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确定地基土的变形模量
地基土的变形模量是根据p-s曲线的初始直线段，并假设一刚性板作用在均质各向同性的弹性半无限体的表面，由弹性理论可得：E0=I0IIK（1－μ2）d （1）
浅层平板载荷试验按下式计算
式中：E0－载荷试验的变形模量；
I0－当承压板位于半无限体表面时的影响系数；
对于圆形板：I0＝0.785（π/4）；对于方形办I0=0.886。
II－当承压板在半无限体表面以下深度为z时的修正系数；
当z d，II =0.5+0.23d/z；
K－p-s曲线直线段斜率；对于缓变形曲线，一般对前4－5点进行直线拟合后取值；
μ－土的泊松比，卵石、碎石取0.27；砂、粉土为0.3；粉质粘土为
0.35；粘土为0.42；在不排水条件下的饱和粘性土可取0.5；
d－承压板的直径或边长。
深层平板载荷试验和螺旋板载荷试验按下式计算：（2）
式中：p—p-s曲线线形段的压力（kpa）
d—承压板直径或边长（m）
s—与p对应的沉降（mm）
对于平板载荷试验来说，规范规定：试坑的直径应大于3倍的承压板的直径。
（七）、确定基床系数：根据承压板边长为30cm的平板载荷试验按式计算
（八）、承载力特征值
一般取p0作为地基土的承载力特征值。对缓变形曲线按s/d取值。
（九）、关于承载力特征值和修正后的承载力特征值
承载力特征值（fak）：指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形阶段内规定的变形所对应的应力值，其值为比例界限。
修正后承载力特征值（fa）：根据基础的实际大小和埋深，对承载力标准值进行深度和宽度修正后得到的承载力，称之为承载力设计值。
fa=fak+ηbγ（b-3）+ ηdγm（d-0.5）（2）
式中 ηb、ηd－基础宽度和深度修正系数，按基底下土类查表取用；
（十）、适用条件
较好地模拟建筑地基的工作条件，对于确定承载力和变形模量是可靠的；
缺陷：受荷面积较小，加荷后的影响深度为（1.5~2）d（承压板的直径或边长）；
加荷时间较短，不能提供建筑物的长期沉降资料。
例题1、单选题平板载荷试验的承压板尺寸为（）
A 1.0m2
B 0.6m2
C 0.25或0.5m2
D 视土体的强度大小而变化
（答案：C）
例题2、单选题深部土体承载力测试应选用（）
A 平板载荷试验
B 螺旋板载荷试验
C 两者均可
D 无法进行载荷试验
（答案：B）
深层平板载荷试验
载荷测试的主要成果是压力－沉降量曲线（即P-S曲线）和变形模量。其成果主要用来确定地基容许承载力和预估建筑物的沉降量。其他应用，有待今后不断丰富和发展。
（一）确定地基容许承载力（或承载力标准值fk）
在确定地基土的容许承载力时，通常要考虑两个因素，即：在多大荷载作用下地基土的变形达到逐渐稳定状态；所产生的变形是否影响建筑物的正常使用。
利用载荷测试成果确定地基承载力的方法，是以P-S曲线的特征点所对应的压力作为基本依据的。这两个特征点可以把P-S曲线分为三段，分别反映了地基土在逐级受压以至破坏的三个变形阶段，即直线变形阶段、剪切变形或塑性变形破坏阶段、整体剪切破坏阶段（可参见图4—3中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区）。①在直线变形阶段，地基土所受压力较小，主要是压密变形或似弹性变形，地基变形较小，处于稳定状态。直线段端点所对应的压力即为比例界限P0，可作为地基土的容许承载力。此点靠近塑性变形破坏阶段，和临塑荷载（由理论计算得来）Pcr很接近。②当压力继续增大超过比例界限时，在基础（或承压板）边缘出现剪切破裂或称塑性破坏。随压力继续增大，剪切破裂区不断向纵深发展，此段P-S关系呈曲线形状。曲线末端（为一拐点）所对应的压力即为极限界限，可作为地基土极限承载力P1。可通过极限承载力除以一定的安全系数（一般取2.5—3.0）的方法确定地基土容许承载力。③如果压力继续增加，承压板（或基础）会急剧不断地下沉。此时，即或压力不再增加，承压板仍会不断急剧下沉，说明地基发生了整体剪切破坏。
上述确定地基容许承载力的方法，一般适用于低压缩性土，地基受压破坏形式为整体剪切破坏，曲线上拐点明显。
对于中、高压缩性土，地基受压破坏形式为局部剪切破坏或冲剪破坏，其P-S曲线上无明显的拐点。这时可用P-S曲线上的沉降量S与承压板的宽度（或换算成直径）B之比等于0.02时所对应的压力作为地基土容许承载力。对砂土和新近沉积的粘性土，则采用S/B=0.010—0.015时所对应的压力为容许承载力。
（二）确定湿陷性黄土的湿陷起始压力
我国北方广泛分布着一种特殊土——黄土，其工程性质的一个显著特点是，有些黄土具有湿陷性，即在一定压力作用下，黄土受水浸湿后，结构迅速破坏，产生显著附加沉降（陷）的性能。不言而喻，它对工程建筑构成了致命危险。因此，在黄土地区进行工程地质勘察时，必须查明建筑场区有无湿陷性黄土存在；如有，则要确定是自重湿陷还是非自重湿陷，非自重湿陷性黄土的起始压力是多少。定量而准确地回答这些问题，最直接可靠、常用的方法就是黄土浸水载荷测试。
1.黄土浸水载荷测试的基本要求
（1）承压板面积不小于5000cm2;
（2）压力增量取预估湿陷起始压力的1/5，或采用10—20kPa;
（3）承压板以外的试坑面积须铺设5—10cm厚的砂砾石滤层；
（4）坑内注水，坑内水面应高于滤层顶面3cm;
（5）沉降观测装置的固定点不得受浸水影响。
2.黄土浸水载荷测试方法
确定湿陷性黄土的湿陷起始压力Psh的浸水载荷测试可细分为单线法、双线法和饱水单线法，可根据需要和条件选用。
（1）多点单线法：在同一土层中不少于三点（点距≤6m），分别做天然湿度下的载荷测试，加载到预定的浸水压力（各点的浸水压力可分别采用预估的湿陷起始压力、大于和小于预估湿陷起始压力50kPa）。稳定标准，采用相对稳定法，即将每个载荷测试的地基土浸水，测定浸水后的稳定沉降量，直至每小时的沉降量不大于0.1mm为止。则与每一级压力等级相当的湿陷下沉量Ssh为
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中：S——天然条件下的沉降量（mm）;
Sw——浸水条件下的沉降量（mm）。
最后绘制P-Ssh曲线（见图4—4）。取曲线转折点所对应的压力即为湿陷起始压力Psh；如转折点不明显，则取Ssh/B=0.02所对应的压力作为湿陷起始压力（B为承压板宽度）。
（2）饱水单线法：只做一个载荷测试。将设备安装好后，即向试坑内浸水，使3.5倍承压板直径（或宽度）深度内的土层达到饱和。采用饱和含水量作为饱和标准指标，即浸水后土层含水量达饱和含水量（计算得到）的85%—90%时就认为是饱和了。然后，按相对稳定法进行载荷测试，绘出P-Sw曲线，Sw为饱水情况下承压板的下沉量。湿陷起始压力的求法同单线法。
（3）双线法：在同一土层的不同地点（点距≤6m）分别做两个试验。一个试验按相对稳定法在天然湿度下进行；一个试验按饱水单线法在浸水条件下进行。两试验点应采用相同的压力增量。结果可得到在同一级荷载（压力）下的三个不同沉降量，即天然湿度下的沉降量、浸水条件下的沉降量及后者减去前者的湿陷量Ssh。最后，绘制P-Ssh曲线。求湿陷起始压力的方法同多点单线法，详见图4—5。
以上列出了三种黄土浸水载荷测试方法。饱水单线法只需做一点，不受土层均匀程度差别的影响；多点单线法可在某一预定压力时浸水，对测定某级压力的浸水湿陷量比较合适；双线法在理论上可以测定最大压力以内任一压力的湿陷量，对全面观察土层在不同压力下的湿陷性是较经济的方法。由于双线法和多点单线法要进行平行试验，受土层的不均匀性影响较大。
须说明的是，当P-Ssh曲线上出现两个转折点时，可取两个转折点之间的中值所对应的压力作为湿陷起始压力；当曲线上无明显转折点时，可根据曲线形态取Ssh≥0.02B所对应的压力作为湿陷起始压力。对湿陷性小的土，取值大些；对湿陷性较大的土，取值小些。
图4—4 多点单线法求湿陷起始压力
图4—5 双线法求湿陷起始压力
（三）计算基础的沉降量
直接利用原位测试成果，特别是载荷试验成果计算地基的变形量，较据室内试验得出的压缩模量计算更接近于实际。前者在国外应用甚广。原苏联规定，用载荷试验的变形模量计算地基变形量；日本用P-S曲线先算出地基系数，然后计算沉降量；欧美国家也有类似情况。我国曾习惯于用压缩模量指标采用分层总和法计算地基沉降量，结果和实际沉降量差别较大。1974年颁布的《工业与民用建筑地基基础设计规范》（TJ7-74），在分层总和法的基础上提出了一个较为简便的计算公式，根据我国多年的建筑经验，在公式前加了一个经验系数，以修正理论计算的误差。尽管如此，仍不如采用原位测试得到的土的变形模量进行计算更符合实际。
当建筑物基础宽度两倍深度范围内的地基土为均质时，可利用载荷测试沉降量推算建筑基础的沉降量：
对砂土地基
对粘性土地基
式中：Sj——预估的基础沉降量（cm）;
S——载荷与基础底面压力值相等时的载荷测试承压板的沉降量（cm）;
b——基础短边宽度（cm）;
B——承压板宽度（cm）。
目前，国内、外深层载荷试验常用的方法有两种：一种是深层平板载荷试验；另一种是螺旋板静载试验(如前述)。
深层平板载荷试验适于确定地基土埋深＞3m的深部地基土层及大直径桩桩端土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力。它具有试验结果可靠度较高的优点，是国家规范规定的必要测试项目。但往往因其施工工程量过大且时间较长，除非特别需要和规范强制测试项目外，很难大规模普及。
近年来，国内、外推广了对深层平板载荷试验的应用范围、设备改进等方面的工作，并确立了相关试验规范，这里分别介绍国内的有关深层平板载荷试验的规范(条例)和常见的试验方法。
1.深层平板载荷试验简介
目前，国内常用的深层平板载荷试验有用人工挖孔方法进行的载荷试验和用机械成孔的载荷试验。此试验方法大多用于较重要构筑物地基土持力层、较大孔径基桩和墩底持力层的承载力测试中，故而试验准备的工作量很大。图2-12为进行?800mm基桩桩端持力层的地基承载力深层平板载荷试验示意图。
图2-13是由长春工程学院吴银柱等研制的为解决大深度地基承载力测试的深层平板载荷试验装置，其最大测试深度可达到100m。该装置的机械化施工程度较高。
2.深层平板载荷试验要点
深层平板载荷试验的技术规范如下[依据建设部《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)]：
(1)深层平板载荷试验的承压板，采用直径为0.8m的刚性板。与浅层平板载荷试验(平面应力应变问题)要求不同的是：深层平板载荷试验时(三维空间应力应变问题)紧靠承压板周围外侧的土层高度，应不少于80cm；
(2)加荷等级：可按预估极限承载力的1/10～1/15分级施加。第一级荷载应把设备自重计算在内；预估极限承载力可参考室内土工试验或现场其他原位试验成果；
(3)最大加荷量：一般情况下，试验的最大加荷量应不小于测点地基土的极限荷载；当持力层土层坚硬、沉降量很小时，最大加载量不小于设计要求的2倍；
(4)沉降观测要求：每级加荷后，其第一个小时内按间隔10min、10min、10min、15min、15min测读沉降值，从第二小时以后为每隔半小时测读一次沉降。当在连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为本级荷载下的沉降已趋稳定，方可施加下一级荷载；
图2-12 ?800mm基桩桩端持力层地基承载力深层平板载荷试验装置
图2-13 SP—1型深层平板载荷试验装置
(5)终止试验原则：当出现下列情况之一时，可终止加载：①沉降量S急骤增大，荷载—沉降(P—S)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且沉降量超过0.04 D(D为承压板直径)；②在某级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定；③本级沉降量大于前一级沉降量的5倍；
(6)承载力特征值的确定，应符合下列规定：①当P—S曲线上有比例界限时，取该界限所对应的荷载值为地基土的承载力特征值fak；②满足前述终止试验原则之一时，其对应的前一级荷载确定为极限荷载。当该极限荷载值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半作为地基土的承载力特征值fak；③不能按上述二款要求确定时，可取S/D=0.01～0.015所对应的荷载值作为地基土的承载力值，但其值不应大于最大加载量的一半；④同一土层参加统计的试验点不应少于3 点。当试验实测值的极差不超过平均值的30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。
3.深层平板载荷试验的变形模量E0
按照《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)要求，地基土变形模量E0(MPa)由下式计算：
土体原位测试与工程勘察
式中：D为承压板的直径或边长(m)；P为P—S曲线线性段的压力(kPa)；S为与P对应的沉降量(mm)；ω为与试验深度和土类有关的系数(可按表2-8选用)。
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