_静力触探试验课件

第4章静力触探试验主讲：崔德山目录•1.概述•2.静力触探仪器组成•3.静力触探试验原理•4.试验方法和技术要求•5.静力触探试验资料整理•6.静力触探成果的工程应用•7.工程实例•8.下节课：第5章十字板剪切试验1.概述•静力触探试验(staticconepenetrationtest)简称静探（CPT）,是利用静力以一恒定的贯入速率将圆锥探头通过一系列探杆压入土中，根据测得的探头贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的原位试验。•适用于：软土、粘性土、粉土、（饱和）砂土和含少量碎石的土。优点和缺点•优点：•（1）测试连续、快速，效率高，功能多，兼有勘探与测试的双重作用；•（2）采用电测技术后，易于实现测试过程的自动化，测试成果可由计算机自动处理，大大减轻了人的工作强度。•缺点：•（1）贯入机理不清，无数理模型•（2）对碎石类土和密实砂土难以贯入，也不能直接观测土层。•在地质勘探工作中，静力触探常和钻探取样联合运用。岩土工程中的应用•（1）对地基土进行力学分层并判别土的类型；•（2）确定地基土的参数（强度、模量、状态、应力历史）•（3）砂土液化可能性•（4）浅基承载力•（5）单桩竖向承载力等。2.静力触探仪器组成•2.1、贯入设备•2.2、量测系统•2.3、标定系统2.1、贯入设备•静力触探贯入系统由触探主机（贯入装置）和反力装置两大部分组成。触探主机的作用是将底端装有探头的探杆一根一根地压入土中。•触探主机按其贯入方式不同，可以分为间歇贯入式和连续贯入式；按其传动方式的不同，可分为机械式（手摇链条和电动齿轮式）和液压式；按其装配方式不同可分为车装式、拖斗式和落地式等。2、量测系统•包括：探头和记录仪器•探头：•静力触探探头为地层阻力传感器，是静力触探仪的关键部件。•探头包括摩擦筒和锥头两部分。•按探头功能分：单桥静力触探、双桥静力触探、孔压静力触探•记录仪器：•国内静力触探量测仪器有数字式电阻应变仪、电子电位差自动记录仪、微电脑数据采集仪。探头•（1）单桥探头：是我国所特有的一种探头类型。它是将锥头与外套筒连在一起，因而只能测量一个参数。这种探头结构简单，造价低，坚固耐用。但应指出，这种探头功能少，其规格与国际标准也不统一，不便于开展国际交流，其应用受到限制。•（2）双桥探头：它是一种将锥头与摩擦筒分开，可同时测锥头阻力和侧壁摩擦力两个参数的探头。国内外普遍采用，用途很广。•（3）孔压探头：它一般是在双用探头基础上再安装一种可测触探时产生的超孔隙水压力装置的探头。孔压探头最少可测三种参数，即锥尖阻力、侧壁摩擦力及孔隙水压力，功能多，用途广，在国外已得到普遍应用。•此外，还有可测波速、孔斜、温度及电导率等的多功能探头。单桥探头结构示意图1-四心电缆；2-密封圈；3-探头管；4-防水塞；5-外套管；6-导线；7-空心柱；8-电阻片；9-防水盘根；10-顶柱ø-探头锥直径；L-有效侧壁长度；a-探头锥角单桥探头双桥探头孔压静力触探探头•除了具有双桥探头所需的各种部件外，还增加了由透水陶粒做成的透水滤器和一个孔压传感器。透水陶粒要求其渗透系数为(1.1士0.1)x10-5cm/s，抗渗能力为110士5(kPa)。透水滤器的位置可镶嵌于探头的锥尖,锥面或锥尾，一般以对称3--6孔镶嵌于锥面为佳。孔压静力触探探头具有能同时测定锥头阻力、侧壁摩擦阻力和孔隙水压力的装置，同时还能测定探头周围土中孔隙水压力的消散过程。探头种类型号锥头摩擦筒标准顶角/直径/mm底面积/cm2长度/mm表面积/cm2I-16035.71057单桥I-26043.71570我国独有I-36050.42081II-06035.710133.7150双桥II-16035.710179200国际标准II-26043.715219300孔压6035.710133.7150国际标准6043.715179200记录仪器•我国的静力触探几乎全部采用电阻应变式传感器。因此，与其配套的记录仪器主要有以下4种类型：•①电阻应变仪；•②自动记录绘图仪；•③数字式测力仪；•④数据采集仪（微机控制）3、标定系统•率定的目的是求出测量仪表的读数与荷载之间的关系——率定系数k•测力传感器的率定•孔压传感器的饱和与率定3.静力触探试验原理•（1）静力触探探头的工作原理•（2）静力触探试验的贯入机理•（3）孔压静力触探的贯入机理（1）静力触探探头的工作原理•静探探头大部分都采用电阻应变式测试技术，探头的空心柱体上的应变桥路有两种布置方式。受力后，产生电位差，毫伏计便指出流过的电流的大小，这个电流的大小与空心柱体的受力伸长有关。•在实际工作中，把空心柱体的微小应变所输出的微弱电压，通过电缆，传至电阻应变仪中的放大器放大几千倍到几万倍后，就可用普通的指示仪表量测出来。（2）静力触探试验的贯入机理•静力触探试验的贯入机理是个很复杂的问题，而且影响因素也比较多，因此，目前土力学还不能完善地从理论上解析圆锥探头与周围土体间的接触应力分布及相应的土体变形问题，已有的近似理论分析可分为承载力理论分析、孔穴扩张理论分析和稳定贯入流体理论分析三类。（3）孔压静力触探的贯入机理•孔压静探探头贯入土体的机理是十分复杂的，探头贯入所产生的超孔压沿水平径向的初始分布，以及停止贯入时超孔压的消散均属于轴对称问题，由于对贯入机理所做的简化假设和所选择的土体模型的不同，可以建立不同的计算公式。•（1）饱和粘性土中初始超孔压的孔穴扩张理论•（2）孔压消散理论4.试验方法和技术要求•在静力触探试验工作之前，应注意搜集场区既有的工程地质资料，根据地质复杂程度及区域稳定性，结合建筑物平面布置、工程性质等条件确定触探孔位、深度，选择使用的探头类型和触探设备。•（1）静力触探仪的选择•（2）试验等级及精度要求•（3）孔压探头的脱气处理•（4）触探机的位置和高度•（5）触探仪的贯入•（6）试验的终止•（7）孔压消散试验（1）静力触探仪的选择•D是最常用的，我们希望一次试验可以得到更多的数据。（2）试验等级及精度要求欧洲标准（3）孔压探头的脱气处理•孔压系统的饱和，是保证正确量测孔压的关键。如果探头孔压量测系统未饱和，则在量测时会有部分孔隙水压力在传递过程中消耗在压缩空气上。空气压缩后又有一部分水补充进入系统内。这样，就使所测的孔隙压力在数值比比真实值低一些。而且在时间上会产生较大的滞后，如果对此认识不足，或存在侥幸心里，将导致试验失败。•（1）过滤器的脱气；•（2）孔压应变腔的抽气和注液；•（3）孔压探头的组装；•（4）孔压探头饱和度的保持•当地下水埋藏较深时，应使用一个较孔压探头直径大的实心锥头，预贯入至地下水位之下，提出实心探头，孔内注满水，然后换用孔压探头进行触探试验。（4）触探机的位置和高度•1、应注意用水平尺校准机座•2、留意原有钻孔距离对触探测试成果的影响在一般静力触探试验中，应使布置的触探孔距原有钻孔的距离至少2m;如果出于平行试验对比需要，考虑到土层在水平方向的变异性，对比孔间距不宜大于3m，此时，宜先进行静力触探试验，而后进行勘探或其他原位试验。•3、防止反力方案不当或对触探阻力估计不足•4、探杆平直度的检查（5）触探仪的贯入•在进行贯入试验时，如果遇到密实、粗颗粒或含碎石颗粒较多的土层，在试验之前，应该先打预钻孔。预钻孔应该在粗颗粒土的顶层使用，有时也使用套筒来防止孔壁的坍塌;在软土或松散土中，预钻孔应该穿过硬壳层。如果需要用孔压探头量测孔压，那么，该预钻孔的地下水位以上部分应用水充满。•探头的贯入速度对贯入阻力有影响，CPT的标准贯入速度为2mm/s，其误差极限为士25%，己得到国际土工界公认。国外一些专家认为，对于孔压静探试验，这个容许极限速率应该定得更小一些，在孔压静探试验中，触探仪将被以20士5mm/s的恒定速度压入土体中。（6）试验的终止•当遇到以下情况时，静力触探试验的贯入应该终止:要求的贯入长度或深度已经达到;圆锥触探仪的倾斜度已经超过了允许范围;当允许的最大贯入力已经达到。任何对试验设备可能造成损坏的因素都可以使试验被迫终止。（7）孔压消散试验•（1）触探过程中的孔压消散现象•触探机工作时，在上、下行程交替过程中，或在加接探杆时，常有一短暂的停顿，在此期间的孔压必会部分或全部消散，其消散速度取决于土的固结系数，即决定于土的渗透性和压缩性。当重新向下贯入时，脱气良好的探头，其孔压值会迅速恢复到前一行程终止时的孔压值，即使在饱和松砂中贯入，其孔压恢复所需的贯入距离一般在10cm以内，如果这个贯入距离超过50cm，则应认为孔压探头已不饱和，应返工重做。•（2）孔压消散试验•孔压消散试验可在地下水位以下任何指定深度进行。试验前，操作者可事先通过钻探资料确定进行孔压消散试验的深度，当探头贯入到指定深度时，就应立即开始孔压消散试验。5.静力触探试验资料整理•（1）静力触探试验成果的影响因素•（2）静力触探资料整理•（3）静力触探成果分析（1）静力触探试验成果的影响因素•临界深度•探头的几何形状和贯入深度•孔隙水压力•温度的影响•关于量测的正确性•探孔的偏斜•孔压传感器的位置与尺寸（2）静力触探资料整理•1.原始数据的修正深度修正零飘修正锥尖阻力的修正侧壁摩擦力修正•2.贯入阻力计算•3.绘制触探曲线一、贯入数据的处理1、原始数据的整理•回零修正•触探参数的计算'xkyuuffsqqcxkuXKfXKq孔隙水压力：侧壁摩阻力：锥尖阻力：摩阻比FR：探头总锥尖阻力（孔压触探）：α为修正面积比，一般取0.840%100%100csRqfF锥尖阻力侧壁摩阻力)1()1(qncctAAuquqq1.导出触探参数的计算孔压参数比用Bq：土层上覆压力；—；假定的静水压力，—孔隙水压力；在某一深度测得的最大—0vwwmax0vwmaxhuuuquuBwtq深度（m）锥头阻力qc（kPa）侧壁摩阻力fs（kPa）FR（%）读数回零校正值qc读数回零fs0.14000.24210.3432。。。1.03691.1411.2421.338例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R深度（m）锥头阻力qc（kPa）侧壁摩阻力fs（kPa）FR（%）读数回零校正值qc读数回零fs0.14004020.00.840.24214120.51.20.34324120.50.91.03692713.51.1411.2421.338例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R深度（m）孔压u（kPa）备注读数umaxuw△uu0.1000地下水位埋深0.2m0.20000.3551440.4343420.5202030.6282840.7323250.8383860.9414171.0363681.1454591.2424210…………例如：如下表Ku=1.0kPa/R•包括qc-H，fs-H，u-H，FR-H等2．绘制触探参数随深度的变化曲线q50正常固结的粘质粉土砂=10%粉砂=70%粘粒=20%液限=38%塑性指数Ip=15%k=8×10cm/s30-7010深度（m）20细砂土含粉土疏松至密实粗砂土夹有细砂层10软粘土和粉土钻孔柱状图f(100kPa)s0.5摩阻力Hu010015020000HuFR摩阻比(100kPa)c锥头阻力u(100kPa)510孔隙水压力(%)42静力触探成果曲线及其相应土层划分1.数据整理•超孔压的消散速度不仅与土类有关，还与消散时间有关二、孔压消散数据的处理深度（m）时间读数umax（kPa）△u（kPa）50″3202″2704″2406″2258″20510″19020″1601′20″80………设探头率定系数ku=1kPa/rumax=读数×ku数据整理•超孔压的消散速度不仅与土类有关，还与消散时间有关深度（m）时间读数umax（kPa）△u（kPa）50″3203202″2702704″2402406″2252258″20520510″19019020″1601601′20″8080………设探