动力触探试验

1、2022-2-2112.动力触探试验(DPT)2022-2-2122022-2-2132.动力触探试验2.1概述2.1.1 基本原理 动力触探是利用一定的锤击能量将带有圆锥探头的探杆打入土中，根据打入土中的难易程度（贯入度）来判别土的性质的一种原位测试方法。 贯入度的大小，在一定条件下反映了土层力学性质的差异。2.1.2 特点 1.设备简单，操作方便； 2.速度快，工效高，费用省； 3.适应范围广且可连续检测； 4.检测数据试验误差较大。 2022-2-2142.1.3 发展概况1.最早的雏形：用钢钎贯入土中，根据贯入的难易程度评价路基、堤坝的填土质量。2.1902年：C.R.Gow用116

2、磅重锤，将直径1英寸的取土管打入土层取样。3. 1927年：Hart等设计了一种2英寸的对开取土器，并采用作为探头。4.1948年：Terzaghi和Peck 在改进后公开推广。5. 1957年：Palmar和Stuart用圆锥头代替管靴。（由于标准贯入器的特殊性）6. 我国自1953年引进标准贯入实验，70年代推广。2022-2-2152.1.4 现状及研究方向 我国动力触探的发展速度比欧洲和其它国家快，自动力触探正式列入国家规范以来，在设备类型上趋于统一和标准化。它已经成为我国对粗颗粒土的地基勘察测试的主要手段。 在评价碎石类土的工程性质方面积累了较丰富的经验，应用范围和功能在不断拓宽，对

3、动力触探的影响因素和机理方面研究也有新的进展。 目前研究方向： 1.动力触探在粘性土方面的应用研究； 2.动力触探的影响因素和机理方面的研究； 3.电测动力触探的量测技术和数据处理研究； 4.动力触探在桩基勘察中的应用研究； 5.利用实测贯入阻力、贯入速度等参数判释土的特性研究。2022-2-2162.2动力触探机理分析2.2.1.能量平衡法：认为在一次锤击作用下的功能转换遵循能量守衡原理。Em=Ek+Ec+Ef+Ep+EeEm：穿心锤下落能量；Ek ：锤与触探器碰撞时损失的能量；Ec ：触探器弹性变形所消耗的能量；Ef ：贯入时用于克服杆侧壁摩阻力所消耗的能量；Ep ：由于土的塑性变形而消耗

4、的能量； Ee ：由于土的弹性变形而消耗的能量。各项能量的计算式如下：落锤能量： Em=Mgh * 式中M: 重锤质量; h: 重锤落距 ; g : 重力加速度; : 落锤效率。 2022-2-217碰撞时能耗，根据牛顿碰撞理论得： Ek=m*Mgh（1-k2）/ （M+m）式中M: 重锤质量； h: 重锤落距 ； g : 重力加速度；m：触探器质量；k：与碰撞体材料性质有关的碰撞作用恢复系数。触探器弹性变形的能耗 （s=NL/EA）Ec=R2*l/2E*al：触探器长度；E：探杆材料弹性模量；a：探杆截面积；R：土对探头的贯入阻力。2022-2-218土的塑性变形能：Ep=R*SpR：土对探

5、头的贯入阻力；Sp ：每锤击后土的永久变形。土的弹性变形能：Ee=0.5R*SeR：土对探头的贯入阻力；Se ：每锤击后土的弹性变形量。2022-2-219合并 各式有：R=Mgh/（ 0.5Se +Sp）*（M+mk2）/（M+m）-R2l/2Ea f式中：f为土对探杆侧壁摩擦力（kN）。 如果将探杆假定为刚性体，且不考虑探杆侧壁摩擦力影响，则上式变为海利公式：R=Mgh/（ 0.5Se +Sp）*（M+mk2）/（M+m） 考虑在动力触探中，只能测量到土的永久变形，故将弹性变形省去，则上式变为荷兰动力公式：R=M2gh/（ M+m） Sp 假设为弹性碰撞，则上式变为工程新闻公式：R=Mgh

6、/ （ 0.5Se +Sp）2022-2-21102.2.2.波动方程法： 动力触探是将重锤打击在一根细长杆件上，锤击会在探杆和土体中产生应力波，如果略去土体震动的影响，那么动力触探锤击贯入过程可以用一维波动方程来描述。（类似于打桩）2022-2-21112.2.3.动力触探的临界深度1.定义：在地层力学强度基本相近的条件下，动力触探从地面开始连续贯入时，在初始阶段，动力触探击数(N)或贯入阻力(R)是随深度(h)的增加而增大,相应地表变形(开裂、隆起）现象也随之变化。当贯入深度达到某一深度（hcr）之后，N或R趋于稳定。此时地表变形也相应地不再继续发展。通常把深度hcr即N-h曲线上第一个明

7、显拐点处相应的深度称为动力触探试验的临界深度。2022-2-21122.临界深度值 根据大量动力触探试验及观测资料分析有如下结论：在同一均匀地层中，临界深度值随探头直径增大而加深；在探头直径相同时，临界深度值随土层的击数（N）或贯入阻力（R）增大而加深；重型动力触探在一般地层中，其临界深度为0.5-1.0米。3.理论分析 根据土力学经典理论分析：在地面下的临界深度范围内，探头在贯入时，土体是以剪切变形为主；探头贯入超过临界深度以后，土体侧向约束应力增大，以压缩变形为主。（也就是说，当探头的贯入深度超出临界深度范围之后，动力触探每锤击的贯入度或击数主要是受土体的压缩性和密实程度控制。）2022-

8、2-21132.3试验方法和主要技术要求 2.3.1 圆锥动力触探试验技术要求应符合下列规定：1 采用自动落锤装置（重型和超重型）； 2 触探杆最大偏斜度不应超过2%（最初5米最大偏斜度不应超过1% ），锤击贯入应连续进行；同时防止锤击偏心、探杆倾斜和侧向晃动，保持探杆垂直度；锤击速率每分钟宜为1530 击；3 每贯入1m，宜将探杆转动一圈半；当贯入深度超过30m，每贯入20cm 宜转动探杆一次； 4 对轻型动力触探当N10100 或贯入15cm 锤击数超过50 时,可停止试验；对重型动力触探，当连续三次N63.550 时，可停止试验或改用超重型动力触探。 2022-2-2114 2.3.2

9、圆锥动力触探试验成果分析应包括下列内容：1 单孔连续圆锥动力触探试验应绘制锤击数与贯入深度关系曲线；2 计算单孔分层贯入指标平均值时，应剔除临界深度以内的数值、超前和滞后影响范围内的异常值；3 根据各孔分层的贯入指标平均值，用加权平均法计算场地分层贯入指标平均值和变异系数。2.3.3 根据圆锥动力触探试验指标和地区经验，可进行力学分层,评定土的均匀性和物理性质(状态、密实度)、土的强度、变形参数、地基承载力、单桩承载力、查明土洞、滑动面、软硬土层界面,检测地基处理效果等。应用试验成果时是否修正或如何修正，应根据具体情况确定。 2022-2-2115土层界面的影响 我们知道，天然地层一般由多种不

10、同性质的土层组成，因此，研究和分析土层界面附近贯入时的状态和特征，对研究动力触探机理和实际应用方面，都有重要意义。 1）存在现象 当地层界面上下土层的击数有明显差异时，在界面位置处的击数值并无突变。击数值的突变点，出现在距界面上下一定距离范围内，在界面位置附近N值呈渐变过渡。 2）原因分析超前影响滞后影响2022-2-21163）结论当上覆为硬层（如卵石层）、下卧为软层（如松散中砂）时，其界面影响范围大，而且超前影响段大于滞后影响段。当上覆为软层（如粘土层）、下卧为硬层（如中密卵石土）时，其界面影响范围较小，而且超前影响段小于滞后影响段。当上下土层强度相近，虽有明显界面存在，但由于界面上下土层

11、击数差别不大，此时界面影响不明显。土层界面影响范围随上下土层强度差异增大而扩大，一般小于0.7米。2022-2-2117 圆锥动力触探试验的类型可分为轻型、重型和超重型三种，其规格和适用土类应符合下表规定：2022-2-21182.4动力触探设备和实验方法2.4.1 机械式动力触探1.动力触探设备1）动力触探仪的主要部件导向杆提引器重锤锤座探杆探头2022-2-21192022-2-21202022-2-21212022-2-21222022-2-21232）动力触探试验的主要机具设备动力机承重架提升设备起拔设备2.动力触探类型2022-2-21242.4.2 电测式动力触探1.实验装置及测试

12、系统1）测试设备量测仪器显示仪记录仪数据记录系统2）传感器电阻式测力传感器加速度传感器位移传感器2022-2-21252.动态测试仪器1)通用系统 传感器动态应变仪光线示波器2) 动测仪系统 传感器滤波放大采样转换存贮3. 现场操作注意事项 1) 仪器调试 2) 是否有强电磁场干扰 3) 外接电源需稳压器 4) 每层测试次数视波形情况而定 5) 加长探杆时避免破坏信号线 6) 人工量测贯入度,记录实验探杆总长度及入土深度2022-2-21262.5动力触探现场操作及影响因素2.5.1 适应范围及操作方法1.适应范围1）轻型:粘性土、粉土、素填土、粉细砂（连续贯入深度小于4米。）主要用于：提供浅

13、基础地基承载力、变形模量；检验地基土的夯实程度；检验基底是否存在下卧软层。2022-2-21272）重型：中砂碎石土及粘性土、粉土、素填土、粉细砂；特重型：碎石土、粗砂、砾砂及块石土；主要用于：确定地基承载力、评价地基土变形模量；检验地基加固效果；提供土的密实度、空隙比等物理力学参数；划分土层及命名。2022-2-2128 模量模量是材料的应力应变关系曲线的斜率，即应力的增量除以应变的增量，其量纲与应力的量纲相同；由不同的材料（如土、混凝土、钢材）、用不同的试验方法（如静力试验、重复荷载试验、动荷载试验、压缩试验、载荷试验、旁压试验等），在不同的应力条件下得到的曲线上（如单轴应力条件、三轴应力

14、条件、侧向自由膨胀条件、侧限条件等）可以求得不同的模量，在曲线的不同部位求得的模量也不相同（如切线模量，割线模量）。2022-2-2129 杨氏模量杨氏模量：固体材料受力后发生形变,在弹性限度内,材料的应力与应变之比是一个常数,叫杨氏模量。它描述材料抵抗形变能力的大小,与材料的结构,化学成分及制造方法有关,是工程技术中常用的力学参数.扬氏模量又叫弹性模量,用英文E表示。 剪切模量剪切模量：剪应力与剪应变的比G为常数,称为材料的剪切模量,其物理意义与弹性模量E类似,即说明材料抵抗剪切破坏的能力,其的大小随材料而异,可由试验测定。弹性模量E、泊松比、剪切模量G之间的关系为G=E/2（1+），这三个

15、值随温度的变化其值也变化。2022-2-2130 压缩模量压缩模量是土在侧向不能自由膨胀条件下（侧限）竖向应力与竖向应变之比，由压缩试验求得。 变形模量变形模量是土在侧向自由膨胀的条件下应力与应变之比，由载荷试验求得；对于均质、各向同性的土，各个方向的变形模量是一样的。旁压模量旁压模量的性质是和变形模量一样的，也是在侧向自由膨胀的条件下应力与应变之比，而且是各个方向一样的，其数值与试验条件有关，不一定相等。2022-2-21312.操作方法1）轻型先用轻便钻具开孔至需试验地层，然后触探；重锤重10kg,提升高度为50cm，频率为15-30击/分钟；现场记录：每贯入30cm的锤击数，如遇坚硬地层

16、，可记录每贯入10cm的锤击数，但最终以30cm的锤击数为指标。2022-2-21322）重型、超重型：仪器检查；锤座距孔口不宜超过1.5米；重锤自由下落，重锤重63.5kg,提升高度为76cm，频率为15-30击/分钟；（120kg/100cm)记录每贯入10cm的锤击数，如遇坚硬地层，每贯入10cm的锤击数50击，宜采用超重型，如遇松软地层，采用超重型每贯入10cm的锤击数小于5击，宜采用重型；采用重型每贯入10cm的锤击数小于5击时，可记录每阵击（1-5击）的贯入度，然后换算： N=n*10/s2022-2-21332022-2-21342.5.2影响因素1.杆长的影响1）理论牛顿碰撞理

17、论弹性波动理论2）是否修正不修正：岩土工程勘察规范，水利电力部相关动力触探规程。修正：建设部、铁道部、冶金部的动力触探规程；修正办法：N值乘一小于等于1的系数。 见P632022-2-2135击数杆长校正及统计分析1）轻型动力触探（不考虑杆长修正，据N-h曲线力学分层计算每层的N）以每层实测击数之算术平均值作为该层的最终值。 N10= N10 i/n2）中型动力触探：贯入时，记录一阵击的贯入量及相应锤击数（一般粘性土20-30cm为一阵击；软土3-5cm为一阵击）按下式换算为每贯入10cm的实测击数再校正。 N28=n*10/s； N28= N283）重型、特重型动力触探铁道部门：N63.5=

18、N63.5 N63.5=3N120-0.5建设部、冶金部：N63.5=N63.52022-2-21362.地下水的影响 对地下水位以下的中、粗砂、砾石、卵石层，按下式进行修正： N63.5= 1.1N63.5 +1.03.上覆土压力的影响 N63.5= N63.5 50/（v+10）4.杆侧摩擦的影响 在软粘土、有机土中，杆侧摩擦力的影响较大，对地下水位以上中密-密实砂土，杆侧摩擦力的影响可忽略不计。2022-2-21372.6试验资料整理及成果应用2.6.1资料整理 资料整理包括绘制N-h曲线，土层划分，计算土层平均贯入击数。 1.绘制动力触探N-h（N-h）曲线图2022-2-21382.

19、土层力学分层原则：由软层进入硬层时，分层界线可选在软层最后一个小值点以下10-20cm处由硬层进入软层时，分层界线可选在软层第一个小值点以上10-20cm处。超前影响滞后影响2022-2-21393.计算各层击数平均值1）划出界面影响范围，确定该层的有效厚度。2）在有效厚度内，剔除少量特殊点。（10%）。保留部分即为有效击数，算术平均值即为动力触探击数值。3) 地层中存在夹薄层时,如有效厚度0.3m,则：上、下均为基数较大的土层时，击数平均值取小于或等于该层中间部份击数的小值；上、下均为基数较小的土层时，击数平均值取大于或等于该层中间部份击数的较大值。2022-2-21404.成果分析1)评定

20、场地地基土的均匀性；2)确定软弱土层和坚硬土层的分布（进行力学分层）；3)评定地基土的状态或密实度；4)估算地基土的力学性质。2022-2-21412.6.2工程应用1.评定地基的承载力与变形模量P651）粘性土建筑地基基础设计规范GB50007-2002N10（粘性土）15202530fk（kPa）105145190230N10（素填土）10203040fk（kPa）851151351602022-2-2142广东省建筑设计院 fk=24+4.5N10铁二院（容许承载力） fk=41.08+30.3N63.52）碎石土铁道部动力触探技术规程水利水电部N63.5345681012fk（kPa）

21、140170 200 240 320 400 480N1203456810121416fk（kPa）250300 400 500 640 720 800850 9002022-2-21433）砂土 砾、粗、中砂 粉细砂N63.53456810fk（kPa）120150200240320400N63.5234567891012fk（kPa） 80110142 165 187 210 2322552773212022-2-2144 地基承载力地基承载力：广义地讲，地基承载力是地基土单位面积上承受荷载的能力；但在应用时一般是指不产生剪切破坏和不产生过量的沉降变形的承载能力，与水利行业的允许承载力和公

22、路行业的容许承载力是一个概念。但在建筑行业中，地基承载力往往只考虑地基强度的要求，对甲级、乙级及部分丙级建筑还要进行变形方面的验算。2022-2-2145 极限承载力极限承载力：在外荷作用下，使地基濒于破坏的荷载称极限荷载，这时地基对基础的反力称为极限承载力。允许承载力允许承载力：也叫容许承载力，指地基土不产生剪切破坏和不产生过量的沉降变形的承载能力，一般用极限承载力除以一定的安全系数来确定。2022-2-2146 承载力基本值承载力基本值：是指根据每组载荷试验或旁压试验等确定的该组试验的承载力和根据物性指标查表所确定的承载力，是确定承载力标准值(或特征值)的基础，用f0表示。承载力标准值承载

23、力标准值：是指对某一地层的各组承载力基本值经按一定的原则(如变异系数修正，最小值原则等)经统计处理后的地基承载力，所确定的是某一地层的承载力，用fk表示，这是老规范建筑地基基础设计规范GBJ7-79中的说法，目前很多人仍沿用这种说法。 承载力设计值承载力设计值：是指对承载力标准经过深度和宽度修正后确定的地基承载力，用f表示，这也是老规范建筑地基基础设计规范GBJ7-79中叫法。 2022-2-2147 地基承载力特征值地基承载力特征值fak概念：“由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。”是由荷载试验直接测定或由其与原位试验相关关系间接确定

24、和由此而累积的经验值。它相于载荷试验时地基土压力-变形曲线上线性变形段内某一规定变形所对应的压力值，其最大值不应超过该压力-变形曲线上的比例界限值。 修正后的地基承载力特征值修正后的地基承载力特征值fa是考虑了影响承载力的各项因素后，最终采用的相应于正常使用极限状态下的设计值的地基允许承载力。 单桩承载力特征值单桩承载力特征值Ra是由载荷试验直接测定或由其与原位试验的相关关系间接推定和由此而累积的经验值。它相应于正常使用极限状态下允许采用单桩承载力设计值。 2022-2-2148 临塑荷载临塑荷载：基础边缘地基土体将要出现尚未出现剪切破坏，即塑性区开展深度为零（=0）时，单位面积上地基所能承受的基底压力，在ps关系曲线上对应的是从弹性变形阶段过渡到塑性变形阶段的界限荷载，为不允许地基土产生塑性区时的基础底面压力，一般用pcr表示。 塑性荷载塑性荷载：限制塑性区的最大开展深度（或允许地基产生一定范围塑性区深度）所对应的基底压力。 临界荷载临界荷载：为允许地基土产生一定深度范围的塑性区时的基础底面压力，常用允许产生塑性变形的深度为基础宽度的1/4或1/3，对应的临界荷载分别用p1/4、 p1/3表示。 2022-2-2149影响地基承载力的因素影响地基承载力的因素地基承载力由三项组成：第一项为滑动土体自重所产生的抗力；第二