静力触探试验

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。
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
• 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。
（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
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来自、微电脑数据采集仪。qt

qc
u(1 )

qc
u(1
An Aq
)
α为修正面积比，一般取0.840
孔压参数比用Bq ：
Bq

umax uw
qt v0
umax — 在某一深度测得的最大 孔隙水压力；
uw — 假定的静水压力， uw w h；
v0 — 土层上覆压力；
例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R
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
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(static cone penetration test)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。
• （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
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；
锥头阻力qc（kPa）
读数 回零 校正值 qc
40
0
40
20.0
42
1
41
20.5
43
2
41
20.5
侧壁摩阻力fs（kPa）
读数 回零
fs
0.8
1.2
0.9
FR（%） 4
1.0
36
9
1.1 41
1.2 42
1.3 38
27
13.5
例如：如下表Ku=1.0kPa/R
深度 （） m
读数
孔压u（kPa）
深度 （m）
0.1 0.2 0.3 。。。 1.0 1.1 1.2 1.3
锥头阻力qc（kPa） 读数 回零 校正值 qc
40
0
42
1
43
2
36
9
41
42
38
侧壁摩阻力fs（kPa）
读数 回零
fs
FR（%）
例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R
深度 （m）
0.1 0.2 0.3
• （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
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
umax
uw
△u
u
备注
0.1
0
0
0
0.2
0
0
0
0.3
5
5
1
4
4
0.4 34
34
2
0.5 20
20
3
0.6 28
28
4
0.7 32
32
5
0.8 38
38
6
地下 水位 埋深 0.2m
0.9 41
41
7
1.0 36
36
8
1.1 45
45
9
1.2 42
42
10
2．绘制触探参数随深度的变化曲线
• 包括qc-H，fs-H， u -H，FR-H 等
300
孔压
60
35.7
10
133.7
150
国际标准
60
43.7
15
179
200
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
• 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。
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
（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
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
y k x'
锥尖阻力： qc Kq X q
侧壁摩阻力： fs

K
f

X

f
孔隙水压力： u ku xu
1. 导出触探参数的计算
摩阻比FR：
FR

侧壁摩阻力 锥尖阻力
100%

fs qc
100%
探头总锥尖阻力（孔压触探）：
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
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。
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。
（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。
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。
• 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。
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
（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
钻孔柱状图
软粘土和粉土
摩阻力
fs (100kPa)
1
0.5
0
0
锥头阻力
孔隙水压力
摩阻比
qc (100kPa)
u(100kPa)
FR (%)
50 100 150 200 10 5 0 0
探头种 类
型号
顶角 /
I-1
60
锥头 直径/mm
35.7
底面积 /cm2
摩擦筒
长度/mm
表面积 /cm2
10
57
标准
单桥
I-2
60
43.7
15
70
我国独有
I-3
60
50.4
20
81
II-0
60
双桥
II-1
60
II-2
60
35.7
10
133.7
150
35.7
10
179
200
国际标准
43.7
15
219