第3章靜力觸探試驗(yàn)課件

1、第3章 靜力觸探試驗(yàn)巖土測(cè)試技術(shù)1. 概述2. 靜力觸探儀器組成3. 靜力觸探試驗(yàn)原理4. 試驗(yàn)方法和技術(shù)要求5. 靜力觸探試驗(yàn)資料整理6. 靜力觸探成果的工程應(yīng)用目錄靜力觸探試驗(yàn)(static cone penetration test)簡(jiǎn)稱(chēng)靜探（CPT）,是利用靜力以一恒定的貫入速率將圓錐探頭通過(guò)一系列探桿壓入土中，根據(jù)測(cè)得的探頭貫入阻力大小來(lái)間接判定土的物理力學(xué)性質(zhì)的原位試驗(yàn)。適用于：軟土、粘性土、粉土、（飽和）砂土和含少量碎石的土。1. 概述（1）對(duì)地基土進(jìn)行力學(xué)分層并判別土的類(lèi)型；（2）確定地基土的參數(shù)（強(qiáng)度、模量、狀態(tài)、應(yīng)力歷史）（3）砂土液化可能性（4）地基承載力（5）單樁豎向承

2、載力等。巖土工程中的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：（1）測(cè)試連續(xù)、快速、勞動(dòng)強(qiáng)度低、清潔、經(jīng)濟(jì)（2）采用電測(cè)技術(shù)后，易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程的自動(dòng)化缺點(diǎn)：（1）貫入機(jī)理不清，無(wú)數(shù)理模型（2）對(duì)碎石類(lèi)土和密實(shí)砂土難以貫入（3）不能直接觀測(cè)土層。 在地質(zhì)勘探工作中，靜力觸探常和鉆探取樣聯(lián)合運(yùn)用。優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)原位實(shí)驗(yàn)原位實(shí)驗(yàn)2. 靜力觸探儀器組成靜力觸探車(chē)P包括錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力在內(nèi)的總貫入阻力；A錐底截面積探 頭 種 類(lèi)型 號(hào)錐頭摩 擦 筒標(biāo) 準(zhǔn)頂角 / 直徑/mm底面積/cm2長(zhǎng)度/mm表面積/cm2I-16035.71057單橋I-26043.71570我國(guó)獨(dú)有I-36050.42081II-06035.710133.7

3、150國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)雙橋II-16035.710179200II-26043.715219300孔壓6035.710133.7150國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)6043.715179200（1）靜力觸探探頭的工作原理（2）靜力觸探試驗(yàn)的貫入機(jī)理（3）孔壓靜力觸探的貫入機(jī)理3. 靜力觸探試驗(yàn)原理 靜探探頭大部分都采用電阻應(yīng)變式測(cè)試技術(shù)，受力后，產(chǎn)生電位差，毫伏計(jì)便指出流過(guò)的電流的大小，這個(gè)電流的大小與空心柱體的受力伸長(zhǎng)有關(guān)。在實(shí)際工作中，把空心柱體的微小應(yīng)變所輸出的微弱電壓，通過(guò)電纜，傳至電阻應(yīng)變儀中的放大器放大幾千倍到幾萬(wàn)倍后，就可用普通的指示儀表量測(cè)出來(lái)。（1）靜力觸探探頭的工作原理 靜力觸探試驗(yàn)的貫入機(jī)理是個(gè)很復(fù)雜

4、的問(wèn)題，而且影響因素也比較多，因此，目前土力學(xué)還不能完善地從理論上解析圓錐探頭與周?chē)馏w間的接觸應(yīng)力分布及相應(yīng)的土體變形問(wèn)題，已有的近似理論分析可分為承載力理論分析、孔穴擴(kuò)張理論分析和穩(wěn)定貫入流體理論分析三類(lèi)。（2）靜力觸探試驗(yàn)的貫入機(jī)理 孔壓靜探探頭貫入土體的機(jī)理是十分復(fù)雜的，探頭貫入所產(chǎn)生的超孔壓沿水平徑向的初始分布，以及停止貫入時(shí)超孔壓的消散均屬于軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，由于對(duì)貫入機(jī)理所做的簡(jiǎn)化假設(shè)和所選擇的土體模型的不同，可以建立不同的計(jì)算公式。（1）飽和粘性土中初始超孔壓的孔穴擴(kuò)張理論（2）孔壓消散理論（3）孔壓靜力觸探的貫入機(jī)理 根據(jù)地質(zhì)復(fù)雜程度及區(qū)域穩(wěn)定性，結(jié)合建筑物平面布置、工程性質(zhì)等條件

5、確定觸探孔位、深度，選擇使用的探頭類(lèi)型和觸探設(shè)備。試驗(yàn)前準(zhǔn)備孔壓探頭的飽和處理觸探機(jī)的位置和高度觸探儀的貫入試驗(yàn)的終止孔壓消散試驗(yàn)4. 試驗(yàn)方法和技術(shù)要求（1）靜力觸探試驗(yàn)成果的影響因素（2）靜力觸探資料整理（3）靜力觸探成果分析5. 靜力觸探試驗(yàn)資料整理臨界深度探頭的幾何形狀和貫入速率溫度的影響孔隙水壓力探孔的偏斜孔壓傳感器的位置與尺寸（1）靜力觸探試驗(yàn)成果的影響因素模型試驗(yàn)及實(shí)測(cè)表明，地表厚層均質(zhì)土的貫入阻力自地表向下是逐漸增大的。當(dāng)超過(guò)一定深度后，阻力才趨近一個(gè)常數(shù)值，這個(gè)土層表面一定深度就稱(chēng)為臨界深度。臨界深度探頭貫入速率溫度影響1.原始數(shù)據(jù)的修正深度修正零飄修正錐尖阻力的修正側(cè)壁摩擦

6、力修正2.貫入阻力計(jì)算3.繪制觸探曲線（2）靜力觸探資料整理1、原始數(shù)據(jù)的修正貫入深度修正：記錄深度與實(shí)際深度有出入時(shí)，將深度誤差沿深度進(jìn)行線性修正回零修正：按歸零檢查的深度間隔按線性?xún)?nèi)插法對(duì)測(cè)試值修正錐尖阻力修正： 為修正面積比，一般取0.840側(cè)壁摩擦力修正：2、貫入阻力計(jì)算摩阻比FR：深度（m）錐頭阻力qc（kPa）側(cè)壁摩阻力fs（kPa）FR（%）讀數(shù)回零校正值qc讀數(shù)回零fs0.14000.24210.3432。1.03691.1411.2421.338例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R深度（m）錐頭阻力qc（kPa）側(cè)壁摩阻力fs（kPa）FR（%）讀數(shù)回

7、零校正值qc讀數(shù)回零fs0.14004020.00.24214120.50.34324120.51.03692713.51.1411.2421.338例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R深度（m）孔壓u（kPa）備注讀數(shù)umaxuwuu0.1000地下水位埋深0.2m0.20000.3551440.4343420.5202030.6282840.7323250.8383860.9414171.0363681.1454591.2424210例如：如下表Ku=1.0kPa/R包括qc-H，fs-H， u -H，F(xiàn)R-H 等3繪制觸探參數(shù)隨深度的變化曲線靜力觸探成果曲線及其相

8、應(yīng)土層劃分 1.數(shù)據(jù)整理超孔壓的消散速度不僅與土類(lèi)有關(guān)，還與消散時(shí)間有關(guān)孔壓消散數(shù)據(jù)的處理深度（m）時(shí)間讀數(shù)umax（kPa）u（kPa）503202270424062258205101902016012080設(shè)探頭標(biāo)定系數(shù)ku=1kPa/rumax=讀數(shù)ku數(shù)據(jù)整理超孔壓的消散速度不僅與土類(lèi)有關(guān)，還與消散時(shí)間有關(guān)深度（m）時(shí)間讀數(shù)umax（kPa）u（kPa）50320320227027042402406225225820520510190190201601601208080設(shè)探頭標(biāo)定系數(shù)ku=1kPa/rumax=讀數(shù)ku數(shù)據(jù)整理超孔壓的消散速度不僅與土類(lèi)有關(guān)，還與消散時(shí)間有關(guān)深度（m）時(shí)

9、間讀數(shù)umax（kPa）u（kPa）50320320227027042402406225225820520510190190201601601208080設(shè)地下水位埋深1.0m測(cè)試點(diǎn)靜止水壓力40kPa數(shù)據(jù)整理超孔壓的消散速度不僅與土類(lèi)有關(guān)，還與消散時(shí)間有關(guān)深度（m）時(shí)間讀數(shù)umax（kPa）u（kPa）5032032028022702702304240240200622522518582052051651019019015020160160120120808040設(shè)地下水位埋深1.0m測(cè)試點(diǎn)靜止水壓力40kPa孔壓消散曲線2.繪制超孔壓隨時(shí)間的消散過(guò)程曲線淺基礎(chǔ)方面的應(yīng)用深基礎(chǔ)方面的應(yīng)用地基

10、處理質(zhì)量控制液化判定6. 靜力觸探 成果的工程應(yīng)用一、土層分類(lèi) 繪制CPT的貫入曲線（qc-H，fs-H，u-H，F(xiàn)R-H ），根據(jù)相近的qc、fs、u和FR，將觸探孔分層力學(xué)分層，并計(jì)算各參數(shù)的平均值。 結(jié)合鉆探取樣，考慮臨界深度的影響進(jìn)一步分層工程地質(zhì)分層，并定土名?？讐红o探貫入曲線特征 土層qcH曲線特征FRH曲線特征uH曲線特征淤泥、淤泥質(zhì)粘性土1、qc值很低，淤泥的qc小于0.5MPa，淤泥質(zhì)粘性土的qc小于1.0Mpa；2、qc-H曲線是平滑的，近似垂線狀，一般無(wú)突變現(xiàn)象，只有遇到貝殼才突變。對(duì)于淤泥，F(xiàn)R值很小；對(duì)于淤泥質(zhì)粘性土，F(xiàn)R值大于2%。1、淤泥中的孔壓u很?。?、淤泥質(zhì)

11、粘性土的u很大，且u-H曲線明顯偏離u0-H曲線粘土、粉質(zhì)粘土1、qc值較高，qc-H曲線有緩慢的波形起伏；2、qc值偏離平均值在1020%3、粘性土層中如有薄砂層或結(jié)核出現(xiàn)，qc會(huì)出現(xiàn)突變現(xiàn)象FR值一般大于2%1、u值較高；2、u-H曲線明顯高于u0-H曲線。粉土1、曲線起伏較大，其波峰和波谷呈圓形，變化頻率較??；2、qc值偏離平均值在3040%FR值一般在12%之間1、u值較低；2、u-H曲線稍高于u0-H曲線。孔壓靜探貫入曲線特征 土層qc-H曲線特征FR-H曲線特征u-H曲線特征砂土1、qc值明顯比上述地層偏大，且變化頻率與幅度均較大；2、qc-H曲線呈鋸齒狀，波峰和波谷呈尖形。FR值

12、小于1%1、u值一般為0；2、u-H曲線和u0-H曲線重合。雜填土曲線變化無(wú)規(guī)律，往往出現(xiàn)突變現(xiàn)象。無(wú)規(guī)律無(wú)規(guī)律基巖風(fēng)化層1、qc-H曲線起伏較大；2、qc值大，明顯高于一般土層中的qc；3、qc值一般隨深度增加而迅速增大。軟巖風(fēng)化成土?xí)r，其曲線特征類(lèi)似粘性土中的特征；堅(jiān)硬巖石風(fēng)化成碎石土或砂土?xí)r，其曲線特征類(lèi)似砂土的特征。無(wú)規(guī)律孔壓靜探在劃分土層方面精度極高利用孔壓靜力觸探貫入曲線劃分土層孔壓探頭在區(qū)分砂層和粘土層方面精度極高，能區(qū)分1-2cm厚的砂土層圖4-6 利用孔壓靜探曲線劃分土層鉆孔及靜力觸探孔聯(lián)合剖面圖（廣州番禺） 1、單橋觸探法根據(jù)Ps， Ps大的一般為砂層， Ps 小的一般為粘

13、土層。2、雙橋觸探法在劃分土類(lèi)時(shí)，以qc為主，結(jié)合fs（或FR），并在同一層內(nèi)的觸探參數(shù)值基本相近為原則。不同的土有不同的FR，砂類(lèi)土 FR通常小于或等于1，粘性土FR常大于2。二、土類(lèi)劃分采用孔隙水壓力參數(shù)比來(lái)劃分土類(lèi)，常用的孔壓參數(shù)比Bq來(lái)表示，表達(dá)式如下：3、 孔壓觸探法三、 確定土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)1、確定砂土的內(nèi)摩擦角Ps(MPa)12346111530()2931323334363739自70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)不少單位對(duì)qc與Ps的關(guān)系進(jìn)行了研究，經(jīng)驗(yàn)表明，ps/qc值大致在1.0-1.5間，每一個(gè)換算公式都有其特定的經(jīng)驗(yàn)性。比貫入阻力：ps=qc+6.41fs3、確定不排水抗剪強(qiáng)度C

14、u4、確定砂土的相對(duì)密實(shí)度5、確定土的壓縮模量Es和變形模量E0鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程_壓縮模量Es鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程_變形模量E06、判別黏性土的塑性狀態(tài)四、 確定地基土的承載力用靜力觸探確定地基承載力一般依據(jù)的是經(jīng)驗(yàn)公式，是建立在靜力觸探與載荷試驗(yàn)的對(duì)比關(guān)系上；確定的是地基承載力的基本值，需經(jīng)過(guò)深、寬修正；地基土的成因、時(shí)代及含水量等對(duì)靜力觸探求地基承載力的經(jīng)驗(yàn)公式有影響，經(jīng)驗(yàn)公式有地區(qū)性。黏性土砂土粉土鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程_基本承載力鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程_極限承載力靜力觸探機(jī)理和樁的作用機(jī)理類(lèi)似，靜力觸探相當(dāng)于沉樁的模擬試驗(yàn)。與靜力觸探相比，樁的表面粗糙，直徑大，沉樁對(duì)樁

15、周土的擾動(dòng)大，沉降速度慢。應(yīng)與樁載荷測(cè)試配合使用，互相驗(yàn)證。靜力觸探法計(jì)算單樁極限承載力的基本公式：五、確定單樁承載力六、判斷飽和砂土液化的可能性在做靜力觸探試驗(yàn)過(guò)程中，探頭連著電纜存在很多隱患，不但在處理探桿時(shí)耗費(fèi)時(shí)間，而且電纜和連接頭容易意外損壞。無(wú)纜靜力觸探系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的有纜靜力觸探系統(tǒng)，它使得靜力觸探試驗(yàn)變得更加方便、安全、高效。而且，使得試驗(yàn)過(guò)程中自動(dòng)加接探桿成為可能。聲學(xué)技術(shù)應(yīng)用于靜力觸探試驗(yàn)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種無(wú)纜靜力觸探解決方案，其傳輸距離取決于探桿和土層條件，可以達(dá)到20200m。聲學(xué)技術(shù)所解決的是，不用信號(hào)電纜而將測(cè)試數(shù)據(jù)從探頭發(fā)送到地面，它通過(guò)一個(gè)微處理器將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

16、換成音頻信號(hào)，通過(guò)探桿傳送到安裝在地面的檢波器。新技術(shù)聲學(xué)技術(shù)的應(yīng)用光學(xué)傳感器安裝在探桿頂部，照相機(jī)安裝在觸探設(shè)備頂部。測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)光學(xué)傳感器傳輸給照相機(jī)。光學(xué)傳感器在連接探桿時(shí)被安置于探桿頂部。數(shù)據(jù)采集儀將照相機(jī)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和實(shí)時(shí)顯示，而測(cè)試命令通過(guò)光學(xué)傳送器從數(shù)據(jù)采集儀發(fā)送給電子錐。如果是人工加接探桿，數(shù)據(jù)傳輸可以中斷10s鐘而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。新技術(shù)光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用無(wú)線電波技術(shù)的應(yīng)用，仍然是解決靜力觸探試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)電纜傳輸?shù)囊环N解決方案。無(wú)線電波在空心探桿內(nèi)進(jìn)行傳播，從而將探頭測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?。與聲學(xué)無(wú)纜靜力觸探技術(shù)相比，應(yīng)用無(wú)線電波無(wú)纜靜力觸探技術(shù)，其數(shù)據(jù)傳輸量將提高一千倍！這不但可以提高測(cè)試采樣率和測(cè)試分辨率，而且它能實(shí)現(xiàn)地震探頭SCPT測(cè)試數(shù)據(jù)的無(wú)纜傳輸，或者將探頭內(nèi)置照相機(jī)在貫入過(guò)程中拍攝的穿透地層的照片實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛妗Ｐ录夹g(shù)無(wú)線電波技術(shù)的應(yīng)用傳統(tǒng)靜力觸探需要一套活塞將探頭壓入土層中。然而當(dāng)活塞每次結(jié)束向下行程后向上返回時(shí)測(cè)試即被中斷，一直要等到活塞回復(fù)到頂部位置再次向下貫入，這個(gè)過(guò)程中，整米間隔處的細(xì)粒土薄層的數(shù)據(jù)會(huì)因消散效應(yīng)或者摩阻力的累積而丟失或者受到影響。而解決這一問(wèn)題的辦法，人們想到了連續(xù)貫入！要實(shí)現(xiàn)連續(xù)貫入需要解決的三個(gè)技術(shù)前提是：無(wú)電纜數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、加接