基于静力触探技术的土层及土类划分方法

1、研究生课程论文(2009-2010学年第二学期)土工试验原理和技术课程论文研究生：朱森提交日期：2010年年九月一日研究生签名：学号2学院土木和交通大学学科课程编号s课程名称土工试验原理和技术学位类别硕士林科教师刘淑华教师意见：成绩评价：子类教师签名：年月日基于静力触探技术的土壤和土壤分类方法朱参(中国华南理工大学土木和交通大学，广州，广东)摘要：静态触摸是工程中广泛使用的现场测试方法。介绍了静态探针的国内、外部发展情况、基本原理及性能应用，比较了单桥静态探针、双桥静态探针、孔压力静态探针等三种测试方法。重点探讨了静态探针曲线用于划分土层流的三种方法，即划分肉类流的三种方法：视觉经验法、分类图

2、法、变量统计分析方法。通过比较分析，结果：双桥静态探针既可以测量锥尖电阻，又可以测量侧壁摩擦阻力，因此比单腿静态探针精度高。气动静态渗透方法综合运用，划分曲线和土层，进一步提高了区分精度。随着计算机计算技术的发展基于变量统计理论的静态渗透方法是今后的发展趋势关键词：静态渗透技术；测试方法土层流划分中间分类编号：TU432文档标识号：a文档编号：作者介绍：朱森(1986 )、南、河南南阳人、华南理工大学岩土工程硕士研究生，主要从事风险分析方法在岩土工程中的应用及地下结构设计方法研究。E-mail:beihai_1986163.comclass ifications of soil layer a

3、nd soil properties on the basis of CPT technique周森氏(college of civil engineering transportation，south China university of technology，Guangzhou，中国)abstract : cone penetration test is a widely-used in-situ measurement in practical project . the development，Basic principle and applicationThe curves，and

4、 can be comprehensive ly used by pore pressure CPT，which improves the accuracy morethe CPT technique based on statistical theory is an evolution trend in the future。Key words: CPT techniquein-situ measurement；Classification1国内和国外发展状况的静态渗透Cone Penetration Test(CPT)是20世纪40年代随着实用土力学和理论土力学的建立，欧洲部分软土分布在比

5、较广阔的国家发展的现场测试方法1。1932年荷兰工程师P.Barentsen进行了世界上第一次静态渗透实验后，荷兰Delft土力学研究所设计了10t荷兰锥穿透装置，并将其用于文件承载力实验研究。1948年，Vermiciden和Plantema对荷兰圆锥进行了改进，防止泥土在套管和钢条之间进入。1949年荷兰Delft土力学研究所应用电测量探头展开了大量的实验研究工作。1953年，Begemann设计了可测量横向阻力的摩擦罩，进一步补充了静态渗透技术。1965年，荷兰Fugro和TNO联合推出了电测量式探头，为制定ISSMFE标准奠定了基础。从20世纪70年代末开始，气动静态渗透(CPTU)、

6、环境静态渗透及其他多功能探头等陆续出现，静态渗透技术得到了广泛应用和发展2。挪威土方研究所(NGI)首次开发了电测量式气动探针。1980年以来，同时测定气压和阻力的研究成果很多，应用于工程实践。我国在20世纪30年代出现了机械的荷兰静态探测器。1954年，陈宗基教授利用这项技术在黄土地站进行了相关实验研究。1964年，王宗基等独立成功开发了我国第一台电侧式探测仪。但在20世纪80年代后期，探针传感器技术的改进比较少，目前应用更多的是“单腿”探针和“双桥”探针，探针规格不同于国际通用。在一定程度上给国内外测试成果的比较和学术交流带来了困难和不便。2静态渗透技术及其结果的应用2.1静态渗透技术的基

7、本原理和应用条件静态渗透是准静态的(与动力检测相比，冲击很小或几乎没有)，将内部装有传感器的触摸探针以一定的速度压入泥土。地层中各种土壤的延展性和延展性不同，探针接受的阻力自然也不同。传感器通过电信号在记录系统中记录这种大小的渗透阻力，通过渗透阻力和土壤的工程地质特性之间的定性关系和统计相关性记录。静态渗透主要应用于粘性土、粉填方、砂填方。对于各种整修水利工程、工业及民用建筑工程、公路桥梁工程，静态渗透适用于地面以下50米以内的各种土层。特别是地层情况大变化的复杂场所和不容易得到原状土的饱和砂土和高灵敏度软黏土地层的调查更适合使用静态渗透进行调查。2.2静态渗透技术成果应用目前，国内工程界使用

8、的静态探针探针有三种：单桥探针、双桥探针、气动探针。单腿静态接触方法功能简单，在我国占主导地位，但存在分辨率低、与国际标准不一致的问题4。双桥静态探针已经应用，但发展较慢，气动探针应用较少。静力触探在工程中的应用主要表现在划分土层判别土流、确定土的工程性质指标、确定岩土工程设计参数三个方面。在调查精度和功能方面，气动静压优于双桥静压，双桥静压优于单桥静压，三种技术比较如下。1)单桥探针方法单腿探头静力触探具有很长的应用历史，相关经验公式很多，并包含在相关规范中，目前在工程勘察界得到了广泛应用。单桥静态渗透比渗透阻力只能进行测试，因此，根据(深度)曲线形式的变化和值的大小，可以对土体进行命名和分

9、层。在工程实践中，由于同一层土壤的年代、原因、荷载不同，其价值可能有很大差异。此外，徐璐其他土层的值也可以相同。因此，将土层名称分层为一个指标的分辨率比较低。在工程实践中，经常通过钻孔取样进行比较分析。2)双腿探针方法双桥静态接触可以检测两个参数，锥形端阻力和横向摩擦阻力。计算摩擦比，可以分割土流。根据这些测试数据，可以得到两条曲线，即关系曲线。两相对比精度高。侧摩阻力也是划分土壤的极好参数。3)孔压静态渗透方法(CPTU)孔压静态探针比双桥探针检测孔间隙水压U的三个指标，因此对土层的分辨率比双桥静态触探高得多。CPTU的测试结果表明，它广泛应用于岩土领域，主要包括四个方面。泄漏评价，强化特性

10、；为了满足徐璐其他需要，区分排水、部分排水、郑智薰排水渗透方式。提高土壤分层和土壤分类的可靠性。气动探头在划分土层土流方面优于单桥、双标定探头，在求土地性指标方面也优于其他两种方法。气动静压探头可以得到土层的固结系数和渗透系数，但其他两种方法不能。从调查费来看，气动探头最高，从价格效果来看，气动探头最低。因此，大量普及孔压探针的使用，提高静态探针的测试精度，与国际接轨。3静力触探曲线在土壤土壤分类中的应用确定地基承载力，评价地基土地液化特性，确定开挖层厚度，特别是统计分析一个土层的施工特性指标，必须正确划分土层，确定土的名称。当气动探针以机械力以一定速度按在土上时，探针受到来自土体的电阻，这种

11、电阻通过探针的传感器作为电信号输入记录器，并记录下来。然后通过将渗透率正系数转换为压力，可以根据深度得到各种曲线。土层的强度不同，同一层的土强度相似，因此如果反映在曲线上，就会出现分层分布规律。静态渗透测试具有高精度、功能完整、勘探和测试两个作用。如果不从测试中取样，结果的可靠性和再现性都很好，使用电气测量技术，便于测试和结果处理的微型化和自动化。此外，不受采样扰动等因素的影响，可持续获得地层强度和其他方面的信息，得到广泛使用。静态渗透的重要用途之一是划分土层，准确确定土层界面信息，这对土层工程特性指标的统计计算具有重要意义。从单腿静态探针到当前气动静态探针，土层和土流的划分方法也不断改进和改

12、善，主要分为以下三种方法：3.1视觉体验法那是检查探测原始数据，根据经验识别土流，划分土层。视觉经验法主要是指使用单腿静力触探曲线的方法。单腿静态探测器只能得到一个单数形式，所以仅凭这个参数还不足以准确判断土壤的种类。仅适用于城市、公共矿区等有当地底部概述的地方。在规范或规定内，与渗透阻力和土壤可塑性指数相关的关系建立的区域。天津地区可以利用交通部一航局提供的经验关系确定地基土的名称(见表1)。此外，工程师实际上根据自己的经验对渗透曲线形态的理解，以及比渗透阻力和层标准更定性的对比层次，见表2，35。表1交通一航局关系1.05.510.014.020.027.030.035.040.028.4

13、17.012.010.08.37.0表2根据渗透电阻的变化，机械分层的病床标准或(Mpa)最大渗透阻力与最小渗透阻力之比1.01.0至1.51.0至3.01.5-2.0 3.02.0至2.5表3不同土壤的曲线特征泥土层泥和粉质粘性土粘土和粉末粘土粉末泥土沙子杂笔基岩风化层曲子线特别的征兵值小尺寸，曲线缓慢地，没有突变现象值更大，曲线缓慢地，慢吞吞的是波形起伏，成为土层中间有个结核存在时，保存在个人中突变现象曲线起伏大，那波浪奉化市谱曲圆的(地下水位下面起伏小尺寸)，更改频率不大曲线起伏大，类似于盆土的变化，更改频率大，峰值和谱曲杰西尖的形状曲线变化不规则，经常出现突变现象曲线

14、起伏大，峰值，炮口杰西圆，变化频率大线类型据此，用单个静态渗透曲线参数值划分土层，表明土层划分不统一，土质分类不统一。我国在土质分类的原则上基本一致，但具体指标的界限和土壤的名称仍然不一致。例如，粘性土的分界线在国家标准中以 10为基准，有些规范以 7为基准。另外，对软土的定义和认识也有差异。因此，由于数据标准的不平衡，单腿静态接触分割土层的进行受到了限制。3.2分类图方法渗透参数与土流的关系受多种因素的相互作用影响。渗透参数交替重叠，但在复杂的关系中，可以找到主要趋势和规律。对双桥静态探针和气动静态探针测量的参数进行了大量研究，得到了划分以下几个土层的分类5。3.2.1双腿静态渗透曲线利用双

15、桥探针，静态触探可以同时测量锥形端阻力和侧壁摩擦阻力两个参数，因此，利用双桥参数分割土层和土壤类比单桥触摸曲线，可以提高准确度和准确性。在探针过程中遇到相同的东西，土性不同的话，可以再次使用来区分土流。因为不同的土壤在相同的时候是不同的。(莎士比亚，哈姆雷特)相反，相同的时候，就不同了。正如许多具有相同比例尺的双桥探针图所示，沙的曲线在曲线内部，粘性土的曲线在曲线外部，因此比例的大小与土壤的原因、种类和物理力学特性有着密切的关系。渗透参数和土类的关系受到多种因素的相互制约，渗透参数交替重叠，但在复杂的关系中，可以找到主要趋势和规律。此时，不仅可以划分粘性土和沙柳土这两个主要类别，还可以区分两个主要类别之间的转换带，即粉土等，这是非常重要的判断值。目前，双桥静力触探参数划分土层和土流的方法标准为北京铁路局标准、铁路部标准、斯莫特曼标准。a)北京铁路局标准北京铁路局在北京、天津、唐山、石家庄等地区，将70个静态渗透孔和相应的钻孔资料共分为270个组，绘制了3个散布图，如图1所示