6）钻杆、水平尺等； 3. 实验步骤
（1）安装及调平电测式十字板剪切仪，用地锚固定，并安装好施加扭力的装臵。
（2）将十字板连接在传感器上拧紧，然后将其所附电缆及插头与穿入钻杆内的电缆及插座连接，并进行防水处理。接通测量仪器。 （3）将十字板头垂直插入土中至预定深度，扭剪前，应读取初始读数或将仪器调零。
（4）测试开始，匀速转动手摇柄，手摇柄每转动一圈，十字板头旋转一度。每10s 使手摇柄转动一圈，每转动一圈测记应变读数一次。
（5）松开钻杆夹具，用手或管钳快速将探杆顺时针方向旋转6圈，使十字板头周围的土体充分扰动后，立即拧紧钻杆夹具，重复步骤（4）。测计重塑土剪切破坏时的测力仪读数。 （6）完成实验时，松开夹具。 4. 试验数据整理与结果分析
现场十字板剪切试验记录表
工程名称：现场十字板剪切试验 试验地点：建工学院南区土木楼旁 试验孔编号： 孔标高： 试验深度：
5. 试验成果及应用
根据实验数据，按照下式计算土体的抗剪强度：
C u =10K αR y C u ' =10K αR e
C u ——原状土抗剪强度（kPa ）
C u ' ——重塑土体抗剪强度（kPa ） K ——与十字板头有关的常数 α——传感器率定系数
R y 、R e ——原状土和重塑土体破坏时的读数
土工原位测试
试验指导书
姓名 学号 班级
土木工程学院
前 言
土工原位测试技术是土木工程专业的一门技术基础科学，也是岩土工程勘察课程的主要试验教学内容。做为一门课程其任务是通过介绍土工原位测试技术的基本测试技术和试验方法，使学生获得专业所必需的试验基本技能，具备解决一般土工问题的能力，并对学生进行科学研究试验能力的培养，是土木工程专业高级技术人材所必需的基本训练的一部分。
为了达到预期目的，试验课必须注意以下几方面问题：
一、试验前认真预习指导书和课本有关内容，同时应复习其它已学有关课程的有关章节，充分了解各个试验的目的要求、试验原理、方法和步骤，并进行一些必要的理论计算。一些控制值的计算工作，试验前必须做好。
二、较大的小组试验，应选出一名小组长，负责组织和指挥整个试验过程，直至全组试验报告都上交后卸任，小组各成员必须服从小组长和指导教师的指挥，要明确分工，直辖市工作，不得撤离各自的岗位。
三、试验开始前，必须仔细检查试件和各种仪器仪表是否安装稳妥，荷载是否为零，安全措施是否有效，各项准备工作是否完成，准备工作完成，要经指导教师检查通过后，试验才能开始。
四、试验时应严肃认真，密切注意观察试验现象，及时加以分析和记录，要以严谨的科学态度对待试验的每一步骤和每一个数据。
五、严格遵守实验室的规章制度，非试验中仪器设备不要乱动；试验用仪器、仪表、设备，要严格按规程进行操作，遇有总是及时向指导教师报告。
六、试验中要小心谨慎，不要碰撞仪器、仪表、试件和仪表架等。 七、试验结束后，要及时卸下荷载，使仪器、设备恢复原始状态，以后小心卸下仪器仪表、擦净、放妥、清点归还，经教师认可并把试验记录交教师签字后离开。
八、试验资料应及时整理，按时独立完成试验报告，除小组分工由别人记录的原始数据外，严禁抄袭。
九、试验报告要求原始记录齐全、计算分析正确、数据图表清楚、心得体会深刻。
十、经教师认可，试验也允许采用另外方案进行。
实验一 静力载荷试验
1. 试验目的
在保持地基土天然状态条件下，通过在一定面积承压板上向地基土上逐级增加荷载，观测每级荷载下地基土的变形特性，以确定地基土承载力与变形模量等参数。 2. 试验设备
（1）承压板：要求有足够刚度，加荷过程变形小，一般土所适应面积为2500-5000平方厘米；
（2）加荷装臵：包括压力源、载荷台架或反力构架，加荷方式分为重物加荷、油压千斤顶反力加荷；
（3）沉降观测装臵：观测仪表主要有百分表、沉降传感器或水准仪； 3. 实验步骤
（1）试坑准备：一般为方形试坑，宽度应不小于承压板宽度的3倍； （2）安装设备：安装承压板（安装前应整平试坑底面，铺设1-2cm 厚底中砂垫层，并找平）；安装千斤顶、载荷台架或反力构架，其中心应与承压板中心一致；安装沉降观测装臵，其支架固定点应设在不受土体变形影响的位臵上，并对称放臵。
（3）加荷：安装完毕，应分级加荷；测试第一级荷载应将设备重量计入，以后每级荷载增量一般取预估测试土层极限压力的1/8~1/10；当不宜预估极限压力时，对较松软的土体，每级增量采用10-25kPa ，对较硬的土体，可采用50kPa ，对硬土，采用100kPa 。
（4）观测每级荷载下的沉降：加荷开始后，第一个30min 内，每10min 观测沉降一次；第二个30min 内，每15min 观测一次；以后每30min 观测一次；沉降相对稳定标准：连续4次观测的沉降量，每小时累计不大于0.1mm 时，方可施加下一级荷载。
（5）试验终止标准：承压板周围土体出现裂缝或隆起；载荷不变的情况下，沉降速率加速发展或为一常数；总沉降量等于或大于承压板宽度的0.08；某荷载下，24小时沉降速率达不到稳定标准。 4. 试验成果整理及应用
试验结束后，应整理出荷载与沉降量、时间与沉降量汇总表，然后绘制压力与沉降量的关系曲线（P -S 曲线）。P -S 曲线直线段的终点对应的压力为比例界限值（P 0），曲线陡降段对应的荷载为极限界限值（P L ）。试验成果整理后，主要目的是得到上述二值。
试验成果可以用来确定地基土承载力基本值f 0、计算地基土变形模量E 0。
5. 试验数据整理与结果分析 （1）数据记录与整理
浅层平板载荷原位试验记录表
（2）P-S 曲线
p -s 曲线
（3）试验成果应用与计算
1）地基承载力基本值
P-s 曲线无明显拐点，取相对沉降s/d=0.01所对应的荷载力特征值p 0，取p 0为f ak 。
则有P-s 曲线可知，当s=0.01*d=8.00mm时，p 0=39kPa ， 即f ak =39kPa。
用外插法作图求极限荷载极限荷载 如上图所示，可得p u =83kPa，且大于2 p0。 则地基承载力基本值p 0’=1.35* p0=52.65kPa。
2）地基土变形模量
式中，I 0为刚性承压板形状系数，圆形承压板取0.785，方形承压板取0.886；E 0为土的变形模量（MPa ）；P 、S 分别为P-S 曲线直线段内任一点的荷载值（kPa ）及相应沉降值（mm ）；D 为承压板的宽度（或直径）（m ）；μ为泊松比
实验二 静力触探试验
1. 试验目的
把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。主要用来划分土层、评价地基土承载力、估算地基土层的物理力学参数。 2. 试验设备
（1）探头部分：一般分为单桥探头和双桥探头两种；
（2）贯入装臵：贯入装臵由两部分组成，一是给触探杆加压的压力装臵，二是提供加压所需反力的反力系统；
（3）量测系统：土体阻力大小可以利用探头中配套的测量电路及位于地表的读书和自动记录装臵完成整个量测工作，一般而言，自动记录装臵可以绘制出贯入阻力随深度的变化曲线。 （4）具体设备组成：
1．双桥探头 2．探头率定架 3．压入装置 4．探杆 5．电缆 6．测量仪 7．地锚
3. 实验步骤
（1）探头率定：通过率定曲线，求出探头率定系数；
（2）安装设备：安装静力触探设备，包括固定触探设备，并将探头
安装到探杆上，用穿过探杆的电缆将探头和量测仪连接起来； （3）摇动手把，将探头压入地表1m 处，将测量仪调零；
（4）继续贯入，每10cm 间隔记录一次深度（cm ）、锥尖阻力、侧壁摩阻力电测值；
（5）每贯入2-3m 调零一次。并记录回零值； （6）贯入到预定深度停止或反力装臵失效停止； （7）起拔探杆，并记录回零值；
（8）将探头按规定程序卸下，并擦拭探杆、装箱。 4. 试验成果整理与分析 （1）校正原始数据
x =x '-∆x
式中：x ：校正值（可分别代表q c 、P s 、f s 、u ）；
x '：实测值
Δx ：相应深度处零漂修正量，分正负
2．计算：q c =K c x ， f s =K s x ， P s =K f x ， u =K u x
F R (％)=(f s /qc ) ×100
3．画图
（q c 、P s 、f s 、u ）分别画出各触探参数与触探深度（h ）关系曲线。
注：深度为纵坐标，向下为正，触探参数为横坐标。 单桥探头：比贯入阻力-深度曲线；
双桥探头：锥尖阻力-深度关系曲线、侧摩阻力-深度关系曲线、摩阻比-深度关系曲线；
（一）静力触探记录表
静力触探记录表
工程编号：2 探头编号： 孔 号：2 探头系数： k c =
k f = k u =
操作者：
计算者：
（二）静力触探曲线
实验三 圆锥动力触探试验
1. 试验目的
利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入土中一定深度的锤击数来判定土的性质，并对土进行粗略的力学分层的一种原位测试方法。主要目的包括定性划分不同性质的土层、定量估算地基土层的物理力学参数。 2. 试验设备 （1）导向杆；
（2）自动落锤装臵（提引器）； （3）穿心锤； （4）锤座； （5）触探杆； （6）探头； 3. 实验步骤
（1）先用轻便钻具钻至试验土层标高以上0.3m 处； （2）将探头及探杆垂直放臵于测试地点；
（3）提升穿心锤至预定高度，使其自由下落（落距为（0.50m ±
0.02m ）），锤击锤垫，将探头打入土中；
（4）记录每打入土层0.3m 时所需的锤击数（最初0.3m 可以不计）。 （5）重复（3）~（4）步骤至预定贯入深度，直至完成所有测点试验； （6）如遇到坚硬土层，当贯入0.30m 所需锤击数超过100击或贯入
0.15m 超过50击时，可停止试验。 4. 试验成果整理及应用
轻型动力触探不考虑杆长修正值，根据每贯入30cm 的实测击数绘制N 10-h 曲线图。
成果应用：
（1）根据动力触探试验结果，可绘制出锤击数沿深度的变化曲线，据此曲线可以进行地层的力学分层。
（2）按照动力触探试验结果，结合地区经验，可以确定地基土的承载力。
动力触探试验报告
实验四 十字板剪切试验
1. 试验目的
利用插入软粘土中的十字板头，以一定的速率旋转，在土层中形成圆柱形破坏面，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪强度。主要用来测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。 2. 试验设备
（1）压入主机； （2）十字板头；
（3）扭力传感器； （4）量测扭力仪表；
（5）施加扭力装臵； （6）钻杆、水平尺等； 3. 实验步骤
（1）安装及调平电测式十字板剪切仪，用地锚固定，并安装好施加扭力的装臵。
（2）将十字板连接在传感器上拧紧，然后将其所附电缆及插头与穿入钻杆内的电缆及插座连接，并进行防水处理。接通测量仪器。 （3）将十字板头垂直插入土中至预定深度，扭剪前，应读取初始读数或将仪器调零。
（4）测试开始，匀速转动手摇柄，手摇柄每转动一圈，十字板头旋转一度。每10s 使手摇柄转动一圈，每转动一圈测记应变读数一次。
（5）松开钻杆夹具，用手或管钳快速将探杆顺时针方向旋转6圈，使十字板头周围的土体充分扰动后，立即拧紧钻杆夹具，重复步骤（4）。测计重塑土剪切破坏时的测力仪读数。 （6）完成实验时，松开夹具。 4. 试验数据整理与结果分析
现场十字板剪切试验记录表
工程名称：现场十字板剪切试验 试验地点：建工学院南区土木楼旁 试验孔编号： 孔标高： 试验深度：
5. 试验成果及应用
根据实验数据，按照下式计算土体的抗剪强度：
C u =10K αR y C u ' =10K αR e
C u ——原状土抗剪强度（kPa ）
C u ' ——重塑土体抗剪强度（kPa ） K ——与十字板头有关的常数 α——传感器率定系数
R y 、R e ——原状土和重塑土体破坏时的读数