根據(jù)土質(zhì)的差異,地基土的破壞形式一般分為整體剪切破壞、局部剪切破壞和沖剪破壞三種,如圖1所示。
圖1 地基破壞形式
由地基破壞過(guò)程中的荷載沉降p-s曲線可知,地基無(wú)論以哪種形式失穩(wěn)破壞,破環(huán)的過(guò)程一般應(yīng)經(jīng)歷3個(gè)階段,即壓密階段(彈性變形階段)、剪切階段(彈塑混合變形階段)和破壞階段(完全塑性變形階段)。
地基承載力指標(biāo)一般通過(guò)原位測(cè)試的方法獲得,其主要檢測(cè)方法包括平板荷載試驗(yàn)、螺旋板荷載試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、巖體直剪試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)等,部分檢測(cè)方法原理圖見(jiàn)圖2所示。
圖2 部分地基承載力原位測(cè)試方法原理圖
四、 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)
標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(Standard Penetration Test,簡(jiǎn)稱(chēng)SPT)是一種在現(xiàn)場(chǎng)用63.5kg的穿心錘,以76cm的落距自由落下,將一定規(guī)格的帶有小型取土筒的標(biāo)準(zhǔn)貫入器打人土中,記錄打入30cm的錘擊數(shù)(即標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N),并以此評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)的原位試驗(yàn),試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3所示。
圖3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備(單位:mm)
標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)際上仍屬于動(dòng)力觸探范疇,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)并不能直接測(cè)定地基土的物理力學(xué)性質(zhì),而是通過(guò)與其他原位測(cè)試手段或室內(nèi)試驗(yàn)成果進(jìn)行對(duì)比,建立關(guān)系式,積累地區(qū)經(jīng)驗(yàn),才能用于評(píng)定地基土的物理力學(xué)性質(zhì)。
利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)指標(biāo)N,結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn),可用于評(píng)價(jià)地基土的物理狀態(tài),評(píng)價(jià)地基土的力學(xué)性能參數(shù),計(jì)算天然地基的承載力,計(jì)算單樁的極限承載力及對(duì)場(chǎng)地成樁的可能性作出評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)場(chǎng)地砂土和粉土的液化可能性及等級(jí)。
標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn) 操作簡(jiǎn)單,地層適應(yīng)性廣 ,對(duì)不易鉆探取樣的砂土和砂質(zhì)粉土尤為適用,當(dāng)土中含有較大碎石時(shí)使用受限制。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的缺點(diǎn)是 離散性比較大 ,故 只能粗略地評(píng)定土的工程性質(zhì) 。
五、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的技術(shù)要求與步驟
1.鉆進(jìn)方法:為保證貫入試驗(yàn)用的鉆孔的質(zhì)量,宜采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),當(dāng)鉆進(jìn)至試驗(yàn)標(biāo)高以上15cm外,應(yīng)停止鉆進(jìn)。為保持孔壁穩(wěn)定,必要時(shí)可用泥漿或套管護(hù)壁。如使用水沖鉆進(jìn),應(yīng)使用側(cè)向水沖鉆頭,不能用向下水沖鉆頭,以使孔底土盡可能少擾動(dòng)。擾動(dòng)直徑在63.5cm~150cm之間,鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)仔細(xì)清除孔底殘土到試驗(yàn)標(biāo)高;?
(2)在地下水位以下鉆進(jìn)時(shí)或遇承壓含水砂層,孔內(nèi)水位或泥漿面始終應(yīng)高于地下水位足夠的高度,以減少土的擾動(dòng)。否則會(huì)產(chǎn)生孔底涌土,降低N值;?
(3)當(dāng)下套管時(shí),要防止套管下過(guò)頭,套管內(nèi)的土未清除。貫入器貫入套管內(nèi)的土,使 N值急增,不反映實(shí)際情況;?
(4)下鉆具時(shí)要緩慢下放,避免松動(dòng)孔底土。
2.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)所用的鉆桿應(yīng)定期檢查,鉆桿相對(duì)彎曲<1/1000,接頭應(yīng)牢固,否則錘擊后鉆桿會(huì)晃動(dòng)。
3.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)應(yīng)采用自動(dòng)脫鉤的自由落錘法,并減少導(dǎo)向桿與錘間的摩阻力,以保持錘擊能量恒定,它對(duì)N值影響極大。
4.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)時(shí),先將整個(gè)桿件系統(tǒng)連同靜置于鉆桿頂端的錘擊系統(tǒng)一起下到孔底,在靜重下貫入器的初始貫入度需作記錄。如初始貫入試驗(yàn),N值記為零。
標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)分兩個(gè)階段進(jìn)行:
預(yù)打階段: 先將貫入器打入15cm,如錘擊已達(dá)50擊,貫入度未達(dá)15cm,記錄實(shí)際貫入度。
試驗(yàn)階段: 將貫入器再打入30cm,記錄每打入10cm的錘擊數(shù),累計(jì)打入30cm的錘擊數(shù)即為標(biāo)貫擊數(shù)N。當(dāng)累計(jì)數(shù)已達(dá)50擊(國(guó)外也有定為100擊的),而貫入度未達(dá)30cm,應(yīng)終止試驗(yàn),記錄實(shí)際貫入度s及累計(jì)錘擊數(shù)n。按下式換算成貫入30cm的錘擊數(shù)N:
式中:?s――對(duì)應(yīng)錘擊數(shù)n的貫入度(cm)。
標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)可在鉆孔全深度范圍內(nèi)等距進(jìn)行。間距為1.0m或2.0m,也可僅在砂土,粉土等欲試驗(yàn)的土層范圍內(nèi)等間距進(jìn)行。
利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果,可用于下列指標(biāo)的評(píng)定或估算:
(1)評(píng)定砂土的密實(shí)度;
(2)評(píng)定砂土抗剪強(qiáng)度指標(biāo);
(3)評(píng)定黏性土的狀態(tài);
(4)評(píng)定黏性土的不排水抗剪強(qiáng)度;
(5)評(píng)定地基土承載力;
(6)地基土的液化判別;
(7)評(píng)定土的變形模量和壓縮模量;
(8)估算單樁承載力。
地基土的承載力加固
與利用動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果評(píng)價(jià)地基土的承載力一樣,我國(guó)原《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》曾規(guī)定,可利用N值確定砂土與黏性土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值,見(jiàn)下表1和表2。但在GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中,這些經(jīng)驗(yàn)表格并未納入。這并不是否認(rèn)這些經(jīng)驗(yàn)的使用價(jià)值,而是這些經(jīng)驗(yàn)在全國(guó)范圍內(nèi)不具有普遍意義,在實(shí)際工作中參考這些表格時(shí)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
表 1 N 值與砂土承載力標(biāo)準(zhǔn)值 f k 的關(guān)系
表 2 N 值與黏性土承載力標(biāo)準(zhǔn)值 f k 的關(guān)系
國(guó)內(nèi)一些勘察設(shè)計(jì)單位基于當(dāng)?shù)貙?shí)踐提出的經(jīng)驗(yàn)公式匯總于表3。責(zé)任編輯http://www.gaiagames.cn/
表 3 國(guó)內(nèi) N 值與地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 f k 的關(guān)系
6.2 評(píng)定砂土的密實(shí)狀態(tài)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N,可按表4評(píng)價(jià)砂土的密實(shí)度。
表4 砂土的密實(shí)度與N值的關(guān)系