载荷试验

载荷试验是在岩土工程领域中，用于测定地基土或岩体内承载力、变形特性等力学性质的原位测试方法。它通过在被测对象表面逐级施加竖向荷载，观测荷载与变形的关系，从而评估地基的承载能力和变形特征。

一、分类

根据测试对象和目的的不同，载荷试验主要分为以下几类：

1. 平板载荷试验（PLT）
   • 适用范围：主要用于测定地表浅层地基土（如天然地基、换填地基、复合地基等）的承载力和变形模量。
   • 原理：将一定尺寸的刚性平板（如方形或圆形钢板）放置在地基表面，通过千斤顶逐级施加荷载，同时测量平板的沉降量，绘制荷载 – 沉降曲线（P-S 曲线），进而分析地基土的力学性能。
2. 螺旋板载荷试验（SPLT）
   • 适用范围：适用于深层地基土或地下水位以下的土层，尤其在难以进行挖坑作业的场地（如软土地基）中应用较多。
   • 原理：通过将螺旋形承压板旋入地下预定深度，施加竖向荷载并测量沉降，可获得深层土体的承载力和变形参数。
3. 岩基载荷试验
   • 适用范围：用于测定岩石地基的承载力和变形特性，如基岩表面或浅层岩体内的力学性能。
   • 原理：在岩面上放置刚性承压板，逐级施加荷载并观测岩体的变形，适用于桥梁、高层建筑等岩基工程。

二、试验设备与流程

1. 主要设备
   • 加载系统：千斤顶、反力装置（如堆载平台、地锚等）。
   • 量测系统：沉降观测仪表（如百分表、位移计）、荷载测量仪器（如压力传感器）。
   • 承压板：根据试验类型选择不同尺寸和形状的刚性板（如平板载荷试验常用 0.25~1.0 m² 的承压板）。
2. 试验流程
   • 准备阶段：平整试验场地，安装承压板并确保其与地基土紧密接触；搭建反力系统，连接千斤顶和量测仪器。
   • 加载阶段：按规范分级加载（如每级荷载为预估极限荷载的 1/8~1/10），每级荷载施加后按规定时间间隔记录沉降量，直至沉降稳定（如每小时沉降量不超过 0.1 mm 且连续 2 次）。
   • 卸载阶段：逐级卸载（通常为加载级数的 2 倍），记录回弹量，分析地基土的弹性和塑性变形特性。

三、成果分析与应用

1. 承载力确定
   • 根据P-S 曲线判断：
     • 当曲线有明显比例界限（直线段终点）时，取比例界限对应的荷载为地基承载力特征值。
     • 若无明显比例界限，且沉降量S与承压板宽度b之比（S/b）达到一定值（如 0.01~0.015）时，取该荷载为承载力特征值。
   • 对于岩基，可能需要结合岩体的开裂荷载和极限荷载综合评定。
2. 变形参数计算
   • 变形模量（E₀）：根据弹性力学公式，由荷载 – 沉降曲线的直线段斜率计算得出，反映地基土在无侧限条件下的应力 – 应变关系。
   • 回弹模量：通过卸载阶段的回弹曲线计算，用于评估土体的弹性变形能力。
3. 工程应用
   • 为地基基础设计提供承载力和变形参数（如地基持力层选择、基础尺寸确定）。
   • 检验地基处理效果（如换填、桩基等复合地基的质量评估）。
   • 研究岩土体的破坏机理和工程特性。

四、注意事项

1. 试验条件影响：试验应尽量模拟实际工程的荷载条件（如荷载类型、作用面积），避免因尺寸效应或边界条件差异导致结果偏差。
2. 数据准确性：量测仪器需定期校准，沉降观测应严格遵循规范的时间间隔和稳定标准。
3. 安全控制：加载过程中需密切监测反力系统的稳定性，防止发生坍塌等安全事故。

五、相关规范

中国常用规范包括：

• 《建筑地基基础设计规范》（GB 50007）
• 《岩土工程勘察规范》（GB 50021）
• 《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79）

不同国家和地区（如美国 ASTM、欧洲 Eurocode）也有各自的载荷试验标准，应用时需根据具体工程要求选择。

通过载荷试验，可直接获取地基土的原位力学参数，为工程设计提供可靠依据，是岩土工程勘察中不可或缺的重要手段。

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