工程地质原位测试实习指导书

工程地质原位测试实习指导书（试用专业：地质工程等）胡盛明编写南昌工程学院水利与生态工程学院二零一四年六月试验一高密度电法数据采集和资料处理实验类别：验证性实验实验学时：2学时实验地点：工程实训场实验依据：教学大纲一、实验目的1、掌握DUK-2型高密度电法测量系统的工作模式和操作方法。2、学会高密度电阻率法数据采集和处理的方法。二、实验内容本实验是在水槽中或野外采用温纳装置在高（低）阻地质体上做剖面观测，实验工作如图1-1所示。电极个数为60，间隔系数为1~16，极距的大小根据实验条件设计。模型应放置在剖面的中部，电极入水深度约2~3mm。图1-1高密度测点分布示意图三、实验步骤1、工作前做好各项准备工作（如仪器电源检查，多路电极转换器与主机连接，电极与供电线连接和模型布设等），如图1-2所示。2、根据仪器操作要求按菜单依次选定：仪器类型、工作模式、装置形式、电极距、存储序号、最小间隔系数、最大间隔系数、温施间隔层数、供电时间等。3、进行接地电阻的检测，完成后复位。4、仪器进入测量状态，在测量过程中仪器自动存储视电阻率值，测量完毕后显示数据总数。图1-2野外工作中导线敷设5、高密度电法资料处理主要由五部分组成。分别为：（1）数据传输系统：该系统利用传输软件（程序名HDCOMUS）将DUK—2机内数据传入计算机。（2）原始数据前期处理系统：该系统主要包括原始数据的突跳点剔除、地形改正和数据连接等（3）常规处理系统：该系统主要包括数据的圆滑滤波和电测深点的提取解释。（4）原始数据的正反演处理系统：该系统负责对原始数据的正反演。采用的方法一般是左迪反演、有限元方法和最小二乘法等。（5）数据成图系统：该系统负责对数据进行网格化并形成二维及三维彩色图。系统整体上分为两大模块。根据以上CRT系统模块和CRTMapper系统模块提示选择点击模块图标，并按菜单提示完成操作。下面以常用的二维地电断面图为例简述操作过程:1、将主机（CUK-2）的信号口与计算机上的RS232接口用信号线相连接。2、在计算机进入Q-basic状态，启动CDNUS传输程序。3、按程序提示（如传输数据数、测量方法、传输接口、波特率等等）输入相关参数将数据传入计算机。4、点击CRT图标，启动CRT系统模块。5、点击突跳点剔除菜单，进行自动或手动的突跳点剔除。6、将以上数据网格化并利用成图系统显示视电阻率图形。7、将原始数据进行反演。8、将反演后的数据网格化并成图。这样便得到了原始和反演后的视电阻率彩色二维地电断面图。四、实验要求1、每个实验组完成一整条剖面的观测、记录和草图绘制。2、进行数据处理。3、定性分析各种装置在异常体上的等拟断面图的特征4、编写实验报告。五、思考题1、高密度电阻率法的特点是什么？2、它是如何确定相对勘探深度的？试验二：平板载荷试验一、试验目的通过平板载荷试验，了解平板载荷试验的加载系统、反力系统和变形量测系统及其安装方法，掌握试验的操作步骤及技术要求，采用试验数据计算地基承载力特征值fak、地基土的变形模量E0。二、试验原理载荷试验(PlateLoadTest，简称PLT)是在现场用一个刚性承压板逐级加荷，测定天然地基、单桩或复合地基的沉降随荷载的变化，借以确定它们承载能力的现场试验。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，由固定在基准梁上的变形测量装置测得相应的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到荷载沉降曲线，即p-s曲线。通过对p-s曲线进行计算分析，可以得到地基土的承载力fak、变形模量E0和基床系数Ks。三、试验仪器设备试验设备包括承压板、加荷装置和沉降观测装置。1、加荷系统：承压板：圆形钢制板，面积0.2m2加荷装置：液压千斤顶，应力环2、反力系统：地锚、工字钢反力架一般反力可以由重物、地锚单独或地锚与重物联合提供3、量测系统：支撑柱、基准梁、位移测量原件等四、试验技术要求与操作步骤1、试验技术要求参照《建筑地基处理技术规范》：1)承压板尺寸一般为0.25-0.5m2，当在软土和粒径较大的填土上进行试验时，承压板面积不应小于0.5m2。2)试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的3倍，以防止周围图的盈利对试验有影响。试坑底部的岩土应避免扰动，保持其原状结构和天然含水量，在承压板下铺设不超过20mm的砂垫层找平，并尽快安装设备。3)加荷等级一般不小于8级。最大加载量不应小于地基土承载力设计值的2倍，荷载的量测精度应控制在最大加载量的±1%内。4)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、且每小时沉降量不大于0.1mm时，可认为沉降已相对稳定，可施加下一级荷载。5)试验终止条件：a)承压板周边的土体出现明显的侧向挤出；b)本级荷载的沉降量急剧增大，p-s曲线出现陡降段；c)在某级荷载下24h沉降速率不能达到稳定标准；d)总沉降量与承压板直径（或边长）之比超过0.06。2、试验设备安装下地锚、挖试坑以及横梁和连接件的安装已经都做好了。地锚用了4只，以试坑中心为中心点对称布置。由于我们是接着第一组做的试验，所以试坑深度就是第一组最后测得的沉降。用连接件将次梁安装在地锚上，以承压板为中心将主梁通过连接件安装在次梁下，形成反力系统。1)放置承压板：由于不均匀沉降，在第一组完成该试验后承压板由倾斜，所以我重新进行找平，然后小心平放承压板，并用水平仪检测是否倾斜。2)千斤顶和测力计的安装：先在承压板中心位置上放置一块方形实心铁板以便安放千斤顶，然后以方形钢板为中心，从下到上依次放置千斤顶与应力环，最后用几个铁块使千斤顶跟应力环与钢梁连接起来，形成完整的反力系统。要注意各设备的重心应保持在同一条垂直直线上。3)沉降量测元件的安装：基准梁已经架好。借助磁性表座，在基准梁上对称安装4只百分表，百分表测头与承压板接触且测量杆应垂直于承压板，并注意百分表的量测应能支持我们完成试验。3、试验操作步骤1)加载操作：一共加载3.2吨，分8级，每级0.4吨，同时算出每加载0.4吨时所对应的应力环上百分表的读数，根据读数来施加。由于时间限制，我们一共施加了3级荷载。2)稳压操作：每级荷重下都必须保持稳压，由于加载后地基土沉降、设备变形和地锚受力拔起等原因，都会引起荷载的减小，要随时观察百分表指针的变动，并通过千斤顶不断的补压，使所施加的荷载保持相对稳定。3)沉降观测：采用慢速法（试验技术要求中已叙述）4)试验观测与记录：将观测数据记录在载荷试验记录表中。我们分了三个小组，每小组负责记录一级荷载下的沉降五、试验资料整理与应用（采用老师给的数据）1、绘制p-s曲线（进行必要修正）和s-lgt曲线2、绘制lgp-lgs曲线3、计算地基承载力特征值《建筑地基基础设计规范》，地基承载力的确定方法如下：1)拐点法：若拐点明显，直接从p-s曲线上确定拐点作为比例界限压力p0，并取p0所对应的荷载值作为地基承载力特征值。2)极限荷载法：先确定pu，当pu小于对应的比例界限压力的荷载值的2倍时，取pu/2作为地基承载力特征值。3)相对沉降法：若p-s曲线呈缓变曲线，并且当承压板面积为0.25-0.5m2时，可取s/b=0.01-0.015所对应的荷载作为地基承载力特征值，但其值不应大于最大加载量的一半。本次试验采用第三种方法，取s/b=0.012所对应的荷载作为地基承载力特征值，即fak=92.5KPa。4、计算地基土的变形模量E0六、适用条件平板载荷试验分为浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验。前者适用于地表浅层地基土，包括各种填土和含碎石的土；后者适用于埋深等于或大于3.0m和地下水位以上的地基土。试验三剪切波波速测试和资料处理一、工作方法测试方法采用单孔法，利用已经钻好的钻孔，将激振板置于井口1~3米处，并使其中点与井口的连线垂直于激振板，同时在其上加压整体性较好的重物（500kg以上），然后锤击激振板产生剪切波，并通过置于井内的三分量拾振器将土的振动历程输入仪器，经电脑分析，获得各测点剪切波到时，经计算得到各土层的剪切波速。图一为其测试方框图。二、技术要求本次检测依据《建筑抗震设计规范》GB50011—2001执行。三、仪器设备现场数据采集使用的仪器是中科院武汉岩土力学研究所智能仪器室生产的RSM—24FD浮点工程动测仪，采集的数据是由井中的三分量传感器，通过仪器记录三道波形，经与电脑连接，将仪器中的数据传送到电脑中，处理后得到各土层的剪切波速，进而确定建筑的场地类别。浮点工程动测仪计算机打印机重物水平锤击触发传感器激振板井中三分量传感器钻孔图3-1单孔法测试系统方框图测试过程中，使用电瓶作为工作电源，尽量减少工业游散电流干扰。每点均进行了多次观测对比，多次观测信号一致性好。测试间距为1m，触发传感器至K31测试孔的水平距离为1.40m，触发传感器至K61测试孔的水平距离为1.70m，触发传感器至K66测试孔的水平距离为2.30m。测试过程中仪器主要工作参数为：采样间隔：200us;采样长度：1k;仪器频率响应带宽：10-4000HZ;模拟放大倍数：1-256倍（100倍前置放大）。四、资料解释剪切波速测试资料整理过程如下：1、利用计算机进行正反向信号对比，确定初至波到达时间T；2、通过以下公式进行初至时间校正：LTHLHT22+=式中T：校正剪切波初至时间；TL：实测剪切波初至时间；H：测点深度；L：触发传感器至测试孔的水平距离。3、作出时距图、深度波速图；4、利用V=dH/dT求出各层的剪切波速Vsi；5、根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）第4.1.5条规定，计算覆盖层以内土层的等效剪切波速Vse；6、根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）有关条文进行建筑场地土划分及场地类别划分。试验四岩石纵波速度测定一、概述弹性波在介质中的传播速度与其致密程度有关，一般情况下，完整岩块的纵波速度大于存有各种结构面的岩体纵波速度。测定纵波在岩石试样中的传播速度，一般利用柱形试样，试样端部磨平，探头与试样之间用黄油或凡士林偶合，在其一端用发射探头向岩石发射脉冲信号，在另一端接收这个信号，以所经历的时间除试样长度，便得纵波速度。图22岩石超声波试验装置二、试验数据分析整理（1）按下式计算纵波速：310−×−=oppttLV式中：pV——岩石试样中的纵波速度（m/s）；L——岩石试样长度，即发射和接收探头之间的距离（mm）；pt——由起始讯号到初至波的时间（μs）；ot——仪器的对零读数，即发射和接收探头直接偶合时起始讯号到初至波的时间读值（μs）。（2）按下式计算岩石的动弹性模量：3210−×=pVEρ动式中：动E——岩石的动弹性模量（Mpa）;pV——岩石的纵波速度（m/s）；ρ——岩石容重（g/cm3）；试验五点载荷指数的测定一、概述岩石的点载荷指数，可换算成抗拉或抗压强度。由于测点载荷指数的设备轻巧，便于现场工作，试验成本低廉、时间短等优点，所以此法精度虽然较常规试验低，但仍有其使用价值。尤其对于严重风化的低强度岩石，易于测出点载荷指数，此法更有实际意义。二、试样备制岩石点载荷指数试验（如图5-1所示），试样有圆柱形或不规则形两种，前者加载有轴向与径向两种，而以径向加载常用，其加载点离自由端的距离，不应小于试样直径的0.7倍。不规则形须将试样修整成椭圆型或卵状。为保证数据的精度，圆柱形试样一般不少于10件，不规则形不少于15件。图5-1岩石点载荷指数测定示意图（a）径向加载（b）轴向加载（c）不规则试样加载三、设备仪器点载荷仪（如图5-2），游标卡尺等。图5-2点荷载试验装置四、试验方法将试样放在点载荷仪的两压头之间，启动油泵加载，直到试样断裂为止，同时记录下岩石断裂时的载荷。岩石断裂面经过两压点处，试验有效。如果岩石断裂面未经过两压点处或压头陷入岩石中，则认为试验数据无效。五、试验数据分析整理（1）点载荷指数按下式计算2DPIs=式中：sI——点载荷指数（Mpa）