圓錐動力觸探試驗的基本原理與試驗方法

1、錐動力觸探試驗的基本原理與試驗方法摘要：本文從圓錐動力觸探的原理、應用入手，以工程實例分析動力觸探數(shù)值常常偏大的原因及處理辦法， 實現(xiàn)動力觸探成果與地基土力學參數(shù)之間合理的轉換關系，以推進對圓錐動力觸探試驗在巖土工程勘察中 更好、更準確地應用。關鍵詞：勘查技術；圓錐動力觸探；試驗研究；錘擊數(shù)；應用技巧Abstract:Based on the principle of cone dynamic penetration testa reasonable relationship between theKey words:dynamic penetration test results and t

2、he parameters of foundation soil mechanics is presented through analyzing the reason why dynamic penetration test results are often much larger than their normal values. Therefore, the cone dynamic penetration tests could be better applied to geotechnical engineering exploration.exploration technolo

3、gy; cone dynamic penetration test; experimental research; the number of hammering (numerical result); application skills前曰：圓錐動力觸探(D P T)是利用一定的錘擊動能，將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土中，根 據(jù)每打入土中一定深度的錘擊數(shù)(或動貫入阻力)判別土層的變化，確定土的工程性質，對 地基土進行巖土工程評價的一種原位測試方法。國外使用的動力觸探種類繁多，國內按其錘 擊能量劃分為輕型(N )、中型(N )、重型(N6 3)、超重型(N- 8 )等4種類型的動 力觸探。圓錐動

4、力觸探試驗2.1圓錐動力觸探測試(DPT)利用一定質量的落錘，以一定高度的自由落距將標準規(guī)格的圓錐形探頭打入土層中，根 據(jù)探頭貫入的難易程度(可用貫入度、錘擊數(shù)或探頭單位面積動貫入阻力來表示)判定土層 性質。簡稱動力觸探或動探。2.2技術特點可以獲得地基土的物理力學性質指標；判定地基土的均勻性；具有鉆探和測試的雙重功能。2.3圓錐動力觸探測試的優(yōu)點：設備簡單，堅固耐用；操作及測試方法容易；適用性廣;快速，經濟，能連續(xù)測試土層；有些動力觸探，可同時取樣，觀察描述;經驗豐富，使用廣泛。2.4圓錐動力觸探的類型類型輕型重型超重型落錘錘的質量/kg1063.5120落距/cm5076100探 頭直徑/

5、mm407474錐角606060探桿直徑/mm25425060指標貫入30cm的錘擊數(shù)N10貫入10cm的錘擊數(shù)N63.5貫入10cm的錘 擊數(shù)N120圓錐動力觸探試驗基本原理動力觸探的基本原理，可用能量平衡法來 分析12。動力觸探能量平衡模型如圖1所 示。按能量守恒原理，一次錘擊作用下的功能 轉換，其關系可寫成：Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee( 1)式中：Em為穿心錘下落能量；Ek為錘與觸探 器碰撞時損失的能量；Ec為觸探器彈性變形所 消耗的能量；Ef為貫入時用于克服探桿側壁的 摩阻力所耗的能量；EP為由于土的塑性變形而 消耗的能量；Ee為由于土的彈性變形而消耗的 能量。通過一系列的假定

6、，可得出土的動貫入阻力 Rd的表達公式(2)，該式亦稱荷蘭動力公式：R =M 2 g (kPa)d e( M + m) A(2)式中：e為貫入度(單位：mm)，即每擊的 貫入深度e=As/n； As為每貫入一陣擊的深 度(單位：mm)； n為相應的一陣擊錘擊數(shù)；A 為圓錐探頭底面積(單位：武)。荷蘭公式(2 )是建立在古典牛頓碰撞理論基 礎之上的，而且還假定，對于絕對非彈性碰撞， 完全不考慮彈性變形能量的消耗。所以在應用 動貫入阻力計算公式時，應考慮下列條件限制： 每擊貫入度在0.25.0 cm之間；貫入的深 度一般不超過12 cm；觸探器質量m與落錘質量M之比不大于2。荷蘭公式是目前國內外應

7、用最廣泛的動貫入阻力計算公式，我國巖 土工程勘察規(guī)范和水利電力部土工試驗規(guī)程的條文說明中都推薦該公式。從式(2)中可知，對于同一種設備，M、m、h、A等為常數(shù)，在測試As深度內，動貫 入阻力與錘擊數(shù)n呈正比關系，故可用錘擊數(shù)來測定地基土的工程性質。雖是從荷蘭公式 中可以由動力觸探錘擊數(shù)直接求取帶有量綱的動貫入阻力Rd，但由于本理論公式的假定甚 多，再加上碎石土的不均勻性及地基土受力機制的復雜性，所求動阻力仍然是不可靠的，即 使在同一層地基土中，亦無可比性。圓錐動力觸探試驗的試驗方法4.1輕型動力觸探先用輕便鉆具鉆至試驗土層標高以上0.3m處，然后對土層進行連續(xù)觸探；試驗時，穿心錘落距為0.50

8、0.02m，記錄每打入0.30m所需的錘擊數(shù)；如想取樣，則需把觸探桿拔出，換鉆頭進行取樣。用于觸探深度小于4m的土層。4.2重型、超重型動力觸探試驗前將觸探架安裝平穩(wěn)，使觸探保持垂直地進行。垂直度的最大偏差不得超過2%；貫入時應使穿心錘自由落下。地面上的觸探桿的高度不宜過高，以免傾斜與擺動太大;錘擊速率宜為每分鐘1530擊；及時記錄每貫入0.10m所需的錘擊數(shù)；對于一般砂、圓礫和卵石，觸探深度不宜超過1215m ；超過該深度時，需考慮觸探 桿的側壁摩阻的影響；每貫入0.1m所需錘擊數(shù)連續(xù)三次超過50擊時，應停止試驗。輕型動力觸探儀(單位：mm)1一穿心錘；2一鋼砧與錘墊；3一觸探桿；重型、超重

9、型動力觸探探頭（單位：mm）4一圓錐探頭；5 一導向桿測試精度影響因素5.1設備因素（1）穿心錘的形狀和質量；（2）探頭的形狀和大小；（3）觸探桿的截面尺寸、長度和質量；（4）導向錘座的構造及尺寸；（5）所用材料的材型及性能。5.2人為因素（1）落錘的高度、錘擊的速度和操作方法；（2）讀數(shù)量測方法和精度；（3）觸探孔的垂直程度、探桿的偏斜度（4）鉆孔的護壁、清孔清孔5.3其他因素（1）土的性質（2）觸探深度（3）地下水結論圓錐動力觸探是利用一定的錘擊動能，將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土中，根據(jù)打入土中 的阻力大小判別土層的變化，對土層進行力學分層，并確定土層的物理力學性質，對地基土 做出工程地質評價的測試方法。此法能清楚地反映不同地層的物理力學性質，判斷地層的密 實度，準確提供設計所需地基土參數(shù)，提高勘察資料的質量，大大縮短勘察周期，降低成本， 其普遍的適用性將會帶來廣闊的發(fā)展前景。而圓錐動力觸探的缺點是不能采樣并對土進行直接鑒別描述，試驗的人為誤差較大，再 現(xiàn)性差，因此規(guī)范試驗方法，進一步總結試驗成果與地基土的工程力學參數(shù)的關系，將會使 動力觸探試驗的優(yōu)越性得以更廣泛更深入地發(fā)揮。參考文獻：王清.土體原位測試與工程勘察M.北京:地