第四章 圆锥动力触探试验.ppt

1、岩土工程测试技术,资环学院 吴道祥,第四章 圆锥动力触探试验,4.1 概述,圆锥动力触探试验（Dynamic Penetration Test，简称DPT）是利用一定的锤击能量，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据打入土中的难易程度（贯入阻力或贯入一定深度的锤击数）来判别土的性质的一种现场测试方法。 根据圆锥动力触探试验指标，可以用于以下目的： （1）进行地基土的力学分层； （2）定性地评价地基土的均匀性和物理性质（状态、密实度）； （3）查明土洞、滑动面、软硬土层界面的位置。,4.1 概述,利用圆锥动力触探试验成果，并通过建立地区经验，可以用于： （1）评价地基土的强度和变形参数； （2）评定

2、天然地基的承载力； （3）估算单桩承载力。 优缺点： （1）设备简单，且坚固耐用； （2）操作及测试方法容易，一学就会； （3）适用性广； （4）快速，经济，能连续测试土层； （5）有些动力触探，可同时取样，观察描述； （6）经验丰富，使用广泛； （7）试验误差大，再现性较差。,一、测试设备 a. 探杆（包括导向杆） b.提引器（分内挂式和外挂式两种） c.穿心锤 d. 锤座 e. 探头,4.2 试验的设备与基本原理,4.2 试验的设备与基本原理,二、试验基本原理 DPT 的基本原理可以用能量平衡法来分析。在一次锤击作用下的功能转换按能量守恒原理，其关系可写成： Em=Ek+Ec+Ef+Ep+

3、Ee 式中： Em-穿心锤自由下落能量； Ek-锤与锤垫碰幢时损失的能量； Ec-锤垫弹性变形所消耗的能量； Ef-贯入时用于克服杆侧壁磨阻力所耗能量； Ep-由于土的塑性变形而消耗的能量； Ee-由于土的弹性变形而消耗的能量；,4-1,4.2 试验的设备与基本原理,考虑在动力触探测试中，只能量测到土的永久变形，故将和弹性有关的变形略去： Ep=e1e2e3Em （4-2） 或近似有： Ep=0.06Em （4-3） 假设经过N次锤击，探头贯入土中深度为h，平均每次锤击传至探头的能量，也就是消耗于探头贯入土中所作功，即为： Ep=RdAh/N （4-4） 式中： A探头的截面积（cm2）； R

4、d 探头单位面积的动贯入阻力（J/cm2） 也就有：,4.3 试验方法和技术要求,圆锥动力触探试验的类型，按其贯入能力的大小可以分为轻型、重型和超重型三种。,4.3 试验方法和技术要求,一、轻型圆锥动力触探 1.仪器设备 2.试验方法与技术要求 （1）用轻便钻具钻至指定深度，放入探头和探杆，保持探杆垂直，对试验土层连续进行触探。 （2）人工或机械提升10kg的穿心锤，落距为0.50m，自由下落。锤击频率控制在15-30击/min。记录每打入土层中0.30m时所需的锤击数。 （3）若需描述土层情况时，可将触探杆拨出，取下探头，换钻头进行取样。 （4）如遇密实坚硬土层，当贯入0.30m所需锤击数超

5、过100击或贯入0.15m超过50击时，即可停止试验。如需对下卧土层进行试验时，可用钻具穿透坚实土层后再贯入。 3.适用范围 主要适用于一般粘性土、素填土、粉土河粉细砂，连续贯入深度一般不超过4m。,4.3 试验方法和技术要求,二、重型圆锥动力触探 1.仪器设备 重型和超重型圆锥动力触探的设备，与轻型动力触探基本相同，只是在尺寸和重量上有所差别，另外，重型和超重型动力触探一般都采用自动落锤技术，在重锤上增加了提引器，其主要功能是将穿心锤提升到指定高度，穿心锤自动脱落自由落下。,4.3 试验方法和技术要求,2.试验方法与技术要求 （1）试验前将触探架安装平稳，使触探保持垂直地进行。垂直度的最大偏

6、差不得超过2%。触探杆应保持平直，连结牢固。 （2）贯入时，应使穿心锤自由落下，落锤高度为0.76m。地面上的触探杆的高度不宜过高，锤座距孔口高度不宜大于1.5m，以免倾斜与摆动太大。 （3）锤击速率宜为每分钟15-30击。打入过程应尽可能连续，所有超过5min的间断都应在记录中予以注明。 （4）试验过程中，每贯入1m，将探杆转动1圈半，贯入深度超过10m，每贯入20cm转动探杆1次，以减小探杆与土层的摩擦力。,4.3 试验方法和技术要求,（5）对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过1215m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻影响。 （6）每贯入0.1m所需锤击数连续三次超过50击时，即

7、停止试验。如需对下部土层继续进行试验时，可改用超重型动力触探。 （7）本试验也可在钻孔中分段进行，一般可先进行贯入，然后进行钻探，直至动力触探所测深度以上1m处，取出钻具将触探器放入孔内再进行贯入。 3.适用范围 重型动力触探的适用范围，主要是中砂-碎石类土，其次是粉细砂及一般粘性土。触探试验深度范围，一般在1-16m左右。,4.3 试验方法和技术要求,三、超重型动力触探 （1）贯入时穿心锤自由下落，落距为1.00m。贯入深度一般不宜超过20m，超过此深度限值时，需考虑触探杆侧壁摩阻的影响。 （2）其他步骤可参照重型动力触探进行。,1.动力触探的有效锤击能量 有效锤击能量的大小是影响动力触探成

8、果N值的最主要因素。 探头的单位动贯入阻力和锤击数成正比关系，因此可以用探头的动贯入阻力作为动力触探的成果，评价土的工程性质。 动力触探探头大小、穿心锤重量等差别较大，可以用动贯入阻力将各种动探做归一化处理，即可相互通用。,4.4 影响因素和试验指标的修正,2.测试设备与方法的标准化 落锤技术比较关键 人力牵引落锤与自动落锤的锤击数之间的关系：人力牵引的锤击数要小于自动落锤的锤击数。 自动落锤的锤击数再现性好，结果可靠。 人力牵引落锤的锤击数需修正，建议采用自动落锤技术。,4.4 影响因素和试验指标的修正,3.动力触探设备贯入能力 动力触探的设备贯入能力由锤重、落距、探头截面形状等决定。 在软

9、土中测试，应采用轻型动力触探，以获得较高的精度。 在砾石等土中，应用重型或超重型的动力触探，以获得有效的贯入。 不同类型的动力触探适宜于不同土层，轻型不大于10m，重型的为14-25m，超重型的可达40m。,4.4 影响因素和试验指标的修正,4.探杆长度的影响 关于探杆长度的影响，世界各国看法很不一致。许多国家认为没有影响，探杆长度不必进行校正。其原因是：随测试深度的增加，探杆重量增加，其影响是减少锤击数；但随着深度的增加，探杆和孔壁之间的摩擦力和土的侧向压力也增加了，其影响是增加锤击数。因此两者的影响可部分抵消，不必对探杆长度进行校正。只有我国和日本的个别规范规定，须对探杆长度进行校正。 我

10、国各领域的规范或规程也不尽统一，在现行勘察规范仅对采用重型、超重型圆锥动力触探成果判别碎石土密实度时的杆长修正做出规定；在有些行业的规程中，如铁路工程地质原位测试规程（TB10041-2003）规定须进行杆长修正。我国建筑地基基础设计规范中规定对N63.6进行杆长修正。,4.4 影响因素和试验指标的修正,4.4 影响因素和试验指标的修正,式中： N63.5、N120经修正后的重型圆锥动力触探锤击数； N63.5、N120 实测重型圆锥动力触探锤击数。,建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）：,5. 杆侧摩擦的影响 探杆的侧壁摩擦的影响也很复杂。在有些土层中，特别软粘土和有机土，侧壁摩

11、擦对击数有重要影响，而对中密-密实的砂土，尤其是在地下水位以上，由于探头直径比探杆直径大，侧壁摩擦是可以忽略的。 一般情况下，重型动力触探深度小于15m、超重型小于20m时，可以不考虑探杆侧壁摩擦的影响，如缺乏经验，应采取措施消除侧壁摩擦的影响（如用泥浆）。 6.上覆压力的影响 通过试验分析，上覆压力对动力触探贯入阻力的影响明显，但对于一定相对密度的砂土，上覆压力对圆锥动力触探试验结果存在一个“临界深度”，即锤击数在此深度范围内随贯入深度的增加而增大，超过此深度后，锤击数趋于稳定。,4.4 影响因素和试验指标的修正,4.4 影响因素和试验指标的修正,7.地下水的影响 地下水位以下的中、粗砾石和

12、圆砾、卵石层，可以按下式修正： N63.5=1.1N63.5+1.0 水利电力部门的规程中，认为不需考虑地下水的影响。现行勘察规范和地基基础设计规范中也没相关规定。 8.探杆偏斜的影响 实践表明，触探杆的偏斜会增加探杆与孔壁的摩擦，减小有效锤击能量，对锤击数也有较大影响。因此，应保证探头、探杆、导向杆的垂直度，防止锤击偏心及侧向晃动等。防止措施有：锤垫离地面不宜太高；孔口加导向器；用窄长木板顶住钻机扶持钻（探）杆，以减少探杆晃动或偏斜。岩土工程勘察规范规定：触探杆最大偏斜度不应超过2，锤击贯入应连续进行，同时应防止锤击偏心、触探杆倾斜及侧向晃动；锤击速率每分钟宜为1530击。,4.5 试验资料

13、整理与成果应用,一、试验资料的整理与分析 1.绘制动力触探N-h或N-h曲线图：以锤击数为横坐标，以贯入深度为纵坐标，绘制N-h或N-h曲线图。 2.划分土层界线 结合勘察场地的地质资料对地基土进行力学分层。分层时要考虑动贯入阻力在土层变化附近的“超前”反应，即探头尚未实际进入下面土层之前，动贯入阻力就已“感知”土层的变化，提前变大或变小。反应的范围约为探头直径的2-3倍。因此，在划分土层时，有软层进入硬层时，分层界线可选在软层最后一个小值点以下2-3倍探头直径处，而由硬层进入软层时，分层界线可定在软层第一个小值点以上2-3倍探头直径处。,4.5 试验资料整理与成果应用,3.计算各层的击数平均值 首先按单孔统计各层动贯入指标平均值，统计时，剔除个别异常点，且不包括“超前”和“滞后”范围的测试点，然后根据各孔分层贯入指标平均值，用厚度加权平均法计算场地分层贯入指标平均值和变异系数。以每层土的贯入指标加权平均值，作为分析研究土层工程性能的依据。 4.成果分析 利用圆锥动力触探试验成果，不仅可以用于定性评定场地地基土的均匀性、确定软弱土层和坚硬土层的分布，还可以定量地评价地基土的状态或密实度，估算地基土的力学性质。,4.5 试验资料整理与成果应用,二、试验成果的工程应用 1.评定地基土的状态或密实程度 根据建筑地