静力触探动力触探和冲击振动触探.docx
《静力触探动力触探和冲击振动触探.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《静力触探动力触探和冲击振动触探.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
静力触探动力触探和冲击振动触探
触探（包含标准贯入）
工程地质勘察中在野外钻探现场，直接测试土层物理力学性质的方法。
利用外力使专门的测试探头插人土层，根据贯人、回转和起拔时的阻力测定土质的物理力学性质。
分有静力触探、动力触探和冲击振动触探等。
静力触探是用压入装置将探头压入被试验的土层，用电阻应变仪测量出土的贯入阻力。
静力触探装置比较复杂，全部仪器设备装在一个汽车上，包括有加压装置：
液压加载系统、支承架、触探杆；反力系统：
地锚、拉杆；测量系统：
探头、电缆、电阻应变仪等。
静力触探的电阻读数可以与野外载荷试验测得的容许承载力、变形模量建立相关关系，从而计算得出测试土层的容许承载力和变形模量并进行土层分类。
动力触探是利用一定重量落距的落锤能量，将标准尺寸的圆锥形探头打入土层中，根据打入土中的难易程度（贯入度）判定土的性质：
①定性划分不同性质的土层，触探分层，检查填土质量，探查滑动带、土洞等；②根据相关经验的相关关系通过对比计算，定量确定矿土密度、容许承载力、变形模量等。
动力触探是动力检测试验的一种，即圆锥动力触探试验，一般将圆锥动力触探试验简称为动力触探或动探。
分为轻型、重型和超重型3种试验，三种重锤的重量分别为10kg、63.5kg和120kg。
动力触探试验的探头为锥尖状，试验时记录重锤锤击后探头进入特定土层深度时的锤击数N作为探测指标，具体详见《圆锥动动力探测器力触探试验规范》。
第一节概述
动力触探分为：
圆锥动力触探标准贯入试验
圆锥动力触探试验（DynamicPenetrationTest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。
标准贯入试验（StandardPenetrationTest简称SPT）是一种在现场用63.5kg的穿心锤，以76cm的落距自由下落，将一定规格的带有小型取土筒的标准贯入器打入土中，记录打入30cm的锤击数（N），并以此评价土的工程性质的原位试验。
根据圆锥动力触探试验指标，可用于下列目的：
◆进行地基土的力学分层；
◆定性地评价地基土的均匀性和物理性质（状态、密实度）
◆查明土洞、滑动面、软硬土层界面的位置。
◆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：
⏹评定地基土的强度和变形参数；
⏹评定天然地基的承载力；
⏹估算单桩承载力。
标准贯入试验的应用（目的）
◆评价地基土的物理状态（如地层剖面及软弱夹层）；
◆评价地基土的力学性能参数（如变形模量、物理力学性质指标）；
◆计算天然地基的承载力；
◆计算单桩的极限承载力及选择桩尖持力层；
◆评价场地砂土和粉土的液化可能性及等级。
动力触探测试的优点：
Ø设备简单，坚固耐用；
Ø操作及测试方法容易；
Ø适用性广；
Ø快速，经济，能连续测试土层；
Ø有些动力触探，可同时取样，观察描述；
Ø经验丰富，使用广泛。
动力触探的类型
类型
轻型
重型
标贯试验
超重型
落锤
锤的质量/kg
10
63.5
63.5
120
落距/cm
50
76
76
100
探头
直径/mm
40
74
对开管外径51mm，内径35mm
74
锥角
60
60
刃角18-22
60
探杆直径/mm
25
42
42
50~60
指标
贯入30cm的锤击数N10
贯入10cm的锤击数N63.5
贯入30cm的锤击数N63.5
贯入10cm的锤击数N120
标准贯入试验适用土层：
砂性土、粘性土，不适用于碎石类土及岩层。
第二节试验的设备与基本原理
一、试验的设备
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（包括钢砧与锤垫）
e.探头
轻型动力触探仪（单位：
mm）重型、超重型动力触探探头（单位：
mm）
1－穿心锤；2—钢砧与锤垫；3－触探杆；4－圆锥探头；5－导向杆
标准贯入试验设备主要有：
◆贯入器
◆触探杆
◆穿心锤
标贯与一般动探的主要区别在于探头不同
1．贯入器
标准规格的贯入器是由对开管和管靴两部分组成的探头。
对开管是由两个半圆管合成的圆筒型取土器；管靴是一底端带刃口的圆筒体。
二者通过螺纹连接，管靴起到固定对开管的作用。
贯入器的外径、内径、壁厚、刃角与长度都有标准化尺寸，见表5-1。
2．穿心锤
重63.5kg的铸钢件，中间有一直径45mm的穿心孔，此孔为放导向杆用。
国际、国内的穿心锤除重量相同外，锥形上不完全统一。
落锤能量受落距控制，落锤方式有自动脱钩和非自动脱钩两种。
目前国内普遍使用自动脱钩装置
3．触探杆
国际上多用直径为40~50mm的无缝钢管，我国则常用直径为42mm的工程地质钻杆。
在与穿心锤连接处设置一锤垫。
标准贯入试验设备原先并不标准。
各部件的规格各国有所差异。
国际土力学与基础工程协会（ICSMFE）于1957年成立专门委员会开展研究工作，以解决SPT的标准化问题。
并于1988年向第一届国际触探试验会议提出标准贯入试验国际标准建议稿，于1989年获得通过，开始执行。
我国目前采用的SPT设备与国际标准一致，《岩土工程勘察规范》（GB50021—2002）要求SPT的设备应符合表5-1的规定。
表5-1标准贯入试验设备尺寸
二、测试原理
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，其关系为：
Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee=Mv2/2
Em----穿心锤下落能量；
Ek----锤与触探器碰幢时损失的能量；
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；
M----落锤的质量（kg）；
V----落锤下落碰撞探杆前的速度（m/s）。
由于受落锤方式、导杆摩擦、锤击偏心、材质、形状与大小、杆件传输能量的效率等因素的影响，损失一部分能量，则有效能量为：
EP=e1e2e3EM≈0.60EM
☐规定一定的贯入深度；
☐采用一定规格的落锤和规定的落距。
锤击数N的大小直接反映了动贯入阻力Rd的大小，即直接反映了被贯入土层的密实程度和力学性质。
第三节试验方法和技术要求
一、轻型动力触探
（1）先用轻便钻具钻至试验土层标高以上0.3m处，然后对土层进行连续触探，记录每打入0.30m所需的锤击数；
（2）试验时，将10kg的穿心锤提升0.50±0.02m，锤击频率控制在15～30击/min；
（3）如需取样，则需把触探杆拔出，换钻头进行取样。
（4）用于触探深度小于4m的土层。
二、重型、超重型动力触探
（1）试验前将触探架安装平稳，使触探保持垂直地进行。
垂直度的最大偏差不得超过2%；
（2）贯入时应使63.5kg穿心锤自由落下。
地面上的触探杆的高度不宜过高，不超过1.5m，以免倾斜与摆动太大；
（3）锤击速率宜为每分钟15~30击；
（4）及时记录每贯入0.10m所需的锤击数，每贯入1m转动探杆一圈半，深度超过10m，每贯入20cm转动探杆一次，以减少探杆的摩擦；
（5）对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过12~15m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响；
（6）每贯入0.1m所需锤击数连续三次超过50击时，应停止试验。
触探试验深度1~16m。
三、标准贯入试验方法与技术要求
1．标准贯入试验必须与钻探配合，以钻机设备为基础。
钻进方法：
为保证钻孔质量，要求采用回转钻进，并保持孔内水位略高于地下水水位，当钻进至试验标高以上15cm时，停止钻进。
还应注意：
⏹仔细清除孔底残土到试验标高，换用标准贯入器，并量得深度尺寸；
⏹在地下水位以下钻进时，或遇承压含水砂层时，孔内水位应始终高于地下水位，以减少对土的振动扰动；
⏹当下套管时，要防止套管下过头，否则在管内做试验会使N值偏大。
2．为保证锤击时钻杆不发生侧向晃动，钻杆应定期检查，使钻杆弯曲度小于0.1%，接头应牢固。
3．采用自动脱钩的自由锤击法进行标贯试验，并减少导向杆与锤之间的摩擦阻力。
避免锤击时偏心和晃动，保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直度，以保持锤击能量恒定。
4．将贯入器垂直打入试验土层中，锤击速率应小于30击/min。
先打入15cm，不计锤击数，继续贯入，记录每打入10cm的锤击数，累计30cm的锤击数即为标准贯入锤击数N。
若遇比较密实的砂土，贯入不足30cm的捶击数已超过50击时，应终止试验，并记录实际贯入深度△S（cm）和累计击数n。
按下式换算成贯入30cm的锤击数N：
N=30n/△S
5．提出贯入器，将其中土样取出进行鉴别描述、记录，然后换以钻具继续钻进，至下一需要进行试验的深度，再重复上述操作。
一般每隔1.0~2.0m进行一次试验。
6．在不能保持孔壁稳定的钻孔中进行试验时．应下套管以保护孔壁，但试验深度必须在套管75cm以下；或采用泥浆护壁。
7．最后绘出击数N和贯入深度标高（H）的关系曲线。
见图5-3。
标准贯入试验SPT
记录每打入30cm的锤击数：
N63.5=？
第四节影响因素和试验指标的修正
一、设备因素
◆穿心锤的形状和质量；
二、人为因素
☐锤的高度、锤击的速度和操作方法；
☐读数量测方法和精度；
☐触探孔的垂直程度、探杆的偏斜度,杆侧摩擦；
☐钻孔的护壁、清孔。
标准贯入试验
一、标贯试验的修正
试验的影响因素是很复杂的，其中有些因素可通过标准化的办法使其统一以减少对试验成果的影响，如设备、落锤方法、试验方法等影响因素属于这一类。
但另一些因素如杆长、地下水位、上覆压力等，则是无法人为控制的，因此要进行修正。
1．杆长修正
与圆锥动力触探相似，关于试验成果进行杆长修正问题，国内外的意见并不一致。
（1）根据牛顿弹性碰撞理论修正
《建筑地基基础规范》（GBJ7—89）规定，标准贯入试验的贯入深度不宜超过21m。
同时规定，当试验深度大于3m时，实测锤击数N’需按下式进行钻杆长度修正：
N=αN’
式中，α为修正系数，按表5-2取值。
杆长（m）
≤3
6
9
12
15
18
21
25
30
40
α
1.00
0.92
0.86
0.81
0.77
0.73
0.70
0.68
0.65
0.60
（2）日本东海大学宇都-马等实测了水平搁置的20m钻杆系统在受锤击时杆顶端与底端的锤击动应力的衰减情况和位移，建议的修正关系如下：
当杆长l≤20m时，N＝N’；
当l＞20m时，N＝（1.06一0.003L）N’
（3）按弹性杆件波动理论修正
当杆长l≥14m时，N＝N’（α=1.0）；当l<14m时，由于输入钻杆的锤击能量随着杆长变短而变小，使锤击值偏大，α偏小，故不作杆长修正。
（4）不作杆长修正
《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）及《岩土工程勘察规范》（GB50021-2002）规定不进行杆长修正。
虽然目前有些规范还要进行修正，但国内外研究的总趋势是不再进行杆长修正。
2.上覆压力的影响
即考虑试验深度处土的围压对试验成果的影响，认为随着土层中上覆压力的增大，标准贯入试验锤击数相应增大。
国内对此未予重视（国内不进行校正），国外则作了较多研究，认为应采用下式进行修正：
N1=cNN
N——实测锤击数；
Nl——修正为上覆压力σ’v0＝100kPa的锤击数；
cN——
升级会员 