6-1-静力触探.pdf

静力触探静力触探 一 定义一 定义 静 力 触 探 Static Cone Penetration Test 简称CPT 是借助机械把一定规格的圆 锥形探头匀速压入土中 通 过测定探头的端阻q 侧 壁摩阻力f 来确定土体的物 理力学参数 划分土层的一 种土体勘测技术 静力触探首先在荷兰研制成功 因此静力触探也叫 荷 兰锥 试验 按测量机理分 机械式静力触探和电测式静力触探 按探头功能分 单桥静力触探 双桥静力触探 孔压 静力触探 电测式静力触探的优点 1 测试连续 快速 效率高 功能多 兼具勘探与 测试双重作用 2 测试数据精度高 再现性好 3 采用电测技术 便于实现测试工程的自动化 测 试成果可由计算机自动处理 减少了工作强度 二 测试设备与种类二 测试设备与种类 设备组成 1 触探主机和反力装置 触探主机可分为液压 式和机械式 反力装置可分为自重 式和锚式 2 测量与记录显示装置 3 探头和探杆 触探主机为液压传动式的 反力装置为自重式 触探主机为液压传动式的 反力装置为地锚式 触探主机为机械传动式的 反力装置为地锚式 探头是静力触探仪的关键部件 分为三种类型 单用 桥 探 头 双用 桥 探头 多用 孔压 探头 Ps 比贯入阻力 qc 锥尖阻力 fs 侧壁摩阻力 uw 孔隙水 压力 国际标准探头的规格 锥头顶角60 底面积 10cm2 侧壁摩擦筒面积150cm2 透水石在锥底 单用 桥 探头 双用 桥 探头 多用 孔压 探头 三 测试原理三 测试原理 电阻应变片电阻应变片 电桥电桥 I I I I 电流电流 R R R R 电阻电阻 U U U U 电压 根据欧姆定律 电压 根据欧姆定律 电压变化 测量值 电流变化 应力应变关系 2 1 L L KR U L L KU R E L L E 四 测试步骤四 测试步骤 一 探头率定 一 探头率定 率定的目的是求出测量仪表的读率定的目的是求出测量仪表的读 数与荷载之间的关系数与荷载之间的关系 率率 定系数定系数 率定的设备可分为两个主要部分率定的设备可分为两个主要部分 1 1 1 1 可 移 动 的 活 动 架可 移 动 的 活 动 架 2 2 2 2 量力环量力环 探头率定的步骤探头率定的步骤 a 安装设备 b 把连着电缆线和记录仪表的探头安装上 c 旋转手轮施加压力 边记录仪表上的读数 d 画压力 读数曲线 一般情况下应该是直线 e 求率定系数K K等于直线的斜率 mV kN A x k x kPa A P 0 二 野外测试的关键步骤 二 野外测试的关键步骤 a a a a 布孔位 平整场地布孔位 平整场地 b b b b 安装触探机安装触探机 并调平机座 为使贯入压力保 并调平机座 为使贯入压力保 持垂直方向 把机座与反力装置衔接持垂直方向 把机座与反力装置衔接 c c c c 将探头 测量电缆 探杆连接起来 并检查将探头 测量电缆 探杆连接起来 并检查 测量仪表 并调零测量仪表 并调零 d d d d 将连着探杆的探头压入地下将连着探杆的探头压入地下 同时记录深度同时记录深度 值和测量仪表的数据值和测量仪表的数据 注意事项注意事项 触探机就位后 应调平机座 并使用水平尺校准 使贯入压力保持竖直方向 并使机座与反力装置衔接 锁定 触探机的贯入速率应控制在1 2cm s 一般为2cm s 使用手摇式触探机时 手把转速应力求均匀 使用记读式仪器时 每贯入0 1m或0 2m时应记录一次读数 遇下列情况时应停止贯入 a 触探主机负荷达到其额定荷载的120 时 b 贯入时探杆出现明显弯曲 c 反力装置失效 d 探头负荷达到额定荷载时 e 记录仪器显示异常 五 测试数据的处理五 测试数据的处理 1 1 1 1 原始数据的整理原始数据的整理 回零修正 触探参数的计算 摩阻比FR 100 100 c s R q f F 锥尖阻力 侧壁摩阻力 ffs qqc XKf XKq 侧壁摩阻力 锥尖阻力 xkx 381 3 421 2 20 5410411 1 15 0306361 0 0 920 5412430 3 1 220 5411420 2 40 820 0400400 1 fs 回零读数 qc 校正值回零读数 FR 侧壁摩阻力fs kPa 锥头阻力qc kPa 深度 m 例如 如下表Kq 0 5kPa R Kf 0 02kPa R 2 2 2 2 绘制触探参数随深度的变化曲线 绘制触探参数随深度的变化曲线 包括包括qc qc qc qc H H H H fsfsfsfs H H H H F F F FR R R R H H H H 3 3 3 3 可以用计算机来数据处理和绘图可以用计算机来数据处理和绘图 page 245 249 page 245 249 page 245 249 page 245 249 240240240240页表页表 8 10 8 10 8 10 8 10 填表并绘图填表并绘图 六 测试精度影响因素六 测试精度影响因素 1 1 1 1 探头规格探头规格 单桥单桥P P P PS S S S 双桥 双桥 q q q qc c c c f f f fs s s s PS qc qc fs都随锥底面积的增大而减小 侧壁摩擦筒长度增大时 qc增大 f f f fs s s s减小 探杆外径 摩擦筒与锥底面直径应保持一致 锥尖角度 60 探头形状及尺寸的标准化与科学化对测试成果探头形状及尺寸的标准化与科学化对测试成果 的应用 交流和对比都有很重要的意义 的应用 交流和对比都有很重要的意义 2 2 2 2 贯入速率贯入速率 如果贯入速率大于1cm s 以上时 读数受贯入速率 的影响就很小了 事实上 静力触探的贯入 速率一般用2cm s 3 3 3 3 温度影响温度影响 温度变化会引起探头内部的电阻应变片长度发 生变化 从而使其阻值发生变化 导致测量结 果的大误差 产生温度变化的重要原因之一是地面温度与地 下温度的不同 特别在夏天与冬天 特别在夏天与冬天 措施 措施 1 采用温度补偿或自动温度补偿应变 片来补偿温度变化对探头测试数据的影响 2 防止暴晒与受冻 3 探头贯入地下约 0 5 1 0m 停止贯入5 10min 使探头的温度与 地下的温度一致 然后调零 七 测试成果的应用七 测试成果的应用 CPT CPT CPT CPT 在土木工程中的应用特别广泛在土木工程中的应用特别广泛 1 1 1 1 土层划分土层划分 绘制CPT的贯入曲线 包括qc H fs H FR H 然后根据相近的qc fs和FR 将触探孔分 层 力学分层 并计算各参数的平均值 结合钻探取样 考虑临界深度进一步分层 工 程地质分层 并定土名 临界深度临界深度 模型试验及实测表明 地表 厚层均质土的贯入阻力自 地表向下是逐渐增大的 当超过一定深度后 阻力 才趋近一个常数值 这个 土层表面一定深度就称为 临界深度 临界深度在砂土中表现明 显 在粘土中基本不存在 1 100 2 2 2 2 土类划分土类划分 单桥探头单桥探头 根据Ps Ps 大的一般为砂层 Ps 小的一般为粘土 层 双桥探头双桥探头 在划分土类时 以qc为主 结合fs 或FR 并在同一层 内的触探参数值基本相近为原则 不同的土有不同的FR 砂类土 FR通常小于或等于1 粘性 土FR常大于2 常用的有以下几种方法 铁道部铁道部TBJ37 93TBJ37 93TBJ37 93TBJ37 93规则法规则法 ii ii ii ii 中国地中国地 质大学质大学 法法 iii iii iii iii 国外法国外法 3 3 3 3 确定土的物理力学性质指标确定土的物理力学性质指标 CPT可以确定如 c Cu Dr Es sat 等土的物理力学性 质指标 表2 13为用静力触探评定砂土的密实度 图2 59为砂土的内摩擦角与锥尖阻力的关系图 表2 14 砂土的内摩擦角 确定粘性土的Cu等 自学66 73页 34 6 39 30 36 11 32 3 29 1 373331 1542Ps Mpa 4 4 4 4 确定浅基的承载力确定浅基的承载力 用静力触探确定地基承载力一般依据的是经验公式 是建立在 静力触探与载荷试验的对比关系上 确定的是地基承载力的基本值 需经过深 宽修正 用于一般的建筑物 地基土的成因 时代及含水量等对静力触探求地基承载力的经 验公式有影响 经验公式有地区性 表表2 242 242 242 24地基基本承载力地基基本承载力f f f f0 0 0 0与与P P P PS S S S q q q qc c c c 经验关系式经验关系式 MpaMpaMpaMpa 长江中下游粉细 砂土 5 0 f0 0 02Pa 0 05 武汉冶金勘察公司9 软土0 085 0 9 f0 0 112Pa 0 005 铁四院8 IP 7粘性土PS单位 kPa f0 5 8 Pa 1 2 0 046 铁三院7 青岛粘性土1 0 0 5 f0 0 074Pa 0 0824 青岛城建局5 南京粘性土0 35 5 7 f0 0 084Pa 0 05 江苏省建筑设计院4 长江三角洲土0 5 2 5 f0 0 1Pa 0 025 交通部三航院2 粘性土0 3 6 0 f0 0 1043Pa 0 0269 武汉联合试验组1 滨海软土 f0 0 0807Pa 0 049 连云港规划建筑设计 院 6 淮北粘性土0 35 3 0 f0 0 1012Pa 0 059 兖州煤矿设计院3 土层 范围值PS qc 经验关系式提出者序号 032 0 1 0 0 s Pf 砂土 粘性土 f0 0 033 0 025 qc f0 0 1qc 荷兰 比利时15 中粗砂1 0 11 0 f0 0 044Pa 0 05 铁一 四院10 上海粉土 f0 0 055Pa 0 045 同济大学等11 大庆粘性土 粉 土 大庆粘性土 大庆粉土 f0 0 089qc 0 075 f0 0 108qc 0 0644 f0 0 0813qc 0 069 大庆油田 长春地院 1996 14 黄土地基 f0 0 098qc 0 019 原一机部勘测公司13 湿陷性黄土 f0 0 0878Pa 0 024 陕西综合堪察院12 土层 范围值PS qc 经验关系式提出者序号 经统计分析 有人提出 式中 为土类修正系数 可参见表2 25 静力触探机理和桩的作用机理类似 静力触探相当于沉桩的模 拟试验 与静力触探相比 桩的表面粗糙 直径大 沉桩对桩周土的扰 动大 沉降速度慢 应与桩载荷测试配合使用 互相验证 静力触探法计算单桩极限承载力的基本公式如下 5 5 5 5 确定单桩的承载力确定单桩的承载力 n i isspcfdp LfUAqqqq ii 1 a a a a 国外法国外法 b b b b 国内的方法国内的方法 铁路系统法铁路系统法 单桩的容许承载力单桩的容许承载力 看相关的表看相关的表 2 28 2 35 2 28 2 35 2 28 2 35 2 28 2 35 1 1 n i isipcpp LfUAq K q i 第三章第三章 孔压静力触探孔压静力触探 一 定义一 定义 孔隙水压力静力触探 Piezo Cone penetration Test 简称 孔压触探 CPTU 它是在普通的CPT探头上安装了可以 测量孔隙水压力的传感器 使贯入时能在测量q s的 同时 测量贯入引起的超孔隙水压力 当停止贯入 时 可测量超孔隙水压力 的消散过程及完全消散时的 静止孔隙水压力u 孔压触探是可测孔隙水压力的电测式静力触探 孔压触探与一般的静力触探相比 具有下面一些突出优点 由于不同土体的渗透性差别很大 CPTU量测孔隙水压力的灵 敏度很高 能够分辨1 2cm厚的薄土层土性的变化 因而可 以详细分层 特别是在区分砂层和粘土层方面精度很高 可以量测到孔隙水压力 从而有可能进行有效应力分析 可以估算土体的渗透系数和固结系数 可以测定土层不同深度的静止水压力 获得地下水条件的资 料 可以区分排水 部分排水和不排水的贯入条件 可计算土的超固结比 评价土层应力历史 计算静止侧压力 系数k 等 二 孔压探头二 孔压探头 三 孔压探头的饱和与标定三 孔压探头的饱和与标定 探头饱和的方法有 加热排气法和真空 排气法 可以用水 硅油 甘油等对探头进行 饱和 孔压探头饱和与检 验的装置 孔压探头测力传感器的检验与率定同常规探头 对孔压探头 还应进行如下检验与标定 1 饱和度检验 采用孔压响应试验 2 测力传感器与孔压传感器之间的干扰 3 探头孔压传感器的绝缘性检验 孔压传感器的率定 孔压率定系数ku 四 孔压的测试与数据处理四 孔压的测试与数据处理 1 贯入过程中测孔压 c s R uu ffs ccc q f F xku xkf xkq 回零修正 触探参数的计算 要画随深度变化触探参数曲线 孔隙水压力和静水压力 10 1 孔压消散曲线 2 孔压消散测试 a a a a 停止贯入停止贯入 b b b b 记录超孔压随时间的消散过程记录超孔压随时间的消散过程 超孔压的消散速度不仅与土类有关 还与消散时间有关 c c c c 绘制超孔压绘制超孔压 随时间的消随时间的消 散过程曲线散过程曲线 d d d d 绘制归一化超孔压消散曲线绘制归一化超孔压消散曲线 静止孔隙水压力及均衡孔隙水压力 静止孔隙水压力按测试土层中的静水压力计值 均衡孔隙水压力取孔压消散达稳定时的孔压值 各时刻的归一化超孔压比 按下式计算 以 为纵轴 以时间t s 的对数lgt为横轴 绘制归一化的 超孔压消散曲线 U U wwt uuuuU 0 注意事项 注意事项 在地下水埋藏较深的地区使用探头触探时 应先使用外径不小 于