本书系统介绍了岩土工程原位测试理论、方法和技术，以及对测试结果的整理和分析及其对工程实践的作用。主要内容包括平板荷载试验、十字板剪切试验、旁压试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验、钻孔力学理论、钻孔触探方法、钻孔触探技术和应用实践案例等。本书详细介绍了地下岩土体强度及其病害探查技术的发展水平，分析了目前国内外探查技术存在的主要问题，提出了旋压触探钻孔力学的新方法，研发了地下岩土体强度微探仪系统装备，并在试验病害段、现场测试区段等重要工程中得到了实践应用，力求把理论知识学习和实践应用能力结合起来。 本书既可作为高等院校土木工程、采矿工程、水利水电工程、地下空间工程及交通工程的研究生教材，也可供上述相关专业的本科生及从事土木工程、岩土工程、地下工程与隧道等专业的教学、科研、勘察、规划、设计、施工和监测、检测科技人员学习参考。

第1章 平板荷载试验
　　1.1 试 验 设 备
　　目前，国内普遍采用的平板荷载试验装置主要由加荷系统、反力系统、承压板、测力系统和观测系统等5部分组成。其各部分的功能是：加荷系统控制并稳定加荷的大小；反力系统反作用于承压板；承压板将荷载均匀传递至地基土；测力系统监测加、卸荷载的量值；观测系统完成对地基土变形的测定。
　　1.2 试 验 条 件
　　国内外都将平板荷载试验作为确定地基承载力的基本方法。我国的《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)规定：对破坏后果很严重的情况如高层建筑物等一级建筑物，确定地基承载力时应结合当地经验采用平板荷载试验、理论公式及其他原位试验等方法进行综合确定。平板荷载试验一般只能确定(反映)深度为2倍承压板宽度范围内的土的特征值，这显然有不足之处，所以提出了平板荷载试验的适用情况。
　　1.2.1 埋深为零的均质土层上的荷载试验
　　前面指出试坑宽度应大于承压板宽度或直径的3倍，承压板下均质土层的厚度应大于承压板宽度或直径的2倍，这样确定的地基承载力和变形模量才具有可靠性。
　　1.2.2 基础底面下土层的荷载试验
　　当基础尺寸和埋深都在一般浅基础范围内时，可直接采用与基础条件相同的承压板，在基础底面(地基顶面)直接进行平板荷载试验，以确定地基的承载力和变形模量，进一步估算地基的沉降值。
　　1.2.3 不同承压板宽度和埋深的荷载试验
　　这类试验是做对比试验时用的。在地基的不同标高处，当试坑宽度大于承压板宽度的3倍时，进行承压板大小不同或埋置深度不同的对比荷载试验。其目的是了解承载力随场地定点条件的变化及规律。如果建筑场地的土质不均匀，则更需要进行这种试验，如山前坡地上的工程建设。
　　1.3 试 验 要 点
　　荷载试验按加荷方法可分为常规荷载试验与快速荷载试验。常规法以沉降相对稳定为标准；快速法则采用沉降非稳定法或等沉降速率法。当试验目的是确定地基承载力时，可采用快速法；当试验目的是确定土的变形特性时，采用快速法的测试结果只反映不排水条件的变形特性，而采用常规法则能反映排水的固结变形特性。
　　1.3.1 准备工作
　　准备工作包括加荷装置的量值标定、观测系统的量值标定、试验地层、加荷等级和沉降稳定标准的选定。
　　加荷装置的量值标定是指各类加荷系统的供力(荷载源)和测力(压力表、测力计等)装置的标定。观测系统的量值标定是指百分表、传感器等仪表的标定。加荷等级一般以预估试验地层基本承载力的1/5或极限荷载的1/10为一级，当极限荷载不易确定时，也可根据试验地层的软硬程度确定(表1-1)。通常，第一级荷载(含设备自重)宜接近坑底以上土的有效自重压力，加荷等级宜取10～12级，并不少于8级。
　　表1-1 各种土层荷载增量参考表
　　1.3.2 试坑开挖和整平
　　(1)荷载试验一般在方形或圆形试坑中进行。要求试坑底的宽度不小于承压板直径(或宽度)的3倍，使其达到或接近地基计算的半空间平面问题的边界条件。
　　(2)试验面应开挖成水平面，坑洼处可用素土找平或用不超过20mm厚的中、粗砂找平。
　　一般将撑壁式反力系统两侧坑壁与撑板接触面开挖成60°左右的内倾角，撑板以上的土壁可挖成直立状。当试验面较深或坑壁不稳定时，坑壁应予以支撑。当试验面在地下水位以下时，应先将试坑内的地下水降至坑底以下，并预防可能因降水而产生的土体破坏。
　　1.3.3 设备安装
　　设备的安装顺序是先下后上，先中心后两侧，即先轻放承压板并尽量一次达到预定位置，再于其上放置加荷装置(如千斤顶)及测力系统，然后安装反力系统，*后安装观测系统。注意确保反力系统、加荷装置和承压板的传力重心在一条垂直线上。
　　1.3.4 试验操作
　　(1)正式加荷前，将试验面打扫干净，观测地面变形。将承压板上的百分表调至零位，将测定地面升降的百分表调至量程的中值位置。
　　(2)按规定逐级加荷并记录沉降变形值。一般在加荷五级或能确定比例界限点后，注意观测由地基土产生的塑性变形而引起的承压板周围地面出现裂缝和土体侧向挤出的情况，记录裂缝出现的时间并描绘其形状。
　　(3)试验过程中各级荷载要始终确保稳压，百分表行程接近*大值时应在加下一级荷载前调零，并随时注意地锚拔起、撑板上爬、撑杆倾斜、坑壁变形等不安全因素。
　　(4)当需要卸载观测回弹时，每级卸载量可为加载增量的2倍，历时lh，每隔15min观测1次。荷载安全卸除后继续观测。
　　1.3.5 试验终止条件
　　当出现下列情况之一时可终止试验。
　　(1)承压板周边的土出现明显的侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展。
　　(2)本级荷载的沉降值大于上一级荷载沉降值的5倍，荷载与沉降曲线出现明显的陡降。
　　(3)在某级荷载下，24h的沉降速率不能达到相对稳定的标准。
　　(4)总沉降值与承压板直径(或宽度)之比超过0.06。
　　1.4 资 料 整 理
　　1. 形成汇总表
　　对原始数据进行检查、校对后，整理出荷载与沉降值、时间与沉降值的汇总表。
　　2. 绘制p-s曲线
　　绘制压力(p)与沉降值(s)的关系曲线(图1-1)，必要时需绘制沉降值(s)与时间(t)或时间对数(lgt)的关系曲线。p-s曲线的比例尺一般按*终荷载与对应的*大沉降值在图幅上之比，以0.9∶1.0～1.0∶1.2为宜。
　　图1-1 平板载荷试验成果整理曲线
　　p0.比例界限；pL.极限荷载
　　3. 修正原始p-s曲线
　　在试验中，由于各种因素的影响，会使p-s曲线偏离坐标原点，这时应对p-s曲线加以修正。修正方法有以下两种。
　　1)图解法
　　在原始试验数据绘制的p-s曲线上找到比例界限点p0，从该点向坐标原点方向引一直线，使p0点前的各沉降点尽可能多地靠近直线，直线与纵坐标交点的截距即为s0，相应地，该直线的斜率即为C0，用求取的s0和C0按式(1-1)和式(1-2)对沉降值s进行修正。
　　对比例界限点p0以前的点，有
　　(1-1)
　　对比例界限点p0以后的点，有
　　(1-2)
　　式中，s′为修正后的沉降值。
　　2)*小二乘法
　　按式(1-3)、式(1-4)计算C0和s0，再用式(1-1)和式(1-2)进行修正即可得到s′，此过程一般通过计算机完成。
　　(1-3)
　　(1-4)
　　式中，N为直线段的加荷次数。
　　根据修正后的s′和其相应的荷载值绘制出p-s′曲线(图1-2)，即为平板荷载试验的成果曲线。
　　图1-2 p-s′曲线
　　1.5 试验成果应用
　　1.5.1 确定地基土承载力的特征值
　　(1)当p-s′曲线上有明确的比例界限点时，取该点所对应的临塑荷载，即fak=p0。
　　(2)当极限荷载值能够确定，且数值小于对应比例界限荷载值的1.5倍时，取极限荷载值的一半，即。
　　(3)当不能按上述两点确定时，如承压板面积为0.25～0.5m2，对于低压缩性的土和砂土，可取s/b=0.01–0.015所对应的荷载值；对中、高压缩性的土可取s/b=0.02所对应的荷载值。
　　1.5.2 计算地基土的变形模量
　　浅层平板荷载试验的变形模量E0(MPa)可按下式计算：
　　(1-5)
　　深层平板荷载试验的变形模量E0(MPa)可按下式计算：
　　(1-6)
　　式中，p为p-s′曲线直线段的压力值(kPa)；s为p-s′曲线直线段上与压力值相应的沉降值(mm)；d为承压板的直径或宽度(cm)；为土的泊松比(碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉质黏土取0.38，黏土取0.42)；I0为刚性承压板的形状系数(圆形承压板取0.785，方形承压板取0.886)；为与试验深度和土类有关的系数，可按表1-2选用。
　　表1-2 深层载荷试验计算系数ω
　　注：d/z为承压板直径与承压板底面深度之比。
　　1.5.3 求取基准基床系数Kv
　　基准基床系数Kv可根据承压板边长为30cm的平板荷载试验结果按下式计算：

目录
前言
第1章 平板荷载试验 1
1.1 试验设备 1
1.2 试验条件 1
1.2.1 埋深为零的均质土层上的荷载试验 1
1.2.2 基础底面下土层的荷载试验 1
1.2.3 不同承压板宽度和埋深的荷载试验 1
1.3 试验要点 2
1.3.1 准备工作 2
1.3.2 试坑开挖和整平 2
1.3.3 设备安装 3
1.3.4 试验操作 3
1.3.5 试验终止条件 3
1.4 资料整理 4
1.5 试验成果应用 5
1.5.1 确定地基土承载力的特征值 5
1.5.2 计算地基土的变形模量 6
1.5.3 求取基准基床系数Kv 6
第2章 十字板剪切试验 8
2.1 十字板剪切试验设备 8
2.1.1 开口钢环式十字板剪切仪 8
2.1.2 轻便式十字板剪切仪 10
2.1.3 电测式十字板剪切仪 10
2.2 原理及技术要求 12
2.2.1 试验原理 12
2.2.2 技术要求 14
2.3 试验过程及适用条件 14
2.3.1 开口钢环式十字板剪切试验的过程 14
2.3.2 电测式十字板剪切试验的过程 15
2.3.3 十字板剪切试验的适用条件 16
2.3.4 十字板剪切试验的影响因素 17
2.4 试验成果应用 19
2.4.1 估算地基的允许承载力 19
2.4.2 估算土的液性指数IL 20
2.4.3 估计土的应力历史 20
2.4.4 预估单桩承载力 21
2.4.5 求软黏土的灵敏度St 21
2.4.6 用于测定地基强度的变化 22
2.4.7 检验地基加固效果 22
2.4.8 其他 22
第3章 旁压试验 23
3.1 旁压试验概述 23
3.2 试验设备 23
3.3 旁压试验的类型 24
3.4 旁压试验的原理及技术要求 25
3.4.1 圆柱扩张轴对称平面应变问题的弹性理论解 26
3.4.2 考虑塑性区体变时的孔穴扩张计算理论 28
3.4.3 旁压试验的技术要求 32
3.5 试验方法及资料整理 34
3.5.1 试验方法 34
3.5.2 试验资料的整理 36
3.6 旁压测试法成果应用 38
3.6.1 判别土的状态 38
3.6.2 推求土的应力历史 39
3.6.3 确定单桩竖向承载力的特征值 39
3.6.4 确定地基承载力的特征值 40
3.6.5 估算土的侧向基床反力系数 40
3.6.6 计算土的强度指标 40
3.6.7 计算土的变形参数 41
3.6.8 计算地基沉降值 43
第4章 静力触探试验 45
4.1 静力触探设备及测量仪器 45
4.1.1 贯入系统 45
4.1.2 探头 46
4.1.3 量测系统 49
4.2 静力触探试验的过程及技术 49
4.2.1 探头的密封和贯入 49
4.2.2 孔压探头的使用 50
4.2.3 电阻应变片和电阻应变仪 51
4.2.4 试验要点 53
4.3 静力触探的力学机理与测试结果 54
4.3.1 静力触探的力学机理 54
4.3.2 静力触探的测试结果 59
4.4 静力触探结果的工程应用 61
第5章 动力触探试验 72
5.1 动力触探设备 72
5.1.1 动力触探仪 72
5.1.2 动力触探试验的主要机具 72
5.1.3 影响动力触探仪精度的因素 73
5.2 动力触探的类型及适用范围 73
5.2.1 国内应用的动力触探类型及规格 73
5.2.2 各类型动力触探的适用范围及试验方法 75
5.3 动力触探试验的成果及工程应用 77
5.3.1 轻型动力触探与黏土、杂填土的承载力 77
5.3.2 中型动力触探与黏土、粉土的承载力 77
5.3.3 重型动力触探与黏土、砾石、砂土承载力 78
5.3.4 超(特)重型动力触探的应用 79
第6章 标准贯入试验 81
6.1 概述 81
6.1.1 名称由来 81
6.1.2 中国标准贯入试验的设备规格 81
6.1.3 设备要求 81
6.2 标准贯入试验方法 82
6.2.1 试验步骤 82
6.2.2 资料整理 83
6.3 标准贯入试验的力学机理 83
6.3.1 动力作用理论 83
6.3.2 极限平衡理论 84
6.3.3 波动理论 84
6.4 标准贯入试验结果N的工程应用 84
第7章 钻孔力学理论 89
7.1 岩石旋压触探理论模型 89
7.1.1 旋压破岩假设 89
7.1.2 旋压破岩过程的弹塑性分析 90
7.1.3 压/剪强度与钻进力学响应量的相关关系 92
7.2 土体旋压触探力学分析 93
7.2.1 尖齿剪切体的受力分析 93
7.2.2 尖齿钻头破岩的力学分析 96
第8章 旋压触探方法 99
8.1 旋压触探的理论基础 99
8.1.1 工作原理 99
8.1.2 系统组成 99
8.1.3 组分功能及相关参数 101
8.2 旋压触探的力学测试 104
8.2.1 旋压触探的测试原理 104
8.2.2 旋压触探的测试方法 105
8.2.3 旋压触探的测试要求 106
8.3 全景成像物性详探 106
8.3.1 数字式全景钻孔摄像系统 106
8.3.2 数字式全景钻孔摄像系统的成像原理 108
8.3.3 数字式全景钻孔成像的测试流程 111
8.3.4 数字式全景钻孔成像结果的分析处理 113
8.4 地下病害的精细探测程序 121
第9章 旋压触探技术 122
9.1 旋压钻进扭矩与强度的关系 122
9.1.1 路基土材料的轻型动力触探测试 122
9.1.2 路基土材料钻测的结果分析(钻孔直径40mm) 133
9.1.3 路基土材料钻测的结果分析(钻孔直径50mm) 136
9.2 地下岩土体的强度测试验证 139
9.2.1 强度的测试方法及步骤 139
9.2.2 测试验证结果分析 139
9.2.3 强度测试的对比验证 142
第10章 应用实践案例 144
10.1 道路地下病害试验 144
10.2 地下病害探测线布置 144
10.3 病害试验段探测验证分析 145
10.4 地下管线工程探测 147
10.5 微损触探精细详探 148
10.5.1 探测方式和设备 148
10.5.2 探测结果 148
10.6 地下病害探测的建议 161
10.7 城市道路工程探测 168
10.7.1 工程概况 168
10.7.2 探查设备 171
10.7.3 探查流程 172
10.7.4 疑似轻微疏松病害Q1的验证结果 174
10.7.5 疑似中度疏松病害Q2的验证结果 176
主要参考文献 181