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巖土工程旋壓觸探鉆孔力學理論與方法 版權信息
- ISBN：9787030717719
- 條形碼：9787030717719 ; 978-7-03-071771-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
巖土工程旋壓觸探鉆孔力學理論與方法 本書特色
本書既可作為高等院校土木工程、采礦工程、水利水電工程、地下空間工程及交通工程的研究生教材，也可供上述相關專業的本科生及從事土木工程、巖土工程、地下工程與隧道專業的教學、科研、勘察、規劃人員學習參考。
巖土工程旋壓觸探鉆孔力學理論與方法 內容簡介
本書系統介紹了巖土工程原位測試理論、方法和技術，以及對測試結果的整理和分析及其對工程實踐的作用。主要內容包括平板荷載試驗、十字板剪切試驗、旁壓試驗、靜力觸探試驗、動力觸探試驗、標準貫入試驗、鉆孔力學理論、鉆孔觸探方法、鉆孔觸探技術和應用實踐案例等。本書詳細介紹了地下巖土體強度及其病害探查技術的發展水平，分析了目前國內外探查技術存在的主要問題，提出了旋壓觸探鉆孔力學的新方法，研發了地下巖土體強度微探儀系統裝備，并在試驗病害段、現場測試區段等重要工程中得到了實踐應用，力求把理論知識學習和實踐應用能力結合起來。 本書既可作為高等院校土木工程、采礦工程、水利水電工程、地下空間工程及交通工程的研究生教材，也可供上述相關專業的本科生及從事土木工程、巖土工程、地下工程與隧道等專業的教學、科研、勘察、規劃、設計、施工和監測、檢測科技人員學習參考。
巖土工程旋壓觸探鉆孔力學理論與方法 目錄
目錄
前言
第1章 平板荷載試驗 1
1.1 試驗設備 1
1.2 試驗條件 1
1.2.1 埋深為零的均質土層上的荷載試驗 1
1.2.2 基礎底面下土層的荷載試驗 1
1.2.3 不同承壓板寬度和埋深的荷載試驗 1
1.3 試驗要點 2
1.3.1 準備工作 2
1.3.2 試坑開挖和整平 2
1.3.3 設備安裝 3
1.3.4 試驗操作 3
1.3.5 試驗終止條件 3
1.4 資料整理 4
1.5 試驗成果應用 5
1.5.1 確定地基土承載力的特征值 5
1.5.2 計算地基土的變形模量 6
1.5.3 求取基準基床系數Kv 6
第2章 十字板剪切試驗 8
2.1 十字板剪切試驗設備 8
2.1.1 開口鋼環式十字板剪切儀 8
2.1.2 輕便式十字板剪切儀 10
2.1.3 電測式十字板剪切儀 10
2.2 原理及技術要求 12
2.2.1 試驗原理 12
2.2.2 技術要求 14
2.3 試驗過程及適用條件 14
2.3.1 開口鋼環式十字板剪切試驗的過程 14
2.3.2 電測式十字板剪切試驗的過程 15
2.3.3 十字板剪切試驗的適用條件 16
2.3.4 十字板剪切試驗的影響因素 17
2.4 試驗成果應用 19
2.4.1 估算地基的允許承載力 19
2.4.2 估算土的液性指數IL 20
2.4.3 估計土的應力歷史 20
2.4.4 預估單樁承載力 21
2.4.5 求軟黏土的靈敏度St 21
2.4.6 用于測定地基強度的變化 22
2.4.7 檢驗地基加固效果 22
2.4.8 其他 22
第3章 旁壓試驗 23
3.1 旁壓試驗概述 23
3.2 試驗設備 23
3.3 旁壓試驗的類型 24
3.4 旁壓試驗的原理及技術要求 25
3.4.1 圓柱擴張軸對稱平面應變問題的彈性理論解 26
3.4.2 考慮塑性區體變時的孔穴擴張計算理論 28
3.4.3 旁壓試驗的技術要求 32
3.5 試驗方法及資料整理 34
3.5.1 試驗方法 34
3.5.2 試驗資料的整理 36
3.6 旁壓測試法成果應用 38
3.6.1 判別土的狀態 38
3.6.2 推求土的應力歷史 39
3.6.3 確定單樁豎向承載力的特征值 39
3.6.4 確定地基承載力的特征值 40
3.6.5 估算土的側向基床反力系數 40
3.6.6 計算土的強度指標 40
3.6.7 計算土的變形參數 41
3.6.8 計算地基沉降值 43
第4章 靜力觸探試驗 45
4.1 靜力觸探設備及測量儀器 45
4.1.1 貫入系統 45
4.1.2 探頭 46
4.1.3 量測系統 49
4.2 靜力觸探試驗的過程及技術 49
4.2.1 探頭的密封和貫入 49
4.2.2 孔壓探頭的使用 50
4.2.3 電阻應變片和電阻應變儀 51
4.2.4 試驗要點 53
4.3 靜力觸探的力學機理與測試結果 54
4.3.1 靜力觸探的力學機理 54
4.3.2 靜力觸探的測試結果 59
4.4 靜力觸探結果的工程應用 61
第5章 動力觸探試驗 72
5.1 動力觸探設備 72
5.1.1 動力觸探儀 72
5.1.2 動力觸探試驗的主要機具 72
5.1.3 影響動力觸探儀精度的因素 73
5.2 動力觸探的類型及適用范圍 73
5.2.1 國內應用的動力觸探類型及規格 73
5.2.2 各類型動力觸探的適用范圍及試驗方法 75
5.3 動力觸探試驗的成果及工程應用 77
5.3.1 輕型動力觸探與黏土、雜填土的承載力 77
5.3.2 中型動力觸探與黏土、粉土的承載力 77
5.3.3 重型動力觸探與黏土、礫石、砂土承載力 78
5.3.4 超(特)重型動力觸探的應用 79
第6章 標準貫入試驗 81
6.1 概述 81
6.1.1 名稱由來 81
6.1.2 中國標準貫入試驗的設備規格 81
6.1.3 設備要求 81
6.2 標準貫入試驗方法 82
6.2.1 試驗步驟 82
6.2.2 資料整理 83
6.3 標準貫入試驗的力學機理 83
6.3.1 動力作用理論 83
6.3.2 極限平衡理論 84
6.3.3 波動理論 84
6.4 標準貫入試驗結果N的工程應用 84
第7章 鉆孔力學理論 89
7.1 巖石旋壓觸探理論模型 89
7.1.1 旋壓破巖假設 89
7.1.2 旋壓破巖過程的彈塑性分析 90
7.1.3 壓/剪強度與鉆進力學響應量的相關關系 92
7.2 土體旋壓觸探力學分析 93
7.2.1 尖齒剪切體的受力分析 93
7.2.2 尖齒鉆頭破巖的力學分析 96
第8章 旋壓觸探方法 99
8.1 旋壓觸探的理論基礎 99
8.1.1 工作原理 99
8.1.2 系統組成 99
8.1.3 組分功能及相關參數 101
8.2 旋壓觸探的力學測試 104
8.2.1 旋壓觸探的測試原理 104
8.2.2 旋壓觸探的測試方法 105
8.2.3 旋壓觸探的測試要求 106
8.3 全景成像物性詳探 106
8.3.1 數字式全景鉆孔攝像系統 106
8.3.2 數字式全景鉆孔攝像系統的成像原理 108
8.3.3 數字式全景鉆孔成像的測試流程 111
8.3.4 數字式全景鉆孔成像結果的分析處理 113
8.4 地下病害的精細探測程序 121
第9章 旋壓觸探技術 122
9.1 旋壓鉆進扭矩與強度的關系 122
9.1.1 路基土材料的輕型動力觸探測試 122
9.1.2 路基土材料鉆測的結果分析(鉆孔直徑40mm) 133
9.1.3 路基土材料鉆測的結果分析(鉆孔直徑50mm) 136
9.2 地下巖土體的強度測試驗證 139
9.2.1 強度的測試方法及步驟 139
9.2.2 測試驗證結果分析 139
9.2.3 強度測試的對比驗證 142
第10章 應用實踐案例 144
10.1 道路地下病害試驗 144
10.2 地下病害探測線布置 144
10.3 病害試驗段探測驗證分析 145
10.4 地下管線工程探測 147
10.5 微損觸探精細詳探 148
10.5.1 探測方式和設備 148
10.5.2 探測結果 148
10.6 地下病害探測的建議 161
10.7 城市道路工程探測 168
10.7.1 工程概況 168
10.7.2 探查設備 171
10.7.3 探查流程 172
10.7.4 疑似輕微疏松病害Q1的驗證結果 174
10.7.5 疑似中度疏松病害Q2的驗證結果 176
主要參考文獻 181
前言
第1章 平板荷載試驗 1
1.1 試驗設備 1
1.2 試驗條件 1
1.2.1 埋深為零的均質土層上的荷載試驗 1
1.2.2 基礎底面下土層的荷載試驗 1
1.2.3 不同承壓板寬度和埋深的荷載試驗 1
1.3 試驗要點 2
1.3.1 準備工作 2
1.3.2 試坑開挖和整平 2
1.3.3 設備安裝 3
1.3.4 試驗操作 3
1.3.5 試驗終止條件 3
1.4 資料整理 4
1.5 試驗成果應用 5
1.5.1 確定地基土承載力的特征值 5
1.5.2 計算地基土的變形模量 6
1.5.3 求取基準基床系數Kv 6
第2章 十字板剪切試驗 8
2.1 十字板剪切試驗設備 8
2.1.1 開口鋼環式十字板剪切儀 8
2.1.2 輕便式十字板剪切儀 10
2.1.3 電測式十字板剪切儀 10
2.2 原理及技術要求 12
2.2.1 試驗原理 12
2.2.2 技術要求 14
2.3 試驗過程及適用條件 14
2.3.1 開口鋼環式十字板剪切試驗的過程 14
2.3.2 電測式十字板剪切試驗的過程 15
2.3.3 十字板剪切試驗的適用條件 16
2.3.4 十字板剪切試驗的影響因素 17
2.4 試驗成果應用 19
2.4.1 估算地基的允許承載力 19
2.4.2 估算土的液性指數IL 20
2.4.3 估計土的應力歷史 20
2.4.4 預估單樁承載力 21
2.4.5 求軟黏土的靈敏度St 21
2.4.6 用于測定地基強度的變化 22
2.4.7 檢驗地基加固效果 22
2.4.8 其他 22
第3章 旁壓試驗 23
3.1 旁壓試驗概述 23
3.2 試驗設備 23
3.3 旁壓試驗的類型 24
3.4 旁壓試驗的原理及技術要求 25
3.4.1 圓柱擴張軸對稱平面應變問題的彈性理論解 26
3.4.2 考慮塑性區體變時的孔穴擴張計算理論 28
3.4.3 旁壓試驗的技術要求 32
3.5 試驗方法及資料整理 34
3.5.1 試驗方法 34
3.5.2 試驗資料的整理 36
3.6 旁壓測試法成果應用 38
3.6.1 判別土的狀態 38
3.6.2 推求土的應力歷史 39
3.6.3 確定單樁豎向承載力的特征值 39
3.6.4 確定地基承載力的特征值 40
3.6.5 估算土的側向基床反力系數 40
3.6.6 計算土的強度指標 40
3.6.7 計算土的變形參數 41
3.6.8 計算地基沉降值 43
第4章 靜力觸探試驗 45
4.1 靜力觸探設備及測量儀器 45
4.1.1 貫入系統 45
4.1.2 探頭 46
4.1.3 量測系統 49
4.2 靜力觸探試驗的過程及技術 49
4.2.1 探頭的密封和貫入 49
4.2.2 孔壓探頭的使用 50
4.2.3 電阻應變片和電阻應變儀 51
4.2.4 試驗要點 53
4.3 靜力觸探的力學機理與測試結果 54
4.3.1 靜力觸探的力學機理 54
4.3.2 靜力觸探的測試結果 59
4.4 靜力觸探結果的工程應用 61
第5章 動力觸探試驗 72
5.1 動力觸探設備 72
5.1.1 動力觸探儀 72
5.1.2 動力觸探試驗的主要機具 72
5.1.3 影響動力觸探儀精度的因素 73
5.2 動力觸探的類型及適用范圍 73
5.2.1 國內應用的動力觸探類型及規格 73
5.2.2 各類型動力觸探的適用范圍及試驗方法 75
5.3 動力觸探試驗的成果及工程應用 77
5.3.1 輕型動力觸探與黏土、雜填土的承載力 77
5.3.2 中型動力觸探與黏土、粉土的承載力 77
5.3.3 重型動力觸探與黏土、礫石、砂土承載力 78
5.3.4 超(特)重型動力觸探的應用 79
第6章 標準貫入試驗 81
6.1 概述 81
6.1.1 名稱由來 81
6.1.2 中國標準貫入試驗的設備規格 81
6.1.3 設備要求 81
6.2 標準貫入試驗方法 82
6.2.1 試驗步驟 82
6.2.2 資料整理 83
6.3 標準貫入試驗的力學機理 83
6.3.1 動力作用理論 83
6.3.2 極限平衡理論 84
6.3.3 波動理論 84
6.4 標準貫入試驗結果N的工程應用 84
第7章 鉆孔力學理論 89
7.1 巖石旋壓觸探理論模型 89
7.1.1 旋壓破巖假設 89
7.1.2 旋壓破巖過程的彈塑性分析 90
7.1.3 壓/剪強度與鉆進力學響應量的相關關系 92
7.2 土體旋壓觸探力學分析 93
7.2.1 尖齒剪切體的受力分析 93
7.2.2 尖齒鉆頭破巖的力學分析 96
第8章 旋壓觸探方法 99
8.1 旋壓觸探的理論基礎 99
8.1.1 工作原理 99
8.1.2 系統組成 99
8.1.3 組分功能及相關參數 101
8.2 旋壓觸探的力學測試 104
8.2.1 旋壓觸探的測試原理 104
8.2.2 旋壓觸探的測試方法 105
8.2.3 旋壓觸探的測試要求 106
8.3 全景成像物性詳探 106
8.3.1 數字式全景鉆孔攝像系統 106
8.3.2 數字式全景鉆孔攝像系統的成像原理 108
8.3.3 數字式全景鉆孔成像的測試流程 111
8.3.4 數字式全景鉆孔成像結果的分析處理 113
8.4 地下病害的精細探測程序 121
第9章 旋壓觸探技術 122
9.1 旋壓鉆進扭矩與強度的關系 122
9.1.1 路基土材料的輕型動力觸探測試 122
9.1.2 路基土材料鉆測的結果分析(鉆孔直徑40mm) 133
9.1.3 路基土材料鉆測的結果分析(鉆孔直徑50mm) 136
9.2 地下巖土體的強度測試驗證 139
9.2.1 強度的測試方法及步驟 139
9.2.2 測試驗證結果分析 139
9.2.3 強度測試的對比驗證 142
第10章 應用實踐案例 144
10.1 道路地下病害試驗 144
10.2 地下病害探測線布置 144
10.3 病害試驗段探測驗證分析 145
10.4 地下管線工程探測 147
10.5 微損觸探精細詳探 148
10.5.1 探測方式和設備 148
10.5.2 探測結果 148
10.6 地下病害探測的建議 161
10.7 城市道路工程探測 168
10.7.1 工程概況 168
10.7.2 探查設備 171
10.7.3 探查流程 172
10.7.4 疑似輕微疏松病害Q1的驗證結果 174
10.7.5 疑似中度疏松病害Q2的驗證結果 176
主要參考文獻 181
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巖土工程旋壓觸探鉆孔力學理論與方法 節選
第1章 平板荷載試驗 1.1 試 驗 設 備 目前，國內普遍采用的平板荷載試驗裝置主要由加荷系統、反力系統、承壓板、測力系統和觀測系統等5部分組成。其各部分的功能是：加荷系統控制并穩定加荷的大小；反力系統反作用于承壓板；承壓板將荷載均勻傳遞至地基土；測力系統監測加、卸荷載的量值；觀測系統完成對地基土變形的測定。 1.2 試 驗 條 件 國內外都將平板荷載試驗作為確定地基承載力的基本方法。我國的《建筑地基基礎設計規范》(GB50007—2002)規定：對破壞后果很嚴重的情況如高層建筑物等一級建筑物，確定地基承載力時應結合當地經驗采用平板荷載試驗、理論公式及其他原位試驗等方法進行綜合確定。平板荷載試驗一般只能確定(反映)深度為2倍承壓板寬度范圍內的土的特征值，這顯然有不足之處，所以提出了平板荷載試驗的適用情況。 1.2.1 埋深為零的均質土層上的荷載試驗 前面指出試坑寬度應大于承壓板寬度或直徑的3倍，承壓板下均質土層的厚度應大于承壓板寬度或直徑的2倍，這樣確定的地基承載力和變形模量才具有可靠性。 1.2.2 基礎底面下土層的荷載試驗 當基礎尺寸和埋深都在一般淺基礎范圍內時，可直接采用與基礎條件相同的承壓板，在基礎底面(地基頂面)直接進行平板荷載試驗，以確定地基的承載力和變形模量，進一步估算地基的沉降值。 1.2.3 不同承壓板寬度和埋深的荷載試驗 這類試驗是做對比試驗時用的。在地基的不同標高處，當試坑寬度大于承壓板寬度的3倍時，進行承壓板大小不同或埋置深度不同的對比荷載試驗。其目的是了解承載力隨場地定點條件的變化及規律。如果建筑場地的土質不均勻，則更需要進行這種試驗，如山前坡地上的工程建設。 1.3 試 驗 要 點 荷載試驗按加荷方法可分為常規荷載試驗與快速荷載試驗。常規法以沉降相對穩定為標準；快速法則采用沉降非穩定法或等沉降速率法。當試驗目的是確定地基承載力時，可采用快速法；當試驗目的是確定土的變形特性時，采用快速法的測試結果只反映不排水條件的變形特性，而采用常規法則能反映排水的固結變形特性。 1.3.1 準備工作 準備工作包括加荷裝置的量值標定、觀測系統的量值標定、試驗地層、加荷等級和沉降穩定標準的選定。 加荷裝置的量值標定是指各類加荷系統的供力(荷載源)和測力(壓力表、測力計等)裝置的標定。觀測系統的量值標定是指百分表、傳感器等儀表的標定。加荷等級一般以預估試驗地層基本承載力的1/5或極限荷載的1/10為一級，當極限荷載不易確定時，也可根據試驗地層的軟硬程度確定(表1-1)。通常，**級荷載(含設備自重)宜接近坑底以上土的有效自重壓力，加荷等級宜取10～12級，并不少于8級。 表1-1 各種土層荷載增量參考表 1.3.2 試坑開挖和整平 (1)荷載試驗一般在方形或圓形試坑中進行。要求試坑底的寬度不小于承壓板直徑(或寬度)的3倍，使其達到或接近地基計算的半空間平面問題的邊界條件。 (2)試驗面應開挖成水平面，坑洼處可用素土找平或用不超過20mm厚的中、粗砂找平。 一般將撐壁式反力系統兩側坑壁與撐板接觸面開挖成60°左右的內傾角，撐板以上的土壁可挖成直立狀。當試驗面較深或坑壁不穩定時，坑壁應予以支撐。當試驗面在地下水位以下時，應先將試坑內的地下水降至坑底以下，并預防可能因降水而產生的土體破壞。 1.3.3 設備安裝 設備的安裝順序是先下后上，先中心后兩側，即先輕放承壓板并盡量一次達到預定位置，再于其上放置加荷裝置(如千斤頂)及測力系統，然后安裝反力系統，*后安裝觀測系統。注意確保反力系統、加荷裝置和承壓板的傳力重心在一條垂直線上。 1.3.4 試驗操作 (1)正式加荷前，將試驗面打掃干凈，觀測地面變形。將承壓板上的百分表調至零位，將測定地面升降的百分表調至量程的中值位置。 (2)按規定逐級加荷并記錄沉降變形值。一般在加荷五級或能確定比例界限點后，注意觀測由地基土產生的塑性變形而引起的承壓板周圍地面出現裂縫和土體側向擠出的情況，記錄裂縫出現的時間并描繪其形狀。 (3)試驗過程中各級荷載要始終確保穩壓，百分表行程接近*大值時應在加下一級荷載前調零，并隨時注意地錨拔起、撐板上爬、撐桿傾斜、坑壁變形等不安全因素。 (4)當需要卸載觀測回彈時，每級卸載量可為加載增量的2倍，歷時lh，每隔15min觀測1次。荷載安全卸除后繼續觀測。 1.3.5 試驗終止條件 當出現下列情況之一時可終止試驗。 (1)承壓板周邊的土出現明顯的側向擠出，周邊巖土出現明顯隆起或徑向裂縫持續發展。 (2)本級荷載的沉降值大于上一級荷載沉降值的5倍，荷載與沉降曲線出現明顯的陡降。 (3)在某級荷載下，24h的沉降速率不能達到相對穩定的標準。 (4)總沉降值與承壓板直徑(或寬度)之比超過0.06。 1.4 資 料 整 理 1. 形成匯總表 對原始數據進行檢查、校對后，整理出荷載與沉降值、時間與沉降值的匯總表。 2. 繪制p-s曲線 繪制壓力(p)與沉降值(s)的關系曲線(圖1-1)，必要時需繪制沉降值(s)與時間(t)或時間對數(lgt)的關系曲線。p-s曲線的比例尺一般按*終荷載與對應的*大沉降值在圖幅上之比，以0.9∶1.0～1.0∶1.2為宜。 圖1-1 平板載荷試驗成果整理曲線 p0.比例界限；pL.極限荷載 3. 修正原始p-s曲線 在試驗中，由于各種因素的影響，會使p-s曲線偏離坐標原點，這時應對p-s曲線加以修正。修正方法有以下兩種。 1)圖解法 在原始試驗數據繪制的p-s曲線上找到比例界限點p0，從該點向坐標原點方向引一直線，使p0點前的各沉降點盡可能多地靠近直線，直線與縱坐標交點的截距即為s0，相應地，該直線的斜率即為C0，用求取的s0和C0按式(1-1)和式(1-2)對沉降值s進行修正。 對比例界限點p0以前的點，有 (1-1) 對比例界限點p0以后的點，有 (1-2) 式中，s′為修正后的沉降值。 2)*小二乘法 按式(1-3)、式(1-4)計算C0和s0，再用式(1-1)和式(1-2)進行修正即可得到s′，此過程一般通過計算機完成。 (1-3) (1-4) 式中，N為直線段的加荷次數。 根據修正后的s′和其相應的荷載值繪制出p-s′曲線(圖1-2)，即為平板荷載試驗的成果曲線。 圖1-2 p-s′曲線 1.5 試驗成果應用 1.5.1 確定地基土承載力的特征值 (1)當p-s′曲線上有明確的比例界限點時，取該點所對應的臨塑荷載，即fak=p0。 (2)當極限荷載值能夠確定，且數值小于對應比例界限荷載值的1.5倍時，取極限荷載值的一半，即。 (3)當不能按上述兩點確定時，如承壓板面積為0.25～0.5m2，對于低壓縮性的土和砂土，可取s/b=0.01–0.015所對應的荷載值；對中、高壓縮性的土可取s/b=0.02所對應的荷載值。 1.5.2 計算地基土的變形模量 淺層平板荷載試驗的變形模量E0(MPa)可按下式計算： (1-5) 深層平板荷載試驗的變形模量E0(MPa)可按下式計算： (1-6) 式中，p為p-s′曲線直線段的壓力值(kPa)；s為p-s′曲線直線段上與壓力值相應的沉降值(mm)；d為承壓板的直徑或寬度(cm)；為土的泊松比(碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉質黏土取0.38，黏土取0.42)；I0為剛性承壓板的形狀系數(圓形承壓板取0.785，方形承壓板取0.886)；為與試驗深度和土類有關的系數，可按表1-2選用。 表1-2 深層載荷試驗計算系數ω 注：d/z為承壓板直徑與承壓板底面深度之比。 1.5.3 求取基準基床系數Kv 基準基床系數Kv可根據承壓板邊長為30cm的平板荷載試驗結果按下式計算：
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