第五章-土體原位測(cè)試.ppt

第五章原位測(cè)試,本章重點(diǎn)：介紹了常見的巖土體野外試驗(yàn)方法及適用范圍，試驗(yàn)要點(diǎn)及資料的整理及成果的應(yīng)用。學(xué)習(xí)要求：重點(diǎn)學(xué)習(xí)載荷試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、靜力觸探、動(dòng)力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，對(duì)其它試驗(yàn)方法作一般的了解。,第一節(jié)概述,一、巖土體原位測(cè)試的優(yōu)點(diǎn),巖土體原位測(cè)試是指在巖土工程勘察現(xiàn)場(chǎng)，在不擾動(dòng)或基本不擾動(dòng)巖土層的情況下對(duì)巖土層進(jìn)行測(cè)試，以獲得所測(cè)的巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及劃分土層的一種現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)技術(shù)。主要手段包括載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試、巖石原位應(yīng)力試驗(yàn)等，原位測(cè)試目的在于獲得有代表性的、反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的基本工程設(shè)計(jì)參數(shù)，包括地質(zhì)剖面的幾何參數(shù)、巖土原位初始應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力歷史、巖土工程參數(shù)等，在工程上有重要的意義和較廣泛的應(yīng)用。,原位測(cè)試與鉆探、取樣、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)方法比較起來(lái)具有下列明顯優(yōu)點(diǎn)：1可在擬建工程場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)試，無(wú)需取樣，避免了因取樣帶來(lái)的一系列問(wèn)題，如原狀樣擾動(dòng)問(wèn)題。2原位測(cè)試所涉及的巖土尺寸較室內(nèi)試驗(yàn)樣品要大得多，因而更能反映巖土的宏觀結(jié)構(gòu)（如裂隙等）對(duì)巖土性質(zhì)的影響。以上優(yōu)點(diǎn)決定了巖土體原位測(cè)試所提供的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)更具有代表性和可靠性。此外，大部分巖土體原位測(cè)試技術(shù)具有快速、經(jīng)濟(jì)、可連續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)，因而，巖土原位測(cè)試技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣。,原位測(cè)試工作主要是在建筑工程設(shè)計(jì)之前的巖土工程勘察階段進(jìn)行的，著眼于獲取巖土參數(shù)，提供給設(shè)計(jì)使用。應(yīng)用原位測(cè)試方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖土條件、設(shè)計(jì)對(duì)參數(shù)的要求、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試方法的適用性等因素選用，原位測(cè)試的儀器設(shè)備應(yīng)定期檢驗(yàn)和標(biāo)定。分析原位測(cè)試成果資料時(shí)，應(yīng)注意儀器設(shè)備、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法等對(duì)試驗(yàn)的影響，結(jié)合地層條件，剔除異常數(shù)據(jù)。根據(jù)原位測(cè)試成果，利用地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)估算巖土工程特性參數(shù)和對(duì)巖土工程問(wèn)題做出評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)與室內(nèi)試驗(yàn)和工程反算參數(shù)作對(duì)比，檢驗(yàn)其可靠性。,二、原位測(cè)試的種類、適用范圍及所提供的參數(shù),當(dāng)前的巖土工程勘察中，越來(lái)越多的依靠原位測(cè)試方法提供巖土參數(shù)，隨著建筑工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，巖土原位測(cè)試已成為不可缺少的一種勘察手段。要掌握巖土原位測(cè)試方法，既要懂得原位測(cè)試方法的原理、步驟及要求，又要懂得原位測(cè)試的適用條件、測(cè)試設(shè)備的機(jī)理、成果的應(yīng)用，才會(huì)避免測(cè)試的盲目性，提高測(cè)試的應(yīng)用效果。表41為各種原位測(cè)試方法的適用范圍及所能提供的巖土參數(shù)。,表41原位測(cè)試方法的適用范圍,注：A適用；B很適用,第二節(jié)載荷試驗(yàn),載荷試驗(yàn)是在保持地基土的天然狀態(tài)下，在一定面積的剛性承壓板上向地基土逐級(jí)施加荷載，并觀測(cè)每級(jí)荷載下地基土的變形，它是測(cè)定地基土的壓力與變形特性的一種原位測(cè)試方法。測(cè)試所反映的是承壓板下l.52.0倍承壓板直徑或?qū)挾确秶鷥?nèi)，地基土強(qiáng)度、變形的綜合性狀。,載荷試驗(yàn)按試驗(yàn)深度分為淺層和深層；按承壓板形狀分為圓形、方形和螺旋板；按載荷性質(zhì)分為靜力和動(dòng)力載荷試驗(yàn)；按用途可分為一般載荷試驗(yàn)和樁載荷試驗(yàn)。淺層平板載荷試驗(yàn)適用于淺層地基土；深層平板載荷試驗(yàn)適用于埋深等于或大于3m和地下水位以上的地基土；螺旋板載荷試驗(yàn)適用于深層地基土或地下水位以下的地基土。載荷試驗(yàn)可適用于各種地基土，特別適用于各種填土及含碎石的土。本節(jié)主要介紹淺層平板靜力載荷試驗(yàn)。,一、試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)要點(diǎn)（一）儀器設(shè)備載荷試驗(yàn)設(shè)備主要由承壓板、加荷裝置、沉降觀測(cè)裝置組成：承壓板一般為厚鋼板，形狀為圓形和方形，面積為0.10.5m2。對(duì)承壓板的要求為：有足夠的剛度，在加荷過(guò)程中其本身的變形要小，而且其中心和邊緣不能產(chǎn)生彎曲和翹起。,加荷裝置可分為載荷臺(tái)式和千斤頂式兩種：見圖41、42，載荷臺(tái)式為木質(zhì)或鐵質(zhì)載荷臺(tái)架，在載荷臺(tái)上放置重物如鋼塊、鉛塊或混凝土試塊等重物；千斤頂式為油壓千斤頂加荷，用地錨提供反力。采用油壓千斤頂必須注意兩點(diǎn)：一是油壓千斤頂?shù)男谐瘫仨殱M足地基沉降要求，二是入土地錨的反力必須大于最大荷載，以免地錨上拔。由于載荷試驗(yàn)加荷較大，加荷裝置必須牢固可靠、安全穩(wěn)定。沉降觀測(cè)裝置可用百分表、沉降傳感器或水準(zhǔn)儀等。只要滿足所規(guī)定的精度要求及線形特征等條件，可任選一種來(lái)觀測(cè)承壓板的沉降變形。,圖4-1,（二）試驗(yàn)要點(diǎn)1.載荷試驗(yàn)應(yīng)布置在有代表性的地點(diǎn)，每個(gè)場(chǎng)地不宜少于3個(gè)，當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)巖土體不均時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加。淺層平板載荷試驗(yàn)應(yīng)布置在基礎(chǔ)底面標(biāo)高處。2.淺層平板載荷試驗(yàn)的試坑寬度或直徑不應(yīng)小于承壓板寬度或直徑的三倍；深層平板載荷試驗(yàn)的試井直徑應(yīng)等于承壓板直徑；當(dāng)試井直徑大于承壓板直徑時(shí)，緊靠承壓板周圍土的高度不應(yīng)小于承壓板直徑。3.試坑或試井底的巖土體應(yīng)避免擾動(dòng)，保持其原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度，并在承壓板下鋪設(shè)不超過(guò)20mm的中砂墊層找平，盡快安裝試驗(yàn)設(shè)備；螺旋板頭入土?xí)r，應(yīng)按每轉(zhuǎn)一圈下入一個(gè)螺距進(jìn)行操作，減少對(duì)土的擾動(dòng)；,4.載荷試驗(yàn)宜采用圓形剛性承壓板，根據(jù)土的軟硬或巖體裂隙密度選用合適的尺寸；土的淺層平板載荷試驗(yàn)承壓板面積不應(yīng)小于0.25m2，對(duì)軟土和粒徑較大的填土不應(yīng)小于0.5m2；土的深層平板載荷試驗(yàn)承壓板面積宜選用0.5m2；巖石載荷試驗(yàn)承壓板的面積不宜小于0.07m2。5.載荷試驗(yàn)加荷方式應(yīng)采用分級(jí)維持荷載沉降相對(duì)穩(wěn)定法(常規(guī)慢速法)；有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可采用分級(jí)加荷沉降非穩(wěn)定法(快速法)或等沉速率法；加荷等級(jí)宜取1012級(jí)，并不應(yīng)少于8級(jí)，荷載量測(cè)精度不應(yīng)低于最大荷載的1%。,6.承壓板的沉降可采用百分表、沉降傳感器或電測(cè)位移計(jì)量測(cè)，其精度不應(yīng)低于0.01mm；10min、15min、15min測(cè)讀一次沉降，以后間隔30min測(cè)讀一次沉降，當(dāng)連續(xù)兩小時(shí)每小時(shí)沉降量小于等于0.1mm時(shí)，可認(rèn)為沉降已達(dá)相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，再施加下一級(jí)荷載；當(dāng)試驗(yàn)對(duì)象是巖體時(shí)，間隔1min、2min、2min、5min測(cè)讀一次沉降，以后每隔10min測(cè)讀一次，當(dāng)連續(xù)三次讀數(shù)差小于等于0.01mm時(shí)，可認(rèn)為沉降已達(dá)相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，再施加下一級(jí)荷載。,7.當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止試驗(yàn)：（1）承壓板周邊的土出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出，周邊巖土出現(xiàn)明顯隆起或徑向裂縫持續(xù)發(fā)展；（2）本級(jí)荷載的沉降量大于前級(jí)荷載沉降量的5倍，荷載與沉降曲線出現(xiàn)明顯陡降；（3）在某級(jí)荷載下24小時(shí)沉降速率不能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；（4）總沉降量與承壓板直徑(或?qū)挾?之比超過(guò)0.06。,二、試驗(yàn)資料的整理及成果的應(yīng)用（一）試驗(yàn)資料的整理1.根據(jù)原始記錄繪制ps和st曲線圖。2.修正沉降觀測(cè)值，先求出校正值so和ps曲線斜率C。so和C的求法有圖解法和最小二乘法。（1）圖解法。在ps曲線草圖（圖43）上找出比例界限點(diǎn)，從比例界限點(diǎn)引一直線，使比例界限前的各點(diǎn)均勻靠近該直線，直線與縱坐標(biāo)交點(diǎn)的截距即為so。將直線上任意一點(diǎn)的s、p和so代入下式求得C值：,s=so+Cp(41),（2）最小二乘法。計(jì)算式如下：,(42),(43),解上兩式求得,(44),(45),式中：N加荷次數(shù)；so校正值，cm；p單位面積壓力，kPa；s各級(jí)荷載下的原始沉降值，cm；C斜率。求得so和C值后，按下述方法修正沉降觀測(cè)值s，對(duì)于比例界限以前各點(diǎn)，根據(jù)C、p值按s=Cp計(jì)算；對(duì)于比例界限以后各點(diǎn)，則按s=sso計(jì)算。根據(jù)p和修正后的s值繪制ps曲線。,（二）成果應(yīng)用1.確定地基土承載力（1）強(qiáng)度控制法即以比例界限po作為地基土承載力。這種方法適用于硬塑堅(jiān)硬的粘性土、粉土、砂土、碎石土。比例界限的確定方法有以下幾種。當(dāng)ps曲線上有較明顯的直線段時(shí)，一般采用直線段的終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力即為比例界限。當(dāng)ps曲線上無(wú)明顯的直線段時(shí)，可用下述方法確定：,a.在某一荷載下，其沉降量超過(guò)前一級(jí)荷載下沉降量的2倍。即sn2sn1的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力即為比例界限。b.繪制lgplgs曲線，曲線上轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力即為比例界限。,c繪制p,曲線，曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力即為比例界限。其中p為荷載增量，s為相應(yīng)的沉降增量(如圖44所示),（2）相對(duì)沉降量控制法根據(jù)沉降量和承壓板寬度的比值s/b確定。當(dāng)承壓板面積為0.250.5m2，可取s/b=0.010.015對(duì)應(yīng)的壓力為地基承載力。,（3）極限荷載法當(dāng)ps曲線上的比例界限點(diǎn)出現(xiàn)后，土很快達(dá)到極限荷載，即比例界限po與極限荷載pu接近時(shí)，將pu除以安全系數(shù)Fs(Fs=23)作為地基承載力；當(dāng)比例界限po與極限荷載pu不接近時(shí)，可按下式計(jì)算：,(46),式中：fk地基土承載力，kPa；po比例界限，kPa；pu極限荷載，kPa；Fs安全系數(shù)，一般取35。（4）極限荷載的確定方法當(dāng)荷載試驗(yàn)加載至破壞荷載，則取破壞荷載的前一級(jí)荷載為極限荷載pu。,（5）承載力特征值的確定應(yīng)符合的規(guī)定當(dāng)ps曲線上有比例界限時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值。滿足終止試驗(yàn)前三條終止加載條件之一時(shí)，其對(duì)應(yīng)的前一級(jí)荷載為極限荷載，當(dāng)該值小于對(duì)應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時(shí)，取荷載極限值的一半。不能按上述兩款要求確定時(shí)，可取s/b=0.010.05所對(duì)應(yīng)的荷載值，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于三點(diǎn)，當(dāng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的極差不超過(guò)平均值的30時(shí)，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值fak。,2計(jì)算變形模量變形模量可用下式計(jì)算,（47）,式中：Eo土的變形模量，MPa；土的泊松比，碎石土取0.25，砂土和粉土取0.30，粉質(zhì)粘土取0.35，粘土取0.42；p承壓板上的總荷載，kN；s與荷載p相應(yīng)的沉降量；d承壓板直徑，cm。,第三節(jié)靜力觸探試驗(yàn),靜力觸探試驗(yàn)是用靜力將探頭以一定的速率壓入土中，利用探頭內(nèi)的力傳感器，通過(guò)電子量測(cè)儀器將探頭受到的貫入阻力記錄下來(lái)。由于貫入阻力的大小與土層的性質(zhì)有關(guān)，因此通過(guò)貫入阻力的變化情況，可以達(dá)到了解土層的工程性質(zhì)的目的。靜力觸探試驗(yàn)可根據(jù)工程需要采用單橋探頭、雙橋探頭或帶孔隙水壓力量測(cè)的單、雙橋探頭，可測(cè)定比貫入阻力(ps)、錐尖阻力(qc)側(cè)壁阻力(fs)和貫入時(shí)的孔隙水壓力（u）。靜力觸探試驗(yàn)適用于軟土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。,一、靜力觸探的試驗(yàn)設(shè)備靜力觸探設(shè)備試驗(yàn)由加壓裝置、反力裝置、探頭及量測(cè)記錄儀器等四部分組成：,一）加壓裝置加壓裝置的作用是將探頭壓入土層中，按加壓方式可分為下列幾種。1.手搖式輕型靜力觸探。利用搖柄、鏈條、齒輪等用人力將探頭壓入土中。用于較大設(shè)備難以進(jìn)入的狹小場(chǎng)地的淺層地基土的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。,2.齒輪機(jī)械式靜力觸探。主要組成部件有變速馬達(dá)(功率2.83kW)、傘形齒輪、絲桿、稻香滑塊、支架、底板、導(dǎo)向輪等。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，既可單獨(dú)落地組裝，也可裝在汽車上，但貫入力小，貫入深度有限。3.全液壓傳動(dòng)靜力觸探。分單缸和雙缸兩種。主要組成部件有：油缸和固定油缸底座、油泵、分壓閥、高壓油管、壓桿器和導(dǎo)向輪等。目前在國(guó)內(nèi)使用液壓靜力觸探儀比較普遍，一般最大貫入力可達(dá)200kN。,(二)反力裝置靜力觸探的反力用三種形式解決：1.用重物作反力。如地表土為砂礫、碎石土等，地錨難以下入，此時(shí)只有采用壓重物來(lái)解決反力問(wèn)題，即在觸探架上壓以足夠的重物，如鋼軌、鋼錠、生鐵塊等。軟土地基貫入30m以內(nèi)的深度，一般需壓重物4050kN。,2.利用地錨作反力。當(dāng)?shù)乇碛幸粚虞^硬的粘性土覆蓋層時(shí)，可以是使用24個(gè)或更多的地錨作反力，視所需反力大小而定。錨的長(zhǎng)度一般1.5m左右，葉片的直徑可分成多種，如25、30、35、40cm，以適應(yīng)各種情況。,3.利用車輛自重作反力。將整個(gè)觸探設(shè)備裝在載重汽車上，利用載重汽車的自重作反力。貫入設(shè)備裝在汽車上工作方便，工效比較高，但由于汽車底盤距地面過(guò)高，使鉆桿施力點(diǎn)距離地面的自由長(zhǎng)度過(guò)大，當(dāng)下部遇到硬層而使貫入阻力突然增大時(shí)易使鉆桿彎曲或折斷，應(yīng)考慮降低施力點(diǎn)距地面的高度。觸探鉆桿通常用外徑3235mm、壁厚為5mm以上的高強(qiáng)度無(wú)縫鋼管制成，也可用42mm的無(wú)縫鋼管。為了使用方便，每根觸探桿的長(zhǎng)度以1m為宜，鉆桿接頭宜采用平接，以減小壓入過(guò)程中鉆桿與土的摩擦力。,（三）探頭1.探頭的工作原理將探頭壓入土中時(shí)，由于土層的阻力，使探頭受到一定的壓力。土層的強(qiáng)度愈高，探頭所受到的壓力愈大。通過(guò)探頭內(nèi)的阻力傳感器(以下簡(jiǎn)稱傳感器)，將土層的阻力轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)，然后由儀表測(cè)量出來(lái)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，需運(yùn)用三個(gè)方面的原理，即材料彈性變形的虎克定律、電量變化的電阻率定律和電橋原理。傳感器受力后要產(chǎn)生變形。根據(jù)彈性力學(xué)原理，如應(yīng)力不超過(guò)材料的彈性范圍，其應(yīng)變的大小與土的阻力大小成正比,而與傳感器截面積成反比。因此，只要能將傳感器的應(yīng)變大小測(cè)量出，即可知土阻力的大小，從而求得土的有關(guān)力學(xué)指標(biāo)。,如果在傳感器上貼上電阻應(yīng)變片，當(dāng)傳感器受力變形時(shí)，應(yīng)變片也隨之產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變從而引起應(yīng)變片的電阻產(chǎn)生變化，根據(jù)電阻定律，應(yīng)變片的阻值變化與電阻絲的長(zhǎng)度變化成正比，與電阻絲的截面積變化成反比，這樣就能將傳感器的變形轉(zhuǎn)化為電阻的變化。但由于傳感器在彈性范圍內(nèi)的變形很小，引起電阻的變化也很小，不易測(cè)量出來(lái)。為此，在傳感器上貼一組電阻應(yīng)變片，組成一個(gè)電橋電路，使電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，通過(guò)放大，就可以測(cè)量出來(lái)。因此，靜力觸探就是通過(guò)探頭傳感器實(shí)現(xiàn)一系列量的轉(zhuǎn)換：土的強(qiáng)度土的阻力傳感器的應(yīng)變電阻的變化電壓的輸出，最后由電子儀器放大和記錄下來(lái)，達(dá)到測(cè)定土強(qiáng)度和其他指標(biāo)的目的。,2.探頭的結(jié)構(gòu)目前國(guó)內(nèi)用的探頭有三種(如圖45所示)，一種是單橋探頭，另一種是雙橋探頭。此外還有能同時(shí)測(cè)量孔隙水壓的兩用（psu）或三用qcufs)探頭，即在單橋或雙橋探頭的基礎(chǔ)上增加了能量側(cè)孔隙水壓力的功能。,(1)單橋探頭；單橋探頭由帶外套筒的錐頭、彈性元件(傳感器)、頂柱和電阻應(yīng)變片組成，錐底的截面積規(guī)格不一，常用的探頭型號(hào)及規(guī)格見表42，其中有效側(cè)壁長(zhǎng)度為錐底直徑的1.6倍。,表42單橋探頭的規(guī)格,(2)雙橋探頭。單橋探頭雖帶有側(cè)壁摩擦套筒，但不能分別測(cè)出錐頭阻力和側(cè)壁摩擦阻力。雙橋探頭除錐頭傳感器外，還有側(cè)壁摩擦傳感器及摩擦套筒。側(cè)壁摩擦套筒的尺寸與錐底面積有關(guān)。雙橋探頭結(jié)構(gòu)見圖45，其規(guī)格見表43。(3)探頭的密封及標(biāo)定要保證傳感器高精度地進(jìn)行工作，就必須采取密封、防潮措施，否則因傳感器受潮而降低其絕緣電阻，使零飄增大，嚴(yán)重時(shí)電橋不能平衡，測(cè)試工作無(wú)法進(jìn)行。密封方法有包裹法、堵塞法、充填法等。用充填法時(shí)應(yīng)注意利用中性填料，且填料要呈軟膏狀，以免對(duì)應(yīng)變片產(chǎn)生腐蝕或影響訊號(hào)的傳遞。,表43雙橋探頭的規(guī)格,目前國(guó)內(nèi)較常用的密封防水方法是在探頭絲扣接口處涂上一層高分子液態(tài)橡膠，然后將絲扣上緊。在電纜引出端，用厚的橡膠墊圈及銅墊圈壓緊，使其與電纜緊密接觸，起到密封的作用，而摩擦傳感器則采用自行車內(nèi)輪胎的橡膠膜套上，兩端用尼龍線扎緊，對(duì)于摩擦傳感器與上接頭連接的伸縮縫，可用彈性和密封性能都好的704硅橡膠填充。,密封好的探頭要進(jìn)行標(biāo)定，找出探頭內(nèi)傳感器的應(yīng)變值與貫入阻力之間的關(guān)系后才能使用。標(biāo)定工作可在特制的磅秤架上進(jìn)行，也可在材料實(shí)驗(yàn)室利用50100kN的壓力機(jī)進(jìn)行，但最好是使用3050kN的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力計(jì)，這樣能在野外工作過(guò)程中隨時(shí)標(biāo)定，方便且精度較高。每個(gè)傳感器需標(biāo)定34次，每次需轉(zhuǎn)換不同方位。標(biāo)定過(guò)程應(yīng)耐心細(xì)致，加荷速度要慢。將標(biāo)定結(jié)果繪在坐標(biāo)紙上，縱坐標(biāo)代表壓力，橫坐標(biāo)代表輸出電壓(mV)或微應(yīng)變（）。在正常情況下，各標(biāo)定的點(diǎn)應(yīng)在一通過(guò)原點(diǎn)的直線上，如不通過(guò)原點(diǎn)，且截距較大時(shí)，可能是應(yīng)變片未貼好，或探頭結(jié)構(gòu)上存在問(wèn)題，應(yīng)找出原因后采取措施。,（四）量測(cè)記錄儀器目前我國(guó)常用靜力觸探的量測(cè)記錄儀器有兩種類型，一種為電阻應(yīng)變儀，另一種為自動(dòng)記錄儀。1.電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變儀由穩(wěn)壓電源、振蕩器、測(cè)量電橋、放大器、相敏檢波器和平衡指示器等組成。應(yīng)變儀是通過(guò)電橋平衡原理進(jìn)行測(cè)量的。當(dāng)觸探頭工作時(shí)，傳感器發(fā)生變形，引起測(cè)量電橋電路的電壓平衡發(fā)生變化，通過(guò)手動(dòng)調(diào)整電位器使電橋達(dá)到新的平衡，根據(jù)電位器調(diào)整程度就可確定應(yīng)變的大小，并從讀數(shù)盤上直接讀出。,2.自動(dòng)記錄儀自動(dòng)記錄儀是由通用的電子電位差計(jì)改裝而成，它能隨深度自動(dòng)記錄土層貫入阻力的變化情況，并以曲線的方式自動(dòng)繪在記錄紙上，從而提高了野外工作的效率和質(zhì)量。它主要由穩(wěn)壓電源、電橋、濾波器、放大器、滑線電阻和可逆電機(jī)組成。由探頭輸出的信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波器以后，產(chǎn)生一個(gè)不平衡電壓，經(jīng)放大器放大后，推動(dòng)可逆電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，與可逆電機(jī)相連的指示機(jī)構(gòu)，就沿著有分度的標(biāo)尺滑行，標(biāo)尺是按訊號(hào)大小比例刻制的，因而指示機(jī)構(gòu)所顯示的位置即為被測(cè)訊號(hào)的數(shù)值。近年來(lái)已有將靜力觸探試驗(yàn)過(guò)程引入微機(jī)控制的行列。即在鉆進(jìn)過(guò)程中可顯示和存入與各深度對(duì)應(yīng)的qc和fs值，起拔鉆桿時(shí)即可進(jìn)行資料分析處理，打印出直觀曲線及經(jīng)過(guò)計(jì)算處理的各土層的qc、fs平均值，并可永久保存，還可根據(jù)要求進(jìn)行力學(xué)分層。,二、靜力觸探現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要點(diǎn)(一)試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作有：1.設(shè)置反力裝置(或利用車裝重量)。2.安裝好加壓和量測(cè)設(shè)備，并用水準(zhǔn)尺將底板調(diào)平。3.檢查電源電壓是否符合要求。4.檢查儀表是否正常。5.檢查探頭外套筒及錐頭的活動(dòng)情況，并接通儀器，利用電阻擋調(diào)節(jié)度盤指針，如調(diào)節(jié)比較靈活，說(shuō)明探頭正常。,(二)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)步驟如下：1.將儀表與探頭接通電源，打開儀表和穩(wěn)壓電源開關(guān)，使儀器預(yù)熱15min。2.根據(jù)土層軟硬情況，確定工作電壓，將儀器調(diào)零，并記錄孔號(hào)、探頭號(hào)、標(biāo)定系數(shù)、工作電壓及日期。3.先壓入0.5m，稍停后提升10cm，使探頭與地溫相適應(yīng)，記錄儀器初讀數(shù)o。試驗(yàn)中每貫入10mm測(cè)記讀數(shù)1一次。以后每貫入35m，要提升510cm，以檢查儀器初讀數(shù)o。4.探頭應(yīng)勻速垂直壓入土中，貫入速度控制在1.2m/min。：5.接卸鉆桿時(shí)，切勿使入土鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，以防止接頭處電纜被扭斷，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)防電纜受拉，以免拉斷或破壞密封裝置。6.防止探頭在陽(yáng)光下暴曬，每結(jié)束一孔，應(yīng)及時(shí)將探頭錐頭部分卸下，將泥沙檫洗干凈，以保持頂柱及外套筒能自由活動(dòng)。,(三)靜力觸探試驗(yàn)的技術(shù)要求靜力觸探試驗(yàn)的技術(shù)要求應(yīng)符合下列規(guī)定：1.探頭圓錐錐底截面積應(yīng)采用10cm2或15cm2，單橋探頭側(cè)壁高度應(yīng)分別采用57mm或70mm，雙橋探頭側(cè)壁面積應(yīng)采用150300cm2，錐尖錐角應(yīng)為60。2.探頭測(cè)力傳感器應(yīng)連同儀器、電纜進(jìn)行定期標(biāo)定，室內(nèi)探頭標(biāo)定測(cè)力傳感器的非線性誤差、重復(fù)性誤差、滯后誤差、溫度漂移、歸零誤差均應(yīng)小于1%FS，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)歸零誤差應(yīng)小于3%，絕緣電阻不小于500M。3.深度記錄的誤差不應(yīng)大于觸探深度的1%。,4.當(dāng)貫入深度超過(guò)30m或穿過(guò)厚層軟土后再貫入硬土層時(shí)，應(yīng)采取措施防止孔斜或斷桿，也可配置測(cè)斜探頭，量測(cè)觸探孔的偏斜角，校正土層界線的深度。5.孔壓探頭在貫入前，應(yīng)在室內(nèi)保證探頭應(yīng)變腔為已排除氣泡的液體所飽和，并在現(xiàn)場(chǎng)采取措施保持探頭的飽和狀態(tài)，直至探頭進(jìn)入地下水位以下的土層為止。在孔壓靜探試驗(yàn)過(guò)程中不得上提探頭。6.當(dāng)在預(yù)定深度進(jìn)行孔壓消散試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)量測(cè)停止貫入后不同時(shí)間的孔壓值，其計(jì)時(shí)間隔由密而疏合理控制；試驗(yàn)過(guò)程中不得松動(dòng)探桿。,三、試驗(yàn)成果整理,（一)單孔資料的整理1.初讀數(shù)的處理初讀數(shù)是指探頭在不受土層阻力的條件下，傳感器的初始應(yīng)變的讀數(shù)。影響初讀數(shù)的因素很多，最主要的是溫度。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)工作過(guò)程的地溫與氣溫同探頭標(biāo)定時(shí)的溫度不一樣。消除初讀數(shù)影響的辦法，可采用每隔一定深度將探頭提升一次，在其不受力的情況下將應(yīng)變儀調(diào)零一次，或測(cè)定一次初讀數(shù)。后者在進(jìn)行應(yīng)變量計(jì)算時(shí)，按下式消除初讀數(shù)的影響,式中：應(yīng)變量，；1探頭壓入時(shí)的讀數(shù)；o初讀數(shù)。,(48),(49),2.貫入阻力的計(jì)算,將電阻應(yīng)變儀測(cè)出的應(yīng)變量，換算成比貫入阻力ps（單橋探頭），或錐頭阻力qc及側(cè)壁摩擦力fs(雙橋探頭)，計(jì)算公式如下：,ps=a,式中：a、al、a2應(yīng)變儀標(biāo)定的單橋探頭、雙橋探頭的錐頭傳感器及摩擦傳感器的標(biāo)定系數(shù)，MPa；、q、f單橋探頭、雙橋探頭的錐頭及側(cè)壁傳感器的應(yīng)變量，。自動(dòng)記錄儀繪制出的貫入阻力隨深度變化曲線，其本身就是土層力學(xué)性質(zhì)的柱狀圖，只需在其縱、橫坐標(biāo)上繪制比例標(biāo)尺，就可在圖上直接量出ps或qc、fs值的大小。,3.摩阻比的計(jì)算摩阻比是以百分率表示的雙橋探頭的各對(duì)應(yīng)深度的錐頭阻力和側(cè)壁摩擦力的比值，即,(410),式中：Rf摩阻比。,(二)原始數(shù)據(jù)的修正1.深度修正當(dāng)記錄深度與實(shí)際深度有出入時(shí)，應(yīng)按深度線性修正深度誤差。若觸探的同時(shí)量測(cè)觸探桿的偏斜角(相對(duì)鉛垂線)，也需要進(jìn)行深度的修正。假定偏斜的方位角不變，每1m測(cè)一次偏斜角，則深度修正hi為：,(411),式中：hi第i段深度修正值；i、i1第i次及第i1次實(shí)測(cè)的偏斜角。,到深度hn處，總的深度修正值為,實(shí)際的深度應(yīng)為,2.零飄修正一般根據(jù)歸零檢查的深度間隔按線性內(nèi)插法對(duì)測(cè)試值加以修正。,單橋和雙橋探頭應(yīng)繪制psz曲線、qcz曲線、fsz曲線、Rfz曲線；孔壓探頭尚應(yīng)繪制uiz曲線、qtz曲線、ftz曲線、Bqz曲線和孔壓消散utlgt曲線。見圖46。其中，Rf摩阻比；,ui孔壓探頭貫入土中量測(cè)的孔隙水壓力(即初始孔壓)；qt真錐頭阻力(經(jīng)孔壓修正)；ft真?zhèn)缺谀ψ枇?經(jīng)孔壓修正)；Bq靜探孔壓系數(shù),ui試驗(yàn)深度處總靜水壓力(kPa)；,試驗(yàn)深度處總上覆壓力(kPa)；ut孔壓消散過(guò)程時(shí)刻t的孔隙水壓力。,(四)劃分土層界限根據(jù)靜力觸探曲線對(duì)土進(jìn)行力學(xué)分層，或參照鉆孔分層結(jié)合靜探曲線的大小和形態(tài)特征進(jìn)行土層工程分層，確定分層界線。土層劃分應(yīng)考慮超前與滯后的影響，其確定方法如下：1.上下層貫入阻力相差不大時(shí)，取超前深度和滯后深度的中點(diǎn)，或中點(diǎn)偏向小阻值土層510cm處作為分層界面。2.上下層貫入阻力相差1倍以上時(shí)，當(dāng)由軟層進(jìn)入硬層或由硬層進(jìn)入軟層時(shí)，取軟層最后一個(gè)(或第一個(gè))貫入阻力小值偏向硬層10cm處作為分層界面。3.上下層貫入阻力無(wú)甚變化時(shí)，可結(jié)合fs或Rf的變化確定分層界面。,(五)分層貫入阻力計(jì)算單孔各分層的貫入阻力，可采用算術(shù)平均法或按觸探曲線采用面積法，計(jì)算時(shí)應(yīng)剔除個(gè)別異常值(如個(gè)別峰值)，并剔除超前、滯后值。計(jì)算勘察場(chǎng)地的分層阻力時(shí)，可按各孔穿越該層的厚度加權(quán)平均計(jì)算場(chǎng)地分層的平均貫入阻力，或?qū)⒏骺子|探曲線疊加后，繪制低值與峰值包絡(luò)線，以便確定場(chǎng)地分層的貫入阻力在深度上的變化規(guī)律及變化范圍。,四、成果應(yīng)用（一)應(yīng)用范圍靜力觸探試驗(yàn)的應(yīng)用范圍有：1.查明地基土在水平方向和垂直方向的變化，劃分土層確定土的類別。2.確定建筑物地基土的承載力和變形模量以及其他物理力學(xué)指標(biāo)。3.選擇樁基持力層，預(yù)估單樁承載力，判別樁基沉入的可能性。4.檢查填土及其他人工加固地基的密實(shí)程度和均勻性，判別砂土的密度及其在地震作用下的液化可能性。5.濕陷性黃土地區(qū)用來(lái)查找浸水濕陷事故的范圍和界線。,(二)按貫入阻力進(jìn)行土層分類分類方法。利用靜力觸探進(jìn)行土層分類，由于不同類型的土可能有相同的ps、qc或fs值，因此單靠某個(gè)指標(biāo)，是無(wú)法對(duì)土層進(jìn)行正確分類的。在利用貫入阻力進(jìn)行分層時(shí)，應(yīng)結(jié)合鉆孔資料進(jìn)行判別分類。使用雙橋探頭時(shí)，由于不同土的qc和fs值不可能都相同，因而可以利用qc和fs/qc(摩阻比)兩個(gè)指標(biāo)來(lái)區(qū)分土層類別。對(duì)比結(jié)果證明，用這種方法劃分土層類別效果較好。,Rf=f/qc（%）,(三)確定地基土的承載力目前，為了利用靜力觸探確定地基土的承載力，國(guó)內(nèi)外都是根據(jù)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果提出經(jīng)驗(yàn)公式，以解決生產(chǎn)上的應(yīng)用問(wèn)題。建立經(jīng)驗(yàn)公式的途徑主要是將靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果與載荷試驗(yàn)求得的比例界限值進(jìn)行對(duì)比，并通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)的相關(guān)分析得到用于特定地區(qū)或特定土性的經(jīng)驗(yàn)公式。對(duì)于粉土則采用下式：fo=36ps44.6(412)式中：fo地基承載力基本值，kPa；ps單橋探頭的比貫入阻力，單位為MPa。,(四)確定不排水抗剪強(qiáng)度Cu值用靜力觸探求飽和軟粘土的不排水綜合抗剪強(qiáng)度(Cu），目前是用靜力觸探成果與十字板剪切試驗(yàn)成果對(duì)比，建立ps與Cu之間的關(guān)系，以求得Cu值，其相關(guān)式見表45。,表45軟土Cu（kPa）與ps、qc(MPa）相關(guān)公式,(七)確定砂土的內(nèi)摩擦角砂土的內(nèi)摩擦角可根據(jù)靜力觸探參數(shù)參照表48取值。表48按比貫入阻力ps確定砂土的內(nèi)摩擦角,第四節(jié)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn),一、概述圓錐動(dòng)力觸探是利用一定的錘擊能量，將一定尺寸、一定形狀的圓錐探頭打入土中，根據(jù)打入土中的難易程度(可用貫入度、錘擊數(shù)或單位面積動(dòng)貫入阻力來(lái)表示)來(lái)判別土層的變化，對(duì)土層進(jìn)行力學(xué)分層，并確定土層的物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)地基土作出工程地質(zhì)評(píng)價(jià)。通常以打入土中一定距離所需的錘擊數(shù)來(lái)表示土層的性質(zhì)，也有以動(dòng)貫入阻力來(lái)表示土層的性質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、工效較高、適應(yīng)性強(qiáng)，并具有連續(xù)貫入的特點(diǎn)。對(duì)難以取樣的砂土、粉土、碎石類土等土層、對(duì)靜力觸探難以貫入的土層，圓錐動(dòng)力觸探是十分有效的勘探測(cè)試手段。圓錐動(dòng)力觸探的缺點(diǎn)是不能采樣對(duì)土進(jìn)行直接鑒別描述，試驗(yàn)誤差較大，再現(xiàn)性較差。如將探頭換為標(biāo)準(zhǔn)貫入器，則稱標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。,利用圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)可以解決如下問(wèn)題：1.劃分不同性質(zhì)的土層。當(dāng)土層的力學(xué)性質(zhì)有顯著差異，而在觸探指標(biāo)上有顯著反映時(shí)，可利用動(dòng)力觸探進(jìn)行分層和定性地評(píng)價(jià)土的均勻性，檢查填土質(zhì)量，探查滑動(dòng)帶、土洞和確定基巖面或碎石土層的埋藏深度等。2.確定土的物理力學(xué)性質(zhì)。確定砂土的密實(shí)度和粘性土的狀態(tài)，評(píng)價(jià)地基土和樁基承載力，估算土的強(qiáng)度和變形參數(shù)等。,二、適用范圍圓錐動(dòng)力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的適用范圍見表49。,表49動(dòng)力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的適用范圍,注：+適合，+部分適合,三、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)設(shè)備(一)動(dòng)力觸探類型及規(guī)格圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的類型，可分為輕型、重型和超重型三種。其規(guī)格和適用土類應(yīng)符合表410的規(guī)定。(二)試驗(yàn)儀器設(shè)備圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)設(shè)備主要分四大部分：探頭：為圓錐形，錐角60o，探頭直徑為4074mm。見圖48。穿心錘：鋼質(zhì)圓柱形，中心圓孔略大于穿心桿34mm。提引設(shè)備：輕型動(dòng)力觸探采用人工放錘，重型及超重型動(dòng)力觸探采用機(jī)械提引器放錘，提引器主要有球卡式和卡槽式兩類。探桿：輕型探桿外徑為25mm；重型探桿外徑為42mm鉆桿；超重型探桿外徑為60mm重型鉆桿。,圖4-8輕型動(dòng)力觸探儀穿心錘2.錘墊3.探桿4.圓錐頭,表410動(dòng)力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的設(shè)備規(guī)格及適用的土層,(三)技術(shù)要求圓錐動(dòng)力觸操試驗(yàn)技術(shù)要求應(yīng)符合下列規(guī)定：1.采用自動(dòng)落錘裝置。2.觸探桿最大偏斜度不應(yīng)超過(guò)2，錘擊貫入應(yīng)連續(xù)進(jìn)行；同時(shí)防止錘擊偏心、探桿傾斜和側(cè)向晃動(dòng)，保持探桿垂直度；錘擊速率每分鐘宜為1530擊。3.每貫入1m，宜將探桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈半；當(dāng)貫入深度超過(guò)10m，每貫入20cm宜轉(zhuǎn)動(dòng)探桿一次。4.對(duì)輕型動(dòng)力觸探，當(dāng)N10100或貫入15cm錘擊數(shù)超過(guò)50次時(shí)，可停止試驗(yàn)；對(duì)重型動(dòng)力觸探，當(dāng)連續(xù)三次N63.550時(shí)，可停止試驗(yàn)或改用超重型動(dòng)力觸探。,四、試驗(yàn)要點(diǎn)（一）輕型動(dòng)力觸探1.適用范圍：一般用于貫入深度小于4m的一般粘性土和粘性素填土層。2.實(shí)驗(yàn)步驟：先用輕便鉆具鉆至試驗(yàn)土層標(biāo)高，然后對(duì)土層連續(xù)進(jìn)行觸探，使穿心錘自由落下落，將觸探桿豎直打入土層中，記錄每打入土層30cm錘擊數(shù)N10。,（二）重型動(dòng)力觸探1.適用范圍：一般適用于砂土和碎石土。2.實(shí)驗(yàn)步驟：(1)貫入前，觸探架應(yīng)安裝平穩(wěn)，保持觸探孔垂直。試驗(yàn)時(shí)穿心錘應(yīng)自由下落并應(yīng)盡量連續(xù)貫入，錘擊速率宜為1530擊/min。(2)量尺讀數(shù)。除了及時(shí)記錄貫入深度外，對(duì)觸探指標(biāo)(錘擊數(shù))有下列兩種量讀方法：記錄一陣擊的貫入量及相應(yīng)的錘擊數(shù)，并由式(417)算得每貫入10cm所需錘擊數(shù)N63.5。一般以5擊為一陣擊，土較松軟時(shí)應(yīng)少于5擊。,(417),式中：N每貫入10cm的實(shí)測(cè)錘擊數(shù)；K一陣擊的錘擊數(shù)；S相應(yīng)于一陣擊的貫入量，cm。當(dāng)土層較為密實(shí)時(shí)(5擊貫入量小于10cm時(shí))可直接記讀每貫入10cm所需的錘擊數(shù)。,3.影響因素的校正(1)側(cè)壁摩擦影響的校正。對(duì)于砂土和松散中密的圓礫、卵石，觸探深度在115m的范圍內(nèi)時(shí)，一般可不考慮側(cè)壁摩擦的影響。(2)觸探桿長(zhǎng)度的修正。當(dāng)觸探桿長(zhǎng)度大于2m時(shí)，需按下式校正：N63.5=N(418)式中：N63.5重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)；N貫入10cm的實(shí)測(cè)錘擊數(shù)；觸探桿長(zhǎng)度校正系數(shù)，可按規(guī)范確定。,(3)地下水影響的校正。對(duì)于地下水位以下的中、粗、礫砂和圓礫、卵石，錘擊數(shù)可按下式修正：N63.5=1.1N63.5+1.0(419)式中：N63.5經(jīng)地下水影響校正后的錘擊數(shù)；N63.5未經(jīng)地下水影響校正而經(jīng)觸探桿長(zhǎng)度影響校正后的錘擊數(shù)。,（三）超重型動(dòng)力觸探1.適用范圍：一般用于密實(shí)的碎石土或埋深較大、厚度較大的碎石土。2.試驗(yàn)步驟：(1)貫入時(shí)應(yīng)使穿心錘自由下落，地面上的觸探桿的高度不應(yīng)過(guò)高，以免傾斜和擺動(dòng)過(guò)大。(2)貫入過(guò)程應(yīng)盡量連續(xù)，錘擊速率宜為1520擊/min。(3)貫入深度一般不宜超過(guò)20m。,3.影響因素的校正(1)觸探桿長(zhǎng)度影響的校正。當(dāng)觸探桿長(zhǎng)度大于lm時(shí)，錘擊數(shù)可按下式進(jìn)行校正：N120=N(420)式中：N120超重型觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)；桿長(zhǎng)校正系數(shù)，可按表411確定。(2)觸探桿側(cè)壁摩擦影響的校正：N120=FnN(421)式中：Fn觸探桿側(cè)壁摩擦影響校正系數(shù)，可按規(guī)范確定。,式(420)與式(421)可合并為下式，因此，觸探桿長(zhǎng)度和側(cè)壁摩擦的校正可一次完成。N120=FnN(422)式中：Fn綜合影響因素校正系數(shù)，可按規(guī)范確定。,表411超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)觸探桿長(zhǎng)度校正系數(shù)Fn,五、資料整理(一)觸探指標(biāo)1.錘擊數(shù)N值。以貫入一定深度的錘擊數(shù)N(如N10、N63.5、N120)作為觸探指標(biāo)，可以通過(guò)N值與其他室內(nèi)試驗(yàn)和原位測(cè)試指標(biāo)建立相關(guān)關(guān)系式，從而獲得土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。這種方法比較簡(jiǎn)單、直觀，使用也較方便，因此被國(guó)內(nèi)外廣泛采用。但它的缺陷是不同觸探參數(shù)得到的觸探擊數(shù)不便于互相對(duì)比，而且它的量綱也無(wú)法與其他物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)一起計(jì)算。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外傾向于用動(dòng)貫入阻力來(lái)替代錘擊數(shù)。,2.動(dòng)貫入阻力qd。歐洲觸探試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了貫入120cm的錘擊數(shù)和動(dòng)貫入阻力兩種觸探指標(biāo)。我國(guó)巖土工程勘察規(guī)范雖然只列入錘擊數(shù)，但在條文說(shuō)明中指出，也可以采用動(dòng)貫入阻力作為觸探指標(biāo)。以動(dòng)貫入阻力作為動(dòng)力觸探指標(biāo)的意義在于：采用單位面積上的動(dòng)貫入阻力作為計(jì)量指標(biāo)，有明確的力學(xué)量綱，便于與其他物理量進(jìn)行對(duì)比；為逐步走向讀數(shù)量測(cè)自動(dòng)化(例如應(yīng)用電測(cè)探頭)創(chuàng)造相應(yīng)條件；便于對(duì)不同的觸探參數(shù)(落錘能量、探頭尺寸)的成果資料進(jìn)行對(duì)比分析。,荷蘭公式是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的動(dòng)貫入阻力計(jì)算公式，我國(guó)巖土工程勘察規(guī)范和水利電力部土工試驗(yàn)規(guī)程都推薦該公式。該公式是建立在古典牛頓碰撞理淪基礎(chǔ)上的，它假定：絕對(duì)非彈性碰撞，完全不考慮彈性變形能量的消耗。在應(yīng)用動(dòng)貫入阻力計(jì)算公式時(shí)，應(yīng)考慮下列條件限制：每擊貫入度在0.25.0cm；觸探深度一般不超過(guò)12cm；觸探器質(zhì)量M與落錘質(zhì)量M之比不大于2。其公式為,（423）,式中：qd動(dòng)力觸探動(dòng)貫入阻力，MPa；M落錘質(zhì)量，kg；M觸探器(包括探頭、觸探桿、錘座和導(dǎo)向桿)的質(zhì)量，kg；g重力加速度，m/s2；H落距，m；A圓錐探頭截面積，cm2；e貫入度，cm，等于D/N，D為規(guī)定貫入深度，N為規(guī)定貫入深度的擊數(shù)。,(二)觸探曲線動(dòng)力觸探試驗(yàn)資料應(yīng)繪制觸探擊數(shù)(或動(dòng)貫入阻力)與深度的關(guān)系曲線。觸探曲線可繪成直方圖。見圖49。根據(jù)觸探曲線的形態(tài)，結(jié)合鉆探資料，可進(jìn)行土的力學(xué)分層。但在進(jìn)行土的分層和確定土的力學(xué)性質(zhì)時(shí)應(yīng)考慮觸探的界面效應(yīng)，即“超前”和“滯后”反應(yīng)。當(dāng)觸探探頭尚未達(dá)到下臥土層時(shí)，在一定深度以上，下臥土層的影響已經(jīng)超前反應(yīng)出來(lái)，叫做“超前反應(yīng)”；當(dāng)探頭已經(jīng)穿過(guò)上覆土層進(jìn)入下臥土層中時(shí)，在定深度以內(nèi)，上覆土層的影響仍會(huì)有一定反應(yīng)，這叫做“滯后反應(yīng)”。,據(jù)試驗(yàn)研究，當(dāng)上覆為硬層下臥為軟層時(shí)，對(duì)觸探擊數(shù)的影響范圍大，超前反應(yīng)量(一般為0.50.7m)大于滯后反應(yīng)量(一般為0.2m)；上覆為軟層下臥為硬層時(shí)，影響范圍小，超前反應(yīng)量(一般為0.10.2m)小于滯后反應(yīng)量(一般為0.30.5m)。在劃分地層分界線時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況作適當(dāng)調(diào)整：觸探曲線由軟層進(jìn)入硬層時(shí)，分層界線可定在軟層最后一個(gè)小值點(diǎn)以下0.10.2m處；觸探曲線由硬層進(jìn)入軟層時(shí)，分層界線可定在軟層第一個(gè)小值點(diǎn)以上0.10.2m處。根據(jù)各孔分層的貫入指標(biāo)平均值，用厚度加權(quán)平均法計(jì)算場(chǎng)地分層貫入指標(biāo)平均值和變異系數(shù)。,六、成果應(yīng)用根據(jù)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)指標(biāo)和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，可進(jìn)行力學(xué)分層，評(píng)定土的均勻性和物理性質(zhì)(狀態(tài)、密實(shí)度)、土的強(qiáng)度、變形參數(shù)、地基承載力，單樁承載力，查明土洞、滑動(dòng)面、軟硬土層界面，檢測(cè)地基處理效果等。應(yīng)用試驗(yàn)成果時(shí)是否修正或如何修正，應(yīng)根據(jù)建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系時(shí)的具體情況確定。,(一)評(píng)價(jià)碎石土密度碎石土的密度可根據(jù)圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)確定（見表1-16、表1-17），表中的N63.5和N120應(yīng)進(jìn)行修正；當(dāng)采用重型圓錐動(dòng)力觸探確定碎石土密實(shí)度時(shí)，錘擊數(shù)N63.5應(yīng)按下式修正：N63.5=a1N63.5(424)式中：N63.5修正后的重型圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)；a1修正系數(shù)，按規(guī)范規(guī)定取值；N63.5實(shí)測(cè)重型圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)。,當(dāng)采用超重型圓錐動(dòng)力觸探確定碎石土密實(shí)度時(shí)，錘擊數(shù)N120應(yīng)按下式修正：N120=a2N120(425)式中：N120修正后的超重型圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)；a2修正系數(shù)(可查表)；N120實(shí)測(cè)超重型圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)。,(二)確定地基土承載力利用圓錐動(dòng)力觸探成果確定地基土的承載力，應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的試驗(yàn)成果資料進(jìn)行必要的統(tǒng)計(jì)分析，并建立經(jīng)驗(yàn)公式后使用。以往我國(guó)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JGJ789)結(jié)合全國(guó)各地有關(guān)測(cè)試成果資料建立了統(tǒng)一的承載力計(jì)算公式，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500072002)則重視強(qiáng)調(diào)區(qū)域性及行業(yè)性經(jīng)驗(yàn)公式的建立，使利用圓錐動(dòng)力觸探成果確定地基土承載力的方法更加科學(xué)、合理。故在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合必要的區(qū)域及行業(yè)使用成果，統(tǒng)計(jì)分析后確定地基承載力。關(guān)于以往經(jīng)驗(yàn)性做法及相關(guān)成果，在工程地質(zhì)手冊(cè)(第三版)中有詳細(xì)的列舉，本書不再贅述。,(三)確定抗剪強(qiáng)度和變形模量1.依據(jù)鐵道部第二勘測(cè)設(shè)計(jì)院的研究成果(1988年)，圓礫、卵石土地基變形模量Eo(MPa)可按式(426)或表412取值。,(426),表412用動(dòng)力觸探N63.5確定圓礫、碎石土的變形模量Eo,2.依據(jù)冶金部建筑科學(xué)研究院和武漢冶金勘察公司資料，重型動(dòng)力觸探的動(dòng)貫入阻力qd與變形模量的關(guān)系如式(427)、式(428)。對(duì)于粘性土、粉土：Eo=5.488qd（427）對(duì)于填土：Eo=10（qd0.56）（428）式中：Eo變形模量，MPa；qd動(dòng)貫入阻力，MPa。,(四)確定單樁承載力沈陽(yáng)市樁基礎(chǔ)試驗(yàn)研究小組資料：在沈陽(yáng)地區(qū)用重型動(dòng)力觸探與樁載荷試驗(yàn)測(cè)得的單樁豎向承載力建立相關(guān)關(guān)系，得到經(jīng)驗(yàn)公式：,（429）,或,（430）,式中：pa單樁豎向承載力，kN；L樁長(zhǎng)，m；l樁進(jìn)入持力層的長(zhǎng)度，m；E打樁貫入度，采用最后10擊的每一擊貫入度，cm；e動(dòng)力觸探在樁尖以上10cm深度內(nèi)修正后的平均每擊貫入度，cm；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。,由地面至樁尖處，重型動(dòng)力觸探平均每10cm修正后的錘擊數(shù)；,第五節(jié)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是動(dòng)力觸探的一種，它是利用一定的錘擊動(dòng)能(重型觸探錘重63.5kg，落距76cm)，將一定規(guī)格的對(duì)開管式的貫入器打入鉆孔孔底的土中，根據(jù)打入土中的貫入阻力，判別土層的變化和土的工程性質(zhì)。貫入阻力用貫入器貫入土中30cm的錘擊數(shù)N表示(也稱為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N)。,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)要結(jié)合鉆孔進(jìn)行，國(guó)內(nèi)統(tǒng)一使用直徑42mm的鉆桿，國(guó)外也有使用直徑50mm的鉆桿或60mm的鉆桿。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，土層的適應(yīng)性廣，除砂土外對(duì)硬粘土及軟土巖也適用，而且貫入器能夠攜帶擾動(dòng)土樣，可直接對(duì)土層進(jìn)行鑒別描述。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)適用于砂土、粉土和一般粘性土。,一、試驗(yàn)儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備基本與重型動(dòng)力觸探設(shè)備相同，主要有標(biāo)準(zhǔn)貫入器、觸探桿、穿心錘、錘墊及自動(dòng)落錘裝置等組成。所不同的是標(biāo)準(zhǔn)貫入使用的探頭為對(duì)開管式貫入器，對(duì)開管外徑51lmm，內(nèi)徑351mm，長(zhǎng)度大于457mm，下端接長(zhǎng)度為761mm、刃角1820、刃口端部厚1.6mm的管靴；上端接一內(nèi)外徑與對(duì)開管相同的鉆桿接頭，長(zhǎng)152mm。見圖410。,圖4-10標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備,二、試驗(yàn)要點(diǎn)1.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，并保持孔內(nèi)水位略高于地下水位。當(dāng)孔壁不穩(wěn)定時(shí)，可用泥漿護(hù)壁。鉆至試驗(yàn)標(biāo)高以上15cm處，清除孔底殘土后再進(jìn)行試驗(yàn)。2.采用自動(dòng)脫鉤的自由落錘法進(jìn)行錘擊，并減小導(dǎo)向桿與錘間的摩阻力，避免錘擊時(shí)其偏心和側(cè)向晃動(dòng)，保持貫入器、探桿、導(dǎo)向桿連接后的垂直度，錘擊速率應(yīng)小于30擊/min。3.貫入器打入土中15cm后，開始記錄每打入10cm的錘擊數(shù)，累計(jì)打入30cm的錘擊數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N。當(dāng)錘擊數(shù)已達(dá)50擊，而貫入深度未達(dá)30cm時(shí)，可記錄50擊的實(shí)際貫入深度，按下式換算成相當(dāng)于30cm的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N，并終止試驗(yàn)。,(431),式中：,50擊時(shí)的貫入度，cm。,4.拔出貫入器，取出貫入器中的土樣進(jìn)行鑒別描述。,三、影響因素及其校正(一)觸探桿長(zhǎng)度影響當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)按規(guī)范查表確定承載力或其他指標(biāo)時(shí)，應(yīng)根據(jù)規(guī)范規(guī)定按下式對(duì)錘擊數(shù)進(jìn)行觸探桿長(zhǎng)度校正：N=N(432)式中：N標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)；N實(shí)測(cè)貫入30cm的錘擊數(shù)；觸探桿長(zhǎng)度校正系數(shù)，可按表413確定。,表413觸探桿長(zhǎng)度校正系數(shù),(二)土的自重壓力影響20世紀(jì)50年代美國(guó)Gibbs和Holtz的研究結(jié)果指出，砂土的自重壓力(上覆壓力)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果有很大影響，同樣的擊數(shù)N對(duì)不同深度的砂土表現(xiàn)出不同的相對(duì)密實(shí)度。一般認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)進(jìn)行深度影響校正。美國(guó)Peck(1974)得出砂土自重壓力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的影響為,(433),(434),式中：N校正為相當(dāng)于自重壓力等于98kPa(lt/ft2)的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)；N實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)；CN自重壓力影響校正系數(shù)；,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)深度處砂土有效垂直上覆壓力，kPa。,(三)地下水的影響美國(guó)Terzaghi和Peck(1953)認(rèn)為：對(duì)于有效粒徑d10在0.10.05mm范圍內(nèi)的飽和粉、細(xì)砂，當(dāng)其密度大于某一臨界密度時(shí)，貫入阻力將會(huì)偏大，相應(yīng)于此臨界密度的錘擊數(shù)為15，故在此類砂層中貫入擊數(shù)N大于15時(shí)，其有效擊數(shù)N應(yīng)按下式校正：,(435),式中：N校正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)；N未校正的飽和粉、細(xì)砂的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。,四、資料整理與成果應(yīng)用(一)繪制NH曲線繪制標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N與深度H的關(guān)系曲線圖。(二)成果應(yīng)用1.確定地基承栽力國(guó)外關(guān)于依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)計(jì)算地基承載力的經(jīng)驗(yàn)公式：Peck、Hanson和Thornburn(1953)的計(jì)算公式：當(dāng)DwB時(shí),(436),當(dāng)D15，Es=4.0+C(N6)N0.8）(470)3.確定粘性土的應(yīng)力歷史Marchetti(1980)建議，對(duì)無(wú)膠結(jié)的粘性土（ID1.2），可采用KD評(píng)定土的超固結(jié)比（OCR）OCR=0.5KD1.56（471）,4.土的變形參數(shù)Marchetti(1980)提出壓縮模量Es與ED的關(guān)系如下：Es=RMED（472）式中：RM為與水平應(yīng)力指數(shù)KD有關(guān)的函數(shù)。當(dāng)ID0.6時(shí)RM=0.14+2.36lgKD當(dāng)ID3.0時(shí)RM=0.5+2lgKD當(dāng)0.610時(shí)RM=0.32+2.18lgKD一般RM0.85,第九節(jié)波速測(cè)試,土的動(dòng)彈性參數(shù)，在工程抗震設(shè)計(jì)和動(dòng)力基礎(chǔ)反應(yīng)等方面有著廣泛的用途，其測(cè)定方法可分為室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)波速試驗(yàn)兩大類，后者應(yīng)能保持巖土體的天然結(jié)構(gòu)構(gòu)造和初始應(yīng)力狀態(tài)，測(cè)試成果實(shí)際應(yīng)用價(jià)值大，因而更受到工程勘察單位的重視?，F(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試的基本原理，是利用彈性波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的動(dòng)彈模量、動(dòng)剪切模量、動(dòng)泊松比及密度等的理論關(guān)系，從測(cè)定的傳播速度入手求取土的動(dòng)彈性參數(shù)。在地基土振動(dòng)問(wèn)題中彈性波有體波和面波。體波分縱波（P波）和橫波（S波），面波分為瑞利波（R波）和勒夫波（Q波）。在巖土工程勘察中主要利用的是直達(dá)波的橫波速度。所以測(cè)定波速測(cè)定前，先要鉆探成孔。波速測(cè)試適用于測(cè)定各類巖土體的壓縮波、剪切波或瑞利波的波速，可根據(jù)任務(wù)要求，采用單孔法、跨孔法或面波法。,一、波速測(cè)試的技術(shù)要求1.單孔法波速測(cè)試的技術(shù)要求應(yīng)符合：測(cè)試孔應(yīng)垂直；將三分量檢波器固定在孔內(nèi)預(yù)定深度處，并緊貼孔壁；可采用地面激振或孔內(nèi)激振；應(yīng)結(jié)合土層布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)的垂直間距取13m。層位變化處加密，并宜自下而上逐點(diǎn)測(cè)試。2.跨孔法波速測(cè)試的技術(shù)要求應(yīng)符合：振源孔和測(cè)試孔應(yīng)布置在一條直線上；測(cè)試孔的孔距在土層中宜取25m，在巖層中宜取815m，測(cè)點(diǎn)垂直間距宜取12m；近地表測(cè)點(diǎn)宜布置在40孔距的深度處，震源和檢波器應(yīng)置于同一地層的相同標(biāo)高處；當(dāng)測(cè)試深度大于15m時(shí)，應(yīng)進(jìn)行激振孔和測(cè)試孔傾斜度和傾斜方位的量測(cè)，測(cè)點(diǎn)間距宜取1m。,3.面波法波速測(cè)試可采用瞬態(tài)法或穩(wěn)態(tài)法，宜采用低頻檢波器，道間距可根據(jù)場(chǎng)地條件通過(guò)試驗(yàn)確定。4.波速測(cè)試成果分析應(yīng)包括：在波形記錄上識(shí)別壓縮波和剪切波的初始時(shí)間；計(jì)算由振源到達(dá)測(cè)點(diǎn)的距離；根據(jù)波的傳播時(shí)間和距離確定波速；計(jì)算巖土小應(yīng)變的動(dòng)彈性模量、動(dòng)剪切模量和動(dòng)泊松比。,二、波速試驗(yàn)儀器設(shè)備波速測(cè)試試驗(yàn)設(shè)備主要有激震器、檢波器和放大記錄系統(tǒng)三大部分組成。1.激震器：彈性波激發(fā)裝置(簡(jiǎn)稱震源)，一般為機(jī)械振源。單孔法常采用在地面敲擊木板或鋼板的方法激發(fā)剪切波，板的尺寸一般為250306cm2，上壓重物(500kg)，用大鐵錘敲擊板的側(cè)面?？缈追梢圆捎脴?biāo)準(zhǔn)貫入器激發(fā)剪切波，但更理想的激振器是“井下波錘”。,2.檢波器單孔測(cè)試時(shí)，要求既能觀察到波的豎直分量記錄，又能觀察到波的兩個(gè)水平分量記錄，所以一般都采用三分量檢波器檢測(cè)彈性波的到達(dá)。這種三分量檢波器是由三個(gè)單個(gè)檢波器按相互垂直(X、Y、Z)的方向固定并密封在一個(gè)無(wú)磁性的圓形筒內(nèi)。在鉆孔內(nèi)一定要將豎向檢波器平行于鉆孔軸線，它可以接受縱波；另兩個(gè)水平檢波器接受橫波?？缈追y(cè)試時(shí)，接收孔中一般只安置一個(gè)豎向檢波器，它接受水平傳播的橫渡的豎向分量Sv波。也可用三分量檢波器，此時(shí)兩個(gè)水平檢波器還可分別接受縱波(P波)和橫波的水平分量SH波。3.放大記錄系統(tǒng)主要采用多道地震儀，特別是信號(hào)增強(qiáng)型多道地震儀。此種儀器進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)的皆有，可以選用。,三、試驗(yàn)要點(diǎn)（一）單孔法1.現(xiàn)場(chǎng)布置在指定測(cè)試地點(diǎn)打鉆孔，垂直度要求與一般勘探孔一樣。離開孔口11.5m布置激振裝置。如要測(cè)試孔斜，鉆孔內(nèi)需設(shè)置PVC套管，管內(nèi)有4個(gè)槽口，以備測(cè)斜儀沿槽口移動(dòng)。見圖421。如