孔压静力触探_CPTU_测试成果影响因素及原始数据修正方法探讨

实度愈大 ,探头直径愈大 ,临界深度也愈大 ,这与前 人的研究成果一致 。另外 ,当土层表面有外加超载 时 ,临界深度随超载的增大而减小 ,但 qc 极限值基 本与超载无关 。
2. 4 土的压缩性 、胶结作用和粒径大小
土的压缩性对 qc 和 fs 有很大的影响 , 高压缩性 砂有很低的 qc 和很高的摩阻比 。例如 ,碳酸盐砂的 摩阻比可达到 3% ,而典型的非压缩性石英砂的摩 阻比为 0. 5%。砂土的压缩性影响是由探头贯入过 程中颗粒破碎引起的 。由于土颗粒可以改变压缩 性 ,因此胶结作用可以使得贯入阻力增大 ,胶结作用 在老粘土中的影响更加明显 [ 3 ] 。探头贯入时 ,当土 粒径大小变成与探头直径相关的重要粒组时 ,由于 探头把土粒作为刚性单元而排开土粒引起贯入阻力 突然增大 。贯入时 ,当遇到砾石粒径时贯入阻力将 出现峰值 。如果碰到非常大的粒径时 ,可能造成贯 入停止或探杆偏斜 。在探头通过密实粗砾石层时 , 可能会造成加压设备或其他贯入设备的损坏 。
1Fra Baidu bibliotek引 言
孔压静力触探 (CPTU )是 20世纪 80年代在国 际上兴起的新型原位测试技术 ,因其理论系统 、功能 齐全 、参数准确 、精度高 、稳定性好等优点 ,既可以用 超孔压的灵敏性准确划分土层 、判别土类 ,又可求取
土的固结系数 、渗透系数 、动力参数 、结构参数等 ,特 别适合于软土工程的勘察 [ 1 ] ,目前在欧美诸国已得 到广泛的应用 。因其探头规格 、技术标准和操作程 序的差异 ,影响 CPTU 测试成果的因素很多 ,而且其 影响程度也各不相同 ,本文根据前人室内模型试验 、 现场模拟试验及理论分析成果 ,对 CPTU 资料的影 响因素进行了分析总结 ,以期在 CPTU 资料整理和
动力压实或者打桩也能改变水平应力 , 附近超载
(例如填土 ) 能够增加水平有效应力 。因此 , CPTU
资料的解译至少在定性方面考虑到影响水平应力的
这些因素 。
2. 3 临界深度
在均质土层中探头的 qc和 fs并不随贯入深度的
增加而无限增大 , 而是当贯入深度超过一定深度 ———临界深度时 , qc 和 fs 达到一个保持不变的极限 值 , 而且 fs的这种临界深度一般比 qc的临界深度小 。 比绮曼 (Begemann) 根据梅耶霍夫 (M eyerhof) 地基 承载力理论得出 :对于内摩擦角 φ = 30°的中密砂 土 ,其临界深度值为探头直径 d的 8～10倍 ;当土的 φ值较小时 ,其临界深度值为 d的 6倍 ,可见临界深 度随土的密实度和探头直径的增大而增大 ,土层密
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Jou rna l of Eng ineering Geology 工程地质学报 2006
J ou rna l of Eng ineering Geology 工程地质学报 1004 - 9665 /2006 /14 (05) 20632205
孔压静力触探 (CPTU)测试成果影响因素及原始数据 修正方法探讨 3
蔡国军 刘松玉 童立元 杜广印
(东南大学交通学院岩土工程研究所 南京 210096)
GENERAL FACTO RS AFFECT ING INTERPRETAT IO N AND CO RREC2 T IO NS O F PR IM ARY DATA FROM P IEZOCO NE PENETRAT IO N TEST ( CPTU)
CA I Guojun L IU Songyu TONG L iyuan DU Guangyin
2. 5 贯入速率
探头贯入速率对贯入阻力的影响 ,某种程度上 由于蠕变和颗粒破碎引起 。但是 ,一般认为由于孔 隙压力产生的影响 [ 4 ] 。贯入速率不同 ,贯入阻力也 不同 ,土的排水状态也不同 。 CPTU 的标准贯入速 率为 20mm ·s- 1 ,其误差极限为 ±25% ,已得到国际 土工界的公认 。国外一些学者认为 ,这个容许极限 速率应该定的更小一些 ,在 CPTU 测试中 , ISSM FE (国际土力学和基础工程学会 )规定触探仪将被以 20 ±5mm ·s- 1的恒定速度压入土体中 。
( Institu te of Geotechn ica l Eng ineering, T ransporta tion College, S ou theast U n iversity, N an jing 210096)
Abstract A s an in - situ test technique originated in 1980 s, the p iezocone penetration test (CPTU ) has been at2 tracting w ide attention and w idely used in the western country because of its advantages. Due to the differences in equipment design, technique code and operation method, there are lots of general factors affecting interp retation for the CPTU data. On the basis of the past investigation, the general factors affecting interp retation for the CPTU data are analyzed and summ arized for the sake of attracting attention in use of the CPTU data. The corrections on various factors that influence p rim ary measured data are described in brief. Key words Piezocone penetration test (CPTU ) , General affecting factors, Pore water p ressure, Corrections
2. 1 仪器设计差别
探头的形状及尺寸是影响测试成果的主要原 因 ,主要表现在 : (1)不等端面积影响 ; ( 2)孔压传感 器位置 、尺寸和饱和 ; ( 3 )量测精度 。试验表明 ,锥 尖阻力及侧壁摩阻力都随锥底面积的增大而减小 。 侧壁摩擦筒长度增大 ,即摩擦套筒表面积增大 ,会使 锥尖阻力增大 ,使侧壁摩阻力减小 。摩擦套筒及探 杆外径与锥底直径不同时 ,也会改变锥尖阻力 。在 软土 、正常固结土和细粒土中 ,由于仪器设计差别引 起的误差是不容忽视的 。在砂土中 ,除了侧壁摩阻 力的可能变化以外 ,其他的影响比较小 [ 2 ] 。
由于密砂的剪胀特性 ,锥肩处的孔压可能低于 平衡的孔隙压力 ( u0 ) ,这些说明选择合适测孔压 的位置的困难 。所以 ,在锥面上测孔压会受大的法 向应力及剪应力的影响 ,而在锥尖处似乎较多地受 剪应力的影响 。现在越来越多的使用者采用锥肩的 位置 ,这是由于 : (1)透水单元不易损坏 ; ( 2)易于饱 和 ; (3)受孔压元件压缩的影响小 ; ( 4)孔压消散受 贯入过程影响小 ; ( 5)量测的孔压能直接用于修正 锥尖阻力 。
探头以标准的速度贯入时 ,贯入速率稍有变化 不会对贯入阻力有大影响 。在此贯入速率下 ,对于 砂土等粗粒土 ( k ≥1 ×10 - 4 cm ·s- 1 ) ,相当于排水 条件 ,对于粘土等细粒土 ( k ≤1 ×10 - 7 cm · s- 1 ) , 则相当于不排水条件 [ 5 ] ; 而对于中等粒径土 ,如粉 土等 ,则相当于部分排水条件 。探头在部分排水的 土层中贯入时 ,贯入速率的增或减 ,将导致人为改变 贯入时土层的排水条件和排水过程 ,影响孔压测试 数据的判释 。 Campanella 等 [ 6 ] ( 1983 ) 在粘质粉土 中研究贯入速率对触探参数的影响 ,当贯入速率降 至 0. 2cm ·s- 1 ,仍为不排水状态 ,当低于此值 ,总孔 隙压力随贯入速率的降低而降低 ,而锥尖阻力及侧 壁摩阻力则增大 。对粉土 ,其排水状态可由超孔压 消散速率 ,如 t50 指标 ,判明排水状态 。这对于判定
摘 要 孔压静力触探 (CPTU )是 20世纪 80年代在国际上兴起的新型原位测试技术 ,因其诸多优点 ,目前在欧美诸国已得到 广泛应用 。由于探头规格 、技术标准和操作程序的差异 ,影响 CPTU测试成果的因素很多 ,而且其影响程度也各不相同 。根据 前人的研究成果 ,对 CPTU测试成果的影响因素进行了分析总结 ,以期在 CPTU资料整理和应用中引起重视 。最后 ,简要论述 了考虑诸多影响因素的原始数据修正方法 。 关键词 孔压静力触探 影响因素 孔压 修正 中图分类号 : TU 413 文献标识码 : A
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应用中引起重视 。最后 ,结合诸多影响因素 ,简要论 述了对原始数据的修正方法 。
2 影响因素
在分析任何一个 CPTU 测试资料之前 ,意识并 考虑到原始数据中所包含的潜在误差是很重要的 。 因探头设计的不同 ,操作方法 、土质条件的差异 ,影 响 CPTU 测试成果的因素及影响程度也各不相同 。
3 收稿日期 : 2006 - 03 - 21;收到修改稿日期 : 2006 - 05 - 24. 基金项目 :江苏省交通科学研究计划项目资助. 第一作者简介 :蔡国军 (1977 - ) ,男 ,博士生 ,主要从事土体原位测试技术等方面研究. Email: focuscai@163. com
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CPTU 试验所确定的力学特性参数的排水状态是很 有用的 ,因为与锥尖阻力和侧摩阻力相比 ,孔压受贯 入速率的影响更灵敏 ,因此 ,在 CPTU 试验中 ,触探 主机的贯入速度一定要严格控制 。
2. 6 孔压传感器的位置 、尺寸与饱和
当进行 CPTU 试验时 ,孔压测量的结果与孔压 传感器的位置密切相关 ,这是 CPTU 成果解译的最 重要的因素 [ 5 ] 。过去 ,很多研究者研究过此因素 , Balih等 [ 7 ] ( 1980 )提出理论分析法 ,预计贯入时在 探头四周的超孔隙压力的分布状况 ,得出在不同位 置上测得的孔隙压力有很大的不同 ,在锥尖处孔压 最大 ,在锥面上或多或少保持常数 ,在锥肩以上沿摩 擦套筒的孔隙压力急剧 降低 。后来 Campanella[ 8 ] (1985)测得资料说明 ,在硬的超压密粘土 、密实粉 砂中 ,在锥尖附近 ,孔隙压力梯度很大 。在正常压密 不灵敏粘土及粉土内 ,当剪切时 ,会产生很大的正的 孔隙压力 ,在锥面上测的孔隙压力一般比平衡的孔 隙压力 ( u0 ) 大 3 倍 , 比 锥 肩 后 部 所 测 孔 压 约 大 15%。当粘土及粉土的 OCR 增大 ,则锥面上的超静 孔压也增大 ;在密砂中贯入时 ,因锥面上的法向应力 增大很高 ,在锥面上的孔隙压力可达到很大数值 。
2. 2 原位应力
理论分析和标定罐试验表明 :原位水平有效应
力
(
σ′ h0
)
对锥尖阻力
( qc )
和侧壁摩阻力
( fs
)有很
大的影响 。因此 ,土的应力 (地质 )历史对 CPTU 资
料解译是很重要的 。但是 ,对土的原位水平应力的
测试技术很不可靠 ,而且应力历史仅仅有定性的数
据 。基坑开挖可以减小附近土的水平应力 ,静力和