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一、 静力载荷试验,1. 试验的目的及意义 确定地基土的临塑荷载,极限荷载,为评定地基土的承载力提供依据; 确定地基土的变形模量; 估算地基土的不排水抗剪强度; 确定地基土基床反力系数; 试验的适用范围 浅层平板载荷试验适用于浅层地基土;深层平板载荷试验适用于埋深等于或大 3m 和 地下水位以上的地基土;螺旋板载荷试验适用于深层地基土或地下水位以下的地基土。载荷 试验可适用于各种地基土,特适用于各种填土及碎石的土。本节主要介绍浅层平板静力载荷 试验。 本实验为浅层平板载荷试验。 试验的基本原理 平板载荷试验是在拟建建筑场地上将一定尺寸和几何形状(方形或圆形)的刚性板,安 放在被测的地基持力层上,逐级增加荷载,并测得相应的,1,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)曲线(即 p-s 曲线)。典型的平板载荷试验 p-s 曲线可以划分为三个阶段,如右图所示。 通过对 p-s 曲线进行计算分析,可以得到地基土的 承载力特征值 fak 、变形模量 E0 和基床反力系数ks 。 平板载荷试验所反映的相当于承压板下 1.52.0 倍 承压板直径(或宽度)的深度范围内地基土的强度、变形 的综合性状。,浅层平板载荷试验适用浅层天然地基土,包括各种填土、含碎石的土等。也用于复合地 基承载力评价。,破 坏 阶 段,剪 切 变 形 阶 段,直 线,变 形 阶 段,4.试验仪器及制样工具 仪器设备:载荷试验的设备由承压板、加荷装置及沉降观测装置等部件组合而成。目前, 组合型式多样,成套的定型设备已应用多年。 承压板,有现场砌置和预制两种,一般为预制厚钢板(或硬木板)。对承压板的要求是, 要有足够的刚度,在加荷过程中承压板本身的变形要小,而且其中心和边缘不能产生弯 曲和翘起;其形状宜为圆形(也有方形者),对密实粘性土和砂土,承压面积一般为 10005000cm2。对一般土多采用25005000cm2。按道理讲,承压板尺寸应与 基础相近,但不易做到。 加荷装置,加荷装置包括压力源、载荷台架或反力构架。加荷方式可分为两种,即重 物加荷和油压千斤顶反力加荷。 重物加荷法,即在载荷台上放置重物,如铅块等。由于此法笨重,劳动强度大,加 荷不便,目前已很少采用(图43)。其优点是荷载稳定,在大型工地常用。,图3 载荷台式加压装置 (a)木质或铁质载荷台;(b)低重心载荷台;1载荷台; 2钢锭;3混凝土平台;4测点;5承压板 2) 油压千斤顶反力加荷法,即用油压千斤顶加荷,用地锚提供反力。由于此法加荷方 便,劳动强度相对较小,已被广泛采用,并有定型产品(图44)。采用油压千斤 顶加压,必须注意两个问题:油压千斤顶的行程必须满足地基沉降要求。下入 土中的地锚反力要大于最大加荷,以避免地锚上拔,试验半途而废。,2,图4 千斤顶式加压装置 (a)钢桁架式装置;(b)拉杆式装置;1千斤顶; 2地锚;3桁架;4立柱;5分立柱;6拉杆 (3) 沉降观测装置,沉降观测仪表有百分表、沉降传感器或水准仪等。只要满足所规定的 精度要求及线性特性等条件,可任意选用其中一种来观测承压板的沉降。由于载荷试验 所需荷载很大,要求一切装置必须牢固可靠、安全稳定。 试验步骤 第一部分,设备安装: 、下地锚、安横梁、基准梁、挖试坑等。地锚数量为 4 个,以试坑中心为中心 点 对称布置。然后根据试验要求,开挖试坑至试验深度。接着安装好横梁、基准梁等。该工作 由老师事先完成。 、放置承压板。在试坑的中心位置,根据承压板的大小铺设不超过 20mm 厚的 砂垫层并找平,然后小心放置承压板。 、千斤顶和测力计的安装。以承压板为中心,从下往上依次放置千斤顶、测力计 、垫片,并注意保持它们在一条垂直直线上。然后调整千斤顶,使整体稳定在承压板和横梁 之间,形成完整的反力系统。 、沉降测量元件的安装。把百分表通过磁性表座固定在基准梁上,并调整其位置 , 使其能准确测量承压板的沉降量。百分表数量为 4 个,在安装时,注意使其均匀分布在四 个方向,形成完整的沉降测量系统。 第二部分,加载操作: 、加载前预压,以消除误差。 、加载等级一般分 1012 级,并不小于 8 级,我们取 10 级。最大加载量 200kPa,,3,4,所以每级 20kPa。由于承压板面积为 0.2m2,所以每级荷载为 4kN。同时,第一级是各级 加压的两倍,即 8kN。 、通过事先标定的压力表读数与压力之间的关系,计算出预定荷载所对应的测 力计百分表读数。 、加荷载。按照计算的预定荷载所对应的测力计百分表读数加载,并随时观察 测力计百分表指针的变动,通过千斤顶不断补压,以保证荷载的相对稳定。 、沉降观测。采用慢速法,每级荷载施加后,间隔 5min、5min、10min、10min 、 15min、15min 测读一次沉降,以后间隔 30min 测读一次沉降,当连续 2h 每小时沉 降量小于 0.1mm 时,可以认为沉降已达到相对稳定标准,可施加下一级荷载。 、试验记录。每次读数完,准确记录,以保证资料的可靠性 。第三部分,卸载操作: 、卸载时,每级压力是加载时的 2 倍。 、由于此次实习并未要求记录卸载数据,所以未作详细要求。 、松开油阀,拆卸装置。 试验数据 实验原始数据见附表一。 试验数据处理 由原始数据统计处理,我们得到以下一个表格,每级荷载作用下,我们通过率定曲线, 得出千斤顶的力,由此计算出每级荷载下,承压板对地基土的压力。再由百分表的读数得出 每级压力下稳定的沉降量,汇总于下表格。,以上表格数据,帮助我们绘出该地基土的 P-S 曲线(见附图一),由原始数据我们还得出每,级荷载下的 S-lgt 曲线见(附图二)。,试验成果分析及工程应用 通过载荷试验,我们得到的最直接,也是最重要的是载荷试验原始记录。试验过程中不 仅记录荷载-时间-沉降,还记录了其它与载荷试验相关的信息,包括载荷板尺寸、载荷点试 验深度(或试验桩桩长)、千斤顶量程与型号、沉降观测仪器与型号、天气、气温等等。 记录数据见附表。 资料整理如下: 、绘制 p-s 曲线(p-s 曲线的必要修正:图解法或最小二乘修正法) 根据载荷试验原始沉降观测记录,将(p, s)点绘在厘米坐标纸上。由于 p-s 曲线的初 始直线段延长线不通过原点(0,0),则需对 p-s 曲线进行修正。此处采用图解法进行修正, 其中 s0 =0.06 mm,即将曲线整体向上平移0.06mm。如附图一所示。 、绘制 s-lgt 曲线 在单对数坐标纸上绘制每级荷载下的 slgt 曲线,注意标明坐标名称和单位。同时需 要标明每根曲线的荷载等级,荷载单位用 kPa。如附图二所示。 、地基承载力特征值 fak 由于 p-s 关系呈缓变曲线,不宜采用拐点法和极限荷载法确定地基承载力特征值,故采 取相对沉降法。,5,其中,b=0.4m,s/b 取 0.01,即s=0.010.4=0.004 m = 4 mm 所对应的荷载作为 地基承载力特征值,但其值不大于最大加载量的一半。 由 p-s 曲线知,当s=4 mm 时, p=100 kPa 试验在进行到加载为 120kpa 时,由于天气原因,下雨了,我们被迫终止试验,因此 120kpa 加载并非破坏时的最大荷载。 所以不能确定当s=4 mm 时, p=100 kPa 是否小于最大加载量的一半。 我们暂取 fak =100 kPa (个人疑问:p-s 曲线绘制时,对试验数据点的拟合有多种作法,拟合曲线并非准确曲 线,所以通过曲线查出的 fak 也并非准确值。我们不能控制绘出的曲线误差,那我们怎么去 得到最接近真实值的 fak ?) (4)、地基土的变形模量 E0,2,00 1,E =I I K(1 )b,1,b1.0,其中,承压板边长 b=1.0m,承压板为圆形,I0 =0.785 ,承压板埋深 z=0 m b=0.4m, 故 I 1- 0.27z =1- 0.27 0 =1 。,如图,承压板为圆形,直径 0.4m,-3,p21.6,对于 K ,则 K =,s0.151510,3,=142574 kN/m 。,又 取 0.35,,2,2,00 1, E =I I K(1 )b=0.7851,142574 (1-0.35 ) 0.4=39284.12 kPa,6,(5)、基床反力系数ks 基床反力系数取 p-s 曲线直线段的斜率,即,p21.6,7,K =,s0.151510,-3 =142574 kN/m,3,9.结论与建议 通过实验我们得出该地基土的承载力为 100kpa,变形模量为 E0 =39284.12 kpa,基 床反力系数ks =142572kpa 试验过程中加载在 93.6kpa 时,沉降过小,可能由于操作问题,造成在未稳定时,直 接进行下一级加压,造成数据在 p-s 曲线出现严重偏移,因此该组数据为无效数据。 在试验过程中,由于下雨中断试验,此试验数据只能作为参考,不具有实际工程意义。,
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