岩土静力触探试验原理及技术讲义图文丰富

第六讲

静力触探试验岩土工程测试原理及技术讲义静力触探试验概念

静力触探试验(CPT)(conepenetrationtest)是用准静力(没有或少有冲击荷载)将一个内部装有传感器的标准规格的探头匀速压入土中，同时量测探头阻力，测定土的力学特性。由于地层中各种土的状态和密实度不同，探头所受的阻力也不一样，传感器将这些大小不同的贯入阻力转换成电信号，借助电缆传送到记录仪并记录下来，通过贯入阻力与土的工程地质特性之间的定性关系和统计相关关系，来实现获取土层剖面、提供浅基础承载力、选择桩尖持力层和预估单桩承载力等岩土工程勘察的目的。§6.1静力触探试验概念静力触探试验概念

静力触探试验就是利用贯入阻力的大小与土层的性质相关的特点，通过贯入阻力的变化情况，达到了解土层的工程性质的目的。静力触探试验兼有勘探和测试双层功能。既可以对地基土进行力学分层并判断土的类型，又可以确定地基土的参数(强度、模量、状态、应力历史)、砂土液化可能性、浅基础承载力、单桩竖向承载力等。

静力触探试验适用于软土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。

静力触探试验对碎石类土和较密实砂土难以贯入，也不能直接地识别土层。

静力触探试验一般和钻探一起配合运用。§6.1静力触探试验概念静力触探试验概念§6.1静力触探试验概念图6-6静力触探示意及其曲线（a）静力触探示意及土层剖面（b）静力触探曲线

静力触探试验特点

静力触探试验具有快速、精确、经济和节省人力等特点。特别是对于地层变化较大的复杂场地以及不易取得原状土样的饱和砂土和高灵敏度的软粘土地层的勘察。另外，静力触探试验还能够准确地确定桩尖持力层，这是其余勘探手段难以比拟的。§6.1静力触探试验概念静力触探贯入设备

静力触探贯入设备包括加压装置和反力装置两部分，其目的是将探头压入土中。§6.2静力触探试验设备一.加压装置其作用是将探头压入土中。一般有“手摇式、齿轮机械式、全液压传动式”等，详见下页图。手摇式——用于较大设备难以进入的狭小场地的浅层地基土的现场测试。齿轮机械式——可单独落地组装，也可装在汽车上，贯入阻力小，贯入深度有限。全液压传动式——普遍应用的贯入设备，最大贯入阻力可达200kN。静力触探贯入设备包括“利用地锚作反力、利用重物作反力、利用车辆自重作反力”等方法。利用地锚作反力——用于地表有一层较硬的粘性土覆盖时。利用重物作反力——用于地表土为砂砾、碎石土等地锚难以下入时。利用车辆自重作反力——贯入设备装在汽车上时。§6.2静力触探试验设备二.反力装置静力触探贯入设备§6.2静力触探试验设备静力触探贯入设备§6.2静力触探试验设备静力触探贯入设备§6.2静力触探试验设备静力触探贯入设备§6.2静力触探试验设备静力触探探头静力触探试验将探头压入土中时，由于土层的阻力，会使探头受到压力。土层的强度越高，探头所受到的压力越大。探头内置由传感器，通过探头内的阻力传感器，会将土层的阻力转换成电信号，然后由仪表测量出来。探头就是这样工作的，再利用材料变形的胡克定律、电量变化的电阻率定律和电桥原理，而实现岩土原位勘察功能的。§6.2静力触探试验设备一.探头的工作原理静力触探探头1.材料变形的胡克定律传感器受力后要产生变形。根据弹性力学原理中的胡克定律，如果应力不超过材料的弹性范围，其应变的大小与土的阻力大小成正比，而与传感器的截面积成反比。因此，只要能够将传感器的应变变化的大小测量出来，即可知道土阻力的大小，从而求得土的有关指标。§6.2静力触探试验设备静力触探探头2.电量变化的电阻率定律如果在传感器上贴上应变片，当传感器受力变形时，应变片也随之产生相应的应变，从而引起应变片的电阻产生变化。根据电量变化的电阻定律，应变片的阻值变化与电阻丝的长度变化成正比，与电阻丝的截面积变化成反比，这样就能将传感器的变形转化为电阻的变化。此时，只要能够将应变片的电阻变化的大小测量出来，就可知道传感器的应变变化的大小。§6.2静力触探试验设备静力触探探头3.电桥原理传感器在弹性范围内的变形很小，引起的传感器上贴的应变片的电阻变化也很小，不容易被测量出来。此时，可以在传感器上贴一组应变片，组成一个电桥电路，使电阻的变化转化为电压的变化，通过放大，就可以测量出来。此时，只要测出放大了电桥电路的电压的变化，就可以测量出来应变片的电阻变化。§6.2静力触探试验设备静力触探探头

静力触探试验就是通过探头传感器而实现的一系列的能量转换：土的强度→土的阻力→传感器的应变→电阻的变化→电压的输出。最后由电子仪器将“电压的输出”的电信号放大和记录下来，经过换算，就可达到获取土的强度和其他指标的目的。§6.2静力触探试验设备静力触探探头

静力触探的探头的构造基本差不多，主要是根据电桥电路的不同，区分为：单桥探头、双桥探头、孔压探头(在单桥或双桥探头的基础上增加了能够量测孔隙水压力的功能)这几种，详见下页图。§6.2静力触探试验设备二.探头的结构静力络触探柱探头§6亿.2狐静力蜻触探蛮试验慨设备静力触要探探头§6葛.2且静力摊触探迫试验返设备静力触顽探探头§6.装2静力终触探试仙验设备静力触镜探量测精仪器目前杯我国这常用泰的静力趣触探笼试验测量卡装置扑主要勿有电踢阻应都变仪轻、自纳动记妖录仪竞、静守探微爆机等巧三种服类型盲。其中钻静探蠢微机原能采剩用人滋机结阁合的哑方法竖整理叼资料绒，能担自动迷计算堡静力斜触探且分层痒力学拼参数臂，自径动计惕算单恐桩承桌载力元，提习供qc、fc、Es等地廊基参季数，论是目携前常脉用的静力钱触探测量仪忘器。§6珠.2胸静力游触探悠试验偿设备试验浑准备秆工作静力居贯入鼠试验的准备呀工作包麦括以下逼一些内珍容：1.湿设置屈反力餐装置企(或构利用期车装蚁重量鸦)。2.安疑装压入丛和量测暮装备。导将触探剧机就位男后，应庸调平机释座底板羊，并用拨水准尺棍校核，增使贯入晕压力保嫁持竖直练方向，纲并使机潜座与反政力装置烛衔接、谢锁定。3.检家查电源凭电压是闸否符合昏要求。4.雀检查骡仪表待是否淡正常淡。5.顾将探颤头接败上测叉量仪崭器(扔应与艰探头死标定复时的培测量灶仪器京相同拳)，误并对晕探头剧进行喜试压建，检崖查顶境柱、难锥头械、摩槐擦筒拥是否痰能正饿常工飞作。§6懂.3而静力绕触探且试验昏要点现场危试验玻工作试验现旱场的主愚要工作时需要注悬意的主符要有§6.蒜3静力史触探试群验要点一.探昌头归零将探头帐压入地舰表下0腰.5m名左右，刷经过一杀定时间尿后，将声探头提携升10~25c陆m，使窄探头在忠不受压悠的状态复下与地缝温平衡辉，以设欺法消除温库度变化适对传直感器疑的影响。待读够数漂移驱稳定后福，将仪否表调零蒸，然后辛可以开浓始贯入徐。开始酬贯入案后，油应该卸继续挪进行裂探头显归零窄工作伞，以消除开温度变化对织传感器疑的影响。具体欺做法是壮：每贯尿入一定镰深度(灭一般2乱m左右抽)，提港升探头机5~10c朴m，并障记录探雁头不归活零数，谣随即将们仪器归旷零。现场膝试验希工作触探机奇的贯入览必须匀速，其怨贯入缝速率咏一般裳控制联在1棒.2橡±0禽.3妥(m/mi支n)。§6或.3劝静力脑触探量试验俭要点二.贯塔入速率孔深超税过6m献后，可肺根据不滔归零数逗大小，隶放宽归徒零检查定的深度纵间隔。终孔糕起拔护时和探头哭拔出置地面后，眯都应振记录亩不归五零数汇。不归方零数塔也称捕为“初读数”，是熔指探头泽在不受土忙层阻力的条确件下槐，传感鞋器初始应着变的读数(即箭零点征漂移挽)。初读数的主要蚊用途是病后面进首行读数溉修正。现场悬试验情工作一般形要求笛每1滨0c驱m左欢右记菌录一巩次读公数，揉也可载根据谊土层宣情况益增减仓，但革不能始超过草0.拉2c得m；铺使用秆自动道记录嘉仪时办，应狂注意拒桥压伶、走吧纸和棚划线雅情况猎。深度记赶录误差垃不超过讯±1%阅，当贯资入深度滔超过3凑0m或吃穿过硬谅土层后址，应有猪倾斜数听据。§6.刻3静力附触探试欢验要点三.桨贯入烘读数四.备终止咱贯入当贯入到达预定深悟度或出现下列情况之海一时，职应停率止贯平入：(1发)触斥探主纸机达潮到最摘大容串许贯饶入能芒力；废(2液)探膏头阻豆力达姓到最灭大容别许压透力；枣(3哄)探与杆出袖现明苗显弯链曲；顷(4醉)反摔力装垫置失瓣效。《岩土狮工程勘归察规范侦》(GB-齐500运21-执200烛1)的宣第条笨：“静力触蕉探试验成果伐分析羞应包谊括下碗列内声容：1.绘制其各种溜贯入饲曲线：单桥擦和双桥依探头应奇绘制ps-z曲线者、qc-z曲线、fs-z曲线惨、Rf-z曲线贤；孔冲压探罩头尚搅应绘决制ui-z曲线科、qt-z曲线、ft-z曲线汉、Bq-z曲线和柔孔压消蓝散曲线ut-lgt曲线寒；2.根据贯胡入曲线勤的线型暗特征，结奋合相役邻钻街孔资锻料和模地区傲经验谊，划分杰土层和评定级土类；计算各土姻层静乱力触签探有讯关试验支数据清的平蓝均值，或搬对数据进行统计禁分析，提供静力触帐探数据谅的空间变丑化规律。§6伏.4吸静力含触探差资料蛙整理原始球记录祥的修咸正包完括读双数修葱正、奋曲线划脱节竭和深绳度修很正三金个内冒容。1.读需数修正桶——消摊除温度形影响：自动记求录仪读数时宴，在触衔探前和浆触探过摘程中，赛每每贯锣入一定玩深度(震一般2狮m左右炊)，提易升探头抵一次，江并将仪吊器的初瓦读数调设零，这拴样得到杏的数据可以不某做修正。如果初上读数不轧归零，天仍然需格要每贯舰入一定抚深度(纤一般2险m左右屠)，提鸽升探头酱一次，命不调零果但记录急初读数书，然后雪根据归仗零检查完的深度银间隔按线性莲内插法对测而试值溉加以修正。ε=ε1-ε0一.原珠始记录选的修正§6抚.4窝静力量触探砖资料笔整理单孔敬资料羊整理2.螺曲线陈脱节无修正巷：非连固续贯罪入触筐探仪求每一剖行程铸结束辉和新柜的行债程开歉始时气，自症动记谷录仪膏的自绿动记辞录的针曲线卧会出勇现台欠阶或追喇叭戚口状设，如搂右下蓄图所乡丰示。对于这贷种情况蹈，一般以停机奥前曲线肥位置为深准，顺应描曲线奴变化轿趋势蓄，将假曲线较圆档滑地连启接起来撇，见右图摧中的缘瑞虚线涨所示伏。§6犁.4趋静力猴触探草资料提整理单孔资物料整理3.深恭度修正上：静力触恭探过程碧中，由公于导轮倚磨损、漠导轮与貌触探杆插打滑，拥以及触条探孔倾久斜、触堵探杆弯叉曲等原价因，会首造成记英录曲线衬上记录雾深度与栗实际深路度不符兼。对于杆触探卵杆打是滑、幅速度嗓比不坚准等鸭原因旋造成辅的深异度误干差，跪应在锯贯入学过程滨中随洁时注蹲意，阶做好财标记楼，在淘整理组资料逗时，沙按深累度线玻性修胞正误屑差或冰在漏任记处临补全断。对于桥导轮喘磨损滤引起曲的误追差，懒应及诞时更永换导艺轮。对于故孔倾厉斜引淘起的致误差嫩，则申应在信触探顶的同态时量秤测探浮杆的羊倾斜红角(娱相对杯铅垂啄线)悄，则魂可以捐按下义式对届贯入骡量进此行修墓正。§6.签4静力妈触探资园料整理单孔叫资料掏整理触探江时，杜量测喷到的担某段柳探杆写倾斜饰角(哄相对差铅垂协线)省为△hi，则撒该段岗的贯入修正量幅为：式中△hi——第i段深度恋修正值葱；θ,止θi——第i次和粱第i-1散次实订测的蔑倾斜要角。触探结叶束时的吧总修正炕量为∑△hi，则实霸际的贯通入深度宁应为：§6.某4静力致触探资老料整理单孔资申料整理单桥勤探头遥的比视贯入魄阻力凶、双撇桥探鱼头的拆锥头钓阻力秩及侧跟壁摩幻玉阻力角按下假列公源式计键算：ps=Kp·εpqc=Kq·εq；fs=Kf·εf式中：ps——单棋桥探头紫的比贯趣入阻力拍(MP乞a)；qc——双刺桥探头块的锥头垃阻力(庙MPa挨)；fs——贝双桥关探头割的侧衡壁摩鼠阻力尖(M想Pa屯)；Kp、Kq、Kf——分榴别为单确桥探头水、双桥句探头的尸标定系写数(M妻Pa/με)；εp、εq、εf——霉分别虚为单菊桥探押头、即双桥摆探头周贯入减的应摆变量咬(με)。二.哈贯入迟阻力昏的计吐算§6合.4矩静力念触探旱资料叙整理单孔纷资料驱整理摩阻篇比α是以徐百分男率表顷示的贪各对衬应深仪度的摸锥头贿阻力清和侧遮壁摩阵擦力染的比帆值：α=闭fs/qc×100%式中α——乳双桥搭探头候的摩绞阻比告。三.摩证阻比的帮计算§6.死4静力言触探资卸料整理单孔资术料整理使用末微机毙触探突时，访可由许微机驴自动国完成趁需要对的单犹孔静汁探曲挡线。人工盲读数邪记录夹时，拐需要核根据暑测得肌的数皮据绘触制单猎孔静著探曲毅线。需要绘卧制的曲祥线一般演包括：ps-h曲线、qc-h曲线脱、fs-h曲线棉、α-h曲线迫等，筐详细毫可见变下页党图形类。其中：ps——单凉桥探头编的比贯咏入阻力粗(MP耽a)；qc——粗双桥熔探头赠的锥痛头阻帜力(众MP转a)急；fs——双趴桥探头戴的侧壁齐摩阻力触(MP芽a)；α——双拘桥探头彼的摩阻死比。四.绘需制单孔陕静探曲魔线§6.签4静力股触探资麦料整理单孔堂资料策整理§6.董4静力昌触探资途料整理单孔资弟料整理§6帝.4路静力螺触探幼资料扁整理单孔资援料整理如前给所述颠，静力澡触探嘉试验就是用多静力将甜装有传寒感器探腥头匀速霉压入土造中，同隙时量测朝探头的画阻力。由于地能层中各浆种土的嗽状态和密敞实度不同，探祝头所沫受的阻力也不一样，因此揪可以通司过贯入布阻力麻的变小化，了复解土华层的旱工程乌性质乎，查明地芝基土在水楚平方社向和尺垂直爱方向的变特化，以此口来划分浮土层。分层蜓时应测首先烟考虑主静探嘴曲线估形态维变化图的趋他势，添再结概合考塌虑本质地区丸地层昌情况勉或钻两探资塑料进市行。划分土膏层时，病划分的瞎详细程窃度应满抖足实际锄观测的冤需要，洗对主要受炮力层以及对忌观测有燥影响的软弱阴夹层和下卧翠层应详草细划聚分。§6故.4津静力丢触探原资料盾整理划分辽土层划分分幻玉层界限串时，需街要考虑偏贯入阻据力曲线沾中有超前和滞后现象。这种现捡象一般扯出现在兵探头由饮密实土样层进入樱软土层急或由软奸土层进明入坚硬戒土层时如，幅度册一般为床10~20c熔m。其筹原因既创有触探叨机理的原因乒，也有仪器非反映桥迟缓的原因对，也有裁土层本暑身在软硬土筛交界处具有渐变辣性的原因羽，在分留层时，主应根据肠具体情上况分析暑。§6筑.4具静力馆触探俩资料赔整理划分挎土层土层良分界薪线划源分后则，就肥可以应计算刮单孔搂分层平均贯蚊入阻力。计算时掉，应剔放除记录术中的异顷常点以悼及超前和滞后值。计算青的贯指入阻响力是踪蝶各土金层的名平均捉贯入怀阻力香，基湿本计刻算方铺法为班厚度革的加扇权平继均法汉：式中n为各土区层参与要统计的肾静探孔针数，其柿余参数智同前。§6亲.4衣静力权触探欺资料阿整理土层城贯入翼阻力毒的计替算静力着触探的成盐果应革用，乏一般皱是根既据各剧地经焦验来表确定叼相应怪的地岔基参元数的牛，而寸这些竟经验铸很多驱是建供立在哗单桥苏探头棚上的犯。即诵基本蛛上是誓用ps或舱来昂进行义的。而ps基本是浅单桥探贝头得到话的数据穷，双桥茂探头得册到的是qc、fs的数据榜，需要橡进行换府算，换石算成ps的数变据。根据待经验羡，ps/qc的比品值大录致在1.0破~1.击5之间叶。对于烛非饱限和土青或地茂下水晚位以溉下的毅硬-撑坚硬晕粘性醉土和负强透忌水性敬砂土暂，可屑以用熔下式枣换算应：ps=qc+6宇.4省1fs§6.些4静力蠢触探资疗料整理贯入非阻力宇的换泪算《岩土斗工程勘壁察规范挂》(GB好-5截00尺21城-2窗00并1)的艘第条缓：“根届据静力触蚁探试验资料，腾利用地密区经验酷，可进齿行力学分繁层，估算土的唤塑性桐状态慨或密如实度、强度、压缩性、地基承程载力、单桩承功载力、沉桩阻仙力，进行液化判梁别等。根扎据孔压岸消散曲避线可估算土的固爹结系数和渗透系姐数。”关键皂是“利用砌地区效经验”。§6笋.5牧静力茶触探吓成果斑应用静力触聚探的结拦果存谨在着地区幻玉差异，因此财各地都智有特定讽的统计秩结果。静力触拍探的成世果的你应用蜓，需拉要特定地括区或特定土列性的经验公锡式。在利副用静力熊触探确定浅基础它承载力、选择桩尖路持力爽层和预类估单桩承贡载力等岩云土工双程特签性时不，需约要用鞠到ps、qc和fs等资料懒。概述§6.乘5静力霸触探成烫果应用静力触漠探的比贯入穷阻力ps是反映晃地基土田实际强辛度及变壮形性质年的力学椒指标，基可以反亦映不同巧成因、地不同年亲代和地徒区的土数的力学丙指标的宅差别。由于气不同耽类型姻的土歌可能坊有相排同的ps，因此运可以用引静力触危探指标达划分土裹层，但取要据此优对岩土困体直接智分类就妈比较困刊难。在利假用贯胀入阻残力对杯地基任土分并层时熄，需葛要结合楼钻孔矩取土槐的资石料对土进刺行判别分类。与单塘桥探粮头仅晕有ps指标不粗同，使膏用双桥走探头时浅可以得骨到qc和fs，而活不同剖的土腹的qc和fs不可能膊都相同梁，因而彻可以利易用qc和fs/qc(摩阻标比)这扩两个指果标来区眉分土层颈类别。划分隐土类哲别§6.电5静力夫触探成吧果应用下面弓是利或用qc和fs/qc对土伶进行肌分类忠的一耕些经以验数楼据。划分土糖类别§6.征5静力降触探成惰果应用划分土当类别§6.昆5静力撕触探成痛果应用利用静力嫂触探确定地骨基土的惠承载力棉，国内锅外都是结根据对比遣试验结果提份出经验琴公式。建立经验锤公式的途慕径主院要是将静力眨触探晌结果与载荷试席验求进行对比，并通过对比透数据的相关徒分析，得到赵用于特定地貌区或特定土渐性的经验湾公式。(1)增对于粉块土，可砌采用下坏列公式床。fak=36ps+4趋4.惨6式中fak——搬地基细承载桥力特筋征值例，单仿位为kPa；ps——单偶桥探头画的比贯穗入阻力孩，单位律为MPa。确定地李基土承扭载力§6怜.5呢静力简触探爬成果通应用(2财)对偏于粘它性土挪，可欣采用君下表遗的公军式，江式中fak的单位喷为kPa；ps和qc的单数位为MP锡a。确定魂地基汉土承屡载力§6思.5作静力俱触探戴成果柱应用(3)狠对于砂烂土，可饿采用下请表的公阀式，式遣中fak的单位帜为kPa；ps和qc的单位猎为MPa。确定房诚地基根土承震载力§6.尝5静力创触探成烛果应用砂土的浪密实度摘的界限津值可见技下表，青其中ps的单位费为MP侍a。确定砂鸡土的密因实度§6.强5静力册触探成道果应用确定深砂土月内摩被擦角好和粘耀性土期状态§6龄.5绪静力逃触探镜成果究应用砂土的倾内摩擦紫角和粘侵性土的泡状态可匪见下表巾，其中ps的单位吃为MPa。土的Es-qc关系式乱为下式秒：Es=1面.5qc利用狼比贯当入ps确定E0和Es的方赚法见环下表寸。确定土娃的变形劳性质指惑标§6.愉5静力歉触探成掏果应用静力拜触探估算促单桩倚承载揭力可寺采用扇《建兄筑桩仰基技犯术规长范》境(JG昨J9闷4-咽20系08)中的御公式，姓经常采漂用的是歉双桥探晋头实测洽曲线，卖其公式口如下。Quk=Qsk+Qpk=u∑li·βi·fsi+α·qc·Ap式中fsi——第i层土搂的探份头平杰均侧薄