孔压静力触探(CPTU)原位测试技术
孔压静力触探_CPTU_探求高速公路软基固结系数研究
第24卷 第3期2007年3月 公 路 交 通 科 技Journal of Highway and T ransportation Research and DevelopmentV ol 124 N o 13 Mar 12007文章编号:1002Ο0268(2007)03Ο0030Ο05收稿日期:2005Ο09Ο15基金项目:江苏省交通科学研究计划资助项目(7621006028)作者简介:蔡国军(1977-),男,山东兖州人,博士研究生,从事道路软基处理及土体原位测试技术的研究1(focuscai @1631com )孔压静力触探(CPTU )探求高速公路软基固结系数研究蔡国军,童立元,刘松玉,杜广印(东南大学 交通学院,江苏 南京 210096)摘要:基于孔压静力触探(CPT U )的原理,简要介绍了利用CPT U 试验求解地基土固结系数的理论方法,并以T or 2stenss on 理论模型为例,详细叙述了利用CPT U 试验资料探求地基土固结系数的方法和步骤。
结合连盐高速公路灌云三标的CPT U 试验进行了实例计算,结果表明,现场所得的固结系数较室内试验的固结系数大1～2个数量级,与其他研究者的结果一致;在淤泥土层内,现场固结系数较室内试验所得的固结系数变化小,与现场资料反演值很接近;若采用此方法为实际工程提供设计固结系数时,进行修正后效果会更好。
关键词:道路工程;软基;孔压静力触探;固结系数;孔压消散试验中图分类号:U441+18 文献标识码:ADetermination of Consolidation Coefficient for Expre ssway on Soft Groundfrom the Piezocone Penetration Te stC AI G uo Οjun ,T ONGLi Οyuan ,LI U S ong Οyu ,DU G uang Οyin(T ransportation C ollege ,S outheast University ,Jiangsu Nanjing 210096,China )Abstract :Based on the piezocone (CPT U )penetration theory ,several methods for deriving the coefficient of cons olidation from CPT U pore pressure dissipation data were introduced in brief 1The method and procedure to determine the coefficient of cons olidation from CPT U dissipation tests were als o presented in details by taking the exam ple of T orstenss on theory m odel 1The CPT U tests results of s oft ground in Lian Οyan express way were presented and the coefficient of cons olidaion was obtained from the piezocne data 1The results of the coefficient of cons olidation were com pared with labortory oedometer tests data and back Οcalculated values from field settlement data 1C om paris ons of the results indicated that the coefficient of cons olidation determined by CPT U tests was higher than that measured in the labortory cons olidation tests by 10to 100times ,as reported by other researchers 1The coefficient of cons olidation values from CPT U tests were in less variation than those obtained by labortory tests and were in g ood agreement with the back Οcalculated coefficient of cons olidation values in the s oft marine clay 1When the coefficient of cons olidation from CPT U dissipation tests were used directly for design ,it should be corrected by various factors in practice 1K ey words :road engineering ;s oft ground ;piezocone penetration test (CPT U );coefficient of cons olidation ;pore pressure dissipa 2tion test0 引言孔压静力触探(英文简称CPT U )作为一种简捷、快速、方便、可靠的新型原位测试技术,除了能在测试过程中比常规静力触探多量测出土的孔隙水压力外,还能够在预定深度停止贯入后进行孔隙水压力的消散试验,并由此探求软土的固结系数[1]。
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
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 。
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 ( C Songyu TONG L iyuan DU Guangyin
1 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
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 ] 。
原位测试t5
一、名词解释1．平板静力载荷试验：简称载荷试验，在保持地基土天然状态下，在一定面积的承压板向地基土逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基土的变形特性，是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法。
2．临界深度：模型试验及实测表明，地表厚层均质土的贯入阻力自地表向下是逐渐增大的。
当超过一定深度后，阻力才趋近一个常数值，这个土层表面一定深度就称为临界深度。
3．动力触探：是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据打入土的难易程度(可用贯入度、锤击数或探头单位面积动贯入阻力来表示)判定土层性质的一种原位测试的方法。
4．孔压静力触探：即孔隙水压力静力触探，简称孔压触探(CPTU)，它是在普通的CPT探头上安装了可以测量孔隙水压力的传感器，使贯入时能在测量的同时，测量贯入引起的超孔隙水压力△ｕ，当停止贯入时，可测量超孔隙水压力△ｕ的消散过程及完全消散时的静止孔隙水压力u0。
5．标准贯入测试：简称标贯，重63.5kg的穿心锤自0.76m高处自由下落，撞击锤座，通过探杆将标准贯入器贯入孔底土层中，记录贯入0.30m的锤击数，用来测试土层物理力学参数的一种测试方法。
6．十字板剪切试验：是用插入软粘土中的十字板头，以一定的速率旋转，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪强度的一种测试方法。
7．旁压测试：是利用钻孔做的原位横向载荷试验，是工程勘察中的一种常用原位测试技术。
8．土的原位测试：指的是在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层一种土工勘察技术。
9．静力触探：国际上常称静力触探试验为“荷兰锥”试验，简称CPT或静探。
静力触探试验是把一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，并测定探头阻力等的一种测试方法，实际上是一种准静力触探试验。
10．旁压模量：地基土层旁压模量是反映土层中应力和体积变形（可表达为应变的形式）之间的关系的一个重要指标，代表地基土水平方向的变形性质。
孔压静力触探（CPTU）原位测试技术
孔压静力触探（CPTU）原位测试技术
浅析孔压静力触探(CPTU)原位测试技术摘要：孔压静力触探（cptu）原位测试技术不仅能测得锥尖阻力和侧壁摩阻力，还可测得地下水位以下各土层的孔隙水压力及超孔隙水压力消散过程，在区分砂层和黏性土层时，分辨率极高。
另外，cptu测试对土体扰动很小，其测试数据能最大程度反映土体的真实性状。
因此，cptu原位测试技术在我国具有广阔的应用和发展空间。
关键词：孔压静力触探超孔隙水压力锥尖阻力侧壁摩阻力
1 概述
孔压静力触探（cptu）是在标准电测式圆锥静力触探贯入仪（cpt）的探头中安装上透水滤器及量测孔隙水压力的传感元件，对地基原状土体进行现场勘察、探测的一项技术。
加入这些设备后，孔压静探贯入仪不仅可以与普通静力触探贯入仪一样能够测试到
探头所受的锥尖阻力和侧壁摩阻力，当探头在饱和水土体内贯入时，还可以测试在土中的孔隙水压力。
既可以测试到探头贯入引起的超孔隙水压力，还可以测试到探头停止贯入时超孔隙水压力随时间消散的过程[1]。
2 cptu测试原理、测试设备及使用现状
2.1 cptu测试原理
cptu除可测锥尖阻力、侧壁摩擦力外，还可测试地下水位以下各土层的孔隙水压力及超孔隙水压力消散过程。
根据测得的超孔隙。
岩土工程勘察原位测试标准贯入试验、静力触探试验、动力触探试验操作规程及试验要点
岩土工程勘察原位测试 标准贯入试验、静力触探试验、动力触探试验 现场操作规程一、标准贯入试验 1. 先用钻具钻至试验土层标高以上 0.15m 处，清除残土。
清孔时应避免试 验土层受到扰动。
当在地下水位以下的土层进行试验时，应使孔内水位高于地下 水位，以免出现涌砂和坍孔。
必要时应下套管或用泥浆护臂。
2. 贯入应拧紧钻杆接头，将贯入器放入孔内，避免冲击孔底，注意保持贯 入器、 钻杆、 导向杆联接后的垂直度。
孔口宜加导向器， 以保证穿心锤中心施力。
注：贯入器放入孔内，测定其深度，要求残土厚度不大于 0.1m。
3. 采用自动落锤法， 将贯入器以每分钟 15~30 击打入土中 0.15m 后， 开始记 录每打入 0.10m 的锤击数， 累计 0.30m 的锤击数为标准贯入击数 N， 并记录贯入 深度与试验情况。
若遇密实土层，贯入 0.3 吗锤击数超过 50 击时，不应强行打 入，记录 50 击的贯入深度。
4. 旋转钻杆，然后提出贯入器，取贯入器中的土样进行鉴别、描述、记录， 并量测其长度。
将需要保存的土样仔细包装、编号，以备试验之用。
5. 重复以上步骤，进行下一深度的贯入试验，直到所需深度。
二、静力触探试验 1. 平整实验场地，设置反力装置。
将触探主机对准孔位，调平机座（用分度 值为 1mm 的水准尺校准） ，并紧固在反力装置上。
2. 将已穿入探杆内的传感器引线按要求接到量测仪器上， 打开电源开关， 预 热并调试到正常工作状态。
3. 贯入前应试压探头，检查顶柱、锥头、摩擦筒等部件工作是否正常。
当测 孔隙压力时， 应使孔压传感器透水面饱和。
正常后将连接探头的探杆插入导向器 内，调整垂直并紧固导向装置，必须保证探头垂直贯入土中。
启动动力设备并调 整到正常工作状态。
4. 采用自动记录仪时， 应安装深度转换装置， 并检查卷纸机构运转是否正常；采用电阻应变仪或数字测力仪时，应设置深度标尺。
5. 将探头按 1.2±0.3m/min 匀速贯入土中 0.5~1.0m 左右（冬季应超过冻结 线） ，然后稍许提升，使探头传感器处于不受力状态，待探头温度与低温平衡后 （仪器零位基本稳定） ，将仪器调零或记录初始读数，即可进行正常贯入。
简析静力触探的应用发展
简析静力触探的应用发展在工程建设过程中，岩土工程原位测试的作用无可替代，在免除钻探、取样和运输等对岩土体原生结构扰动与原位应力释放上，作用尤为明显，可快速、准确获得反映岩土体结构的相关参数。
而在这一应用中，静力触探是最为成熟与常用的技术之一。
在本文中，笔者主要从静力触探的发展、在岩土工程中的应用及其发展等方面做了有益的分析与探讨。
一、静力触探技术的现状分析1917年，静力触探最先应用到工程中，于瑞典铁路工程中率先应用，属于螺旋锥锥头式静力触探；1930年，尖锥试验出现，称之为荷兰静力触探；1948年，世界上第一个电测试探头被研制出来；1949年，电测探头在实验室内使用；1957年，世界上第一台能测侧阻力电测试探头出现；1965年，标准化的电测式探头出现[1]。
随着美国与前苏联的加入，在月球勘察中，使用了自动记录静力触探仪。
在新型静力触探仪不断涌现的情况下，收到了世界范围内的高度重视。
而在我国，1954年，静力触探技术在黄土地区开展了试验研究；1964年，我国第一台电测式触探仪成功研制；1965年，我国自主研发的电阻应变式静力触探仪研制出来，成为我国后来静力触探技术发展的坚实基础；1967年，我国成功研制出机械传动静力触探仪；1969年，双缸油压静力触探被研制出来，为我国静力触探提供了方向[2]。
二、静力触探技术在岩土工程中的应用在工程地质研究、评价中，静力触探的应用非常广泛，比如在土类判别、粘性土不排水抗剪强度、砂土液化判别等中均得到了良好的应用。
而近年来，在粘性土稠度状态、砂土密实度、估算土强度参数和评定土应力等方面，均得到了良好的应用。
（一）在土地特征与微地貌单元中的应用在地貌单元的划分与判断上，主要是按照地层结构分布特点、地貌形态与地形标高等。
而在河流阶地类型的判断上，主要是依靠地层结构分布特点，从而可为评价场地工程地质条件提供帮助[3]。
图1为某市区河漫滩与河流1、2级阶地的土層静力触探Ps值曲线图，根据曲线图判断地层结构为内叠阶地。
例析基于CPTU技术海上井位的地质分层
例析基于CPTU技术海上井位的地质分层孔隙水压力静力触探（英文简称CPTU）是一种具有速度、数据连续、再现性好、操作省力等优点的新型原位测试技术。
孔隙水压力静力触探技术是把测孔隙水压力的传感元件与标准的静力触探组合在一起，在测定锥尖阻力qc和侧壁摩擦阻力fs的同时，量测土的孔隙水压力u；当停止贯入时，还可量测超孔隙水压力△u的消散，直至超孔隙水压力全部消散完，达到稳定的静止孔隙水压力u0。
目前，孔隙水压力静力触探（CPTU）在地质勘察中已得到广泛应用。
随着海上资源勘探开发日益发展，海上需要越来越多的基础建设。
海上钻井船的插桩和钻进平台建设及管道的铺设都必须依靠浅层的地质条件才可以进行作业。
传统的海上地质勘察的方法是钻孔取样，通过现场和土工实验室试验，为海上工程提供设计参数。
传统的取样和实验室分析方法不仅对土样的扰动大，使得实验室测试结果常出现较大误差，同时成本费用比较高，操作比较麻烦，耗费勘察周期长，地质参数的精确性很难做到。
孔隙水压力静力触探在海上地质勘察中可以弥补钻孔取样的不足，不需要取样，而且周期短。
目前国家的发展战略是向深海进军，水深的增加会加大取样难度，甚至取不到土样。
本文就针对海上某井位隙水压力静力触探（CPTU）资料作了划分土层的分析和总结，为以后海上CPTU技术应用提供借鉴和参考。
1 孔隙水压力静力触探（CPTU）的理论基础把探头借助机械力量压入土中时，终端记录锥尖阻力qc和侧壁摩擦阻力fs，以及土的孔隙水压力u随深度的变化曲线，具有具有快速、可靠、经济和连续的优点。
由于不同的土质，反映到qc-h，fs-h，u-h曲线上，会呈现出成层的分布规律，利用这个规律可以对海底地质进行分层。
文献[4]对目前基于CPTU的土质分类经验图表进行了很好的总结。
在正常贯入速率下（2cm/s）测得的u-h曲线上，能够反映出2cm薄层的变化。
因此，利用孔隙水压力随深度变化曲线判别土层能够提高判别的准确性和精度。
孔压静力触探(CPTU)计算软土固结系数及其在港珠澳岛隧工程中的应用-中交公规院张尧禹讲解
2、孔隙水压力静力触探概述
2.2国内外研究概况
我国在20世纪80年代后期也开始研制和使用孔压静探技术，主要限制在少数大学 和科研单位，如同济大学、中国地质大学、南京水力科学研究院以及铁道部第四勘察 设计院等，对孔压静探在实际应用方面进行了有益的探索。但由于设备、造价、操作 及规范制定落后等方面原因，孔压静探在工程界未能大范围应用。进入90年代，随着 孔压静探研究的深入和推广，我国已经能够自行研制生产出性能稳定可靠、价格经济 合理的国产孔压探头，大范围推广和使用孔压静探成为可能。
3、求解固结系数
3.3各参数的确定 （2）消散时间t50的确定
Ch
T50*r02 t50
Ir
典型归一化孔压消散曲线
3、求解固结系数
表3-2 修正后的时间因数T*(Houlsby和Teh,1988)
3.3各参数的确定 （3）时间因数T50*的确定
Ch
T50*r02 t50
Ir
国外学者Houlsby和The对软土的固结进行了大量研究工作，对软土固结的修 正时间因数T*给出了与固结度、过滤器位置等因素相关的取值方法，T*取值结果 可以通过查表获得。
Battaglio 等,1981 Jones和Van Zyl ,1981
Kavvadas ,1982 Senneset等,1982 Tumay等,1982 Gupta 和Davidson ,1986 Soares等,1987
Whittle ,1987 Houlsby和Teh ,1988 ; Teh和Houlsby ,1991 Elsworth ,1990 ,1993
静力触探技术的发展及应用
静力触探技术的发展及应用摘要：在现代岩土勘察中，原位测试技术有着很重要的作用，静力触探技术作为岩土勘察原位测试技术的一种，经过多年来的发展，在各种复杂工程条件下都能很好适用，且其成果也为工程勘察和设计提供了有力支撑。
关键词：静力触探；发展；应用1 静力触探技术的发展1.1 静力触探探头的发展静力触探技术经过近百年年的不断实践和发展，其主要测试装置之一的探头从最初的机械式到电测式，再到目前的数字式探头，使其工程适用性更好。
静力触探（CPT）技术最早由荷兰人应用于工程实践，因此又称“荷兰锥”。
1932年，荷兰一位工程师根据将底部为圆锥形的探杆在软硬土层中压入的难易程度，发明了简易的静力触探系统[1]。
此系统采用圆锥的截面积为10cm2、锥角为60°，通过人工或机械压入的方式，由顶部的压力表测出贯入力，再减去杆件的重量来校正锥尖阻力，这一参数的探头也成为了目前国际标准中的一种。
1953年，Begemann在探头中增加了一个摩擦筒来测侧壁摩阻力，这一改进使得静力触探可以同时测量锥尖阻力和侧壁摩阻力，进而可以使用两者的比值——摩阻比来用于土的类型的划分。
由于机械式探头存在一定缺点，加之技术不断进步，1965年荷兰辉固公司（Fugro）与荷兰研究院（TNO）联合研制出一种电测式静力触探探头，将原有的机械式测试方法改进为通过内置的电阻应变片受力变形后的电阻值的改变进而来测出锥尖阻力和侧摩阻力。
这一改进消除了机械式探头探杆与套管之间的摩擦，且测试过程连续、贯入速率稳定，使用电信号的测试也更加稳定和可靠。
之后，在1974年出现了可以测量孔隙水压力的孔压静力触探（CPTU）探头，在软土中，通过孔压来修正锥尖阻力来获取更准确的软土岩土参数具有实际意义。
此外，还可以利用超孔隙水压力的灵敏性来判断土的类型以及夹层和估算不排水抗剪强度等[2]。
随着技术的不断进步，数字式探头逐渐得到广泛应用。
数字式探头将此前电测式探头的模拟信号转换为数字信号，解决了模拟信号在传输过程中的信号衰减问题，同时可将多个信号通过一根电缆传输，因此静力触探探头测试参数也逐渐多样化，如获取地震波、含水量、热导率、PH值及温度等的传感器都可以集成到静力触探探头中。
孔压静力触探_CPTU_确定地基土压缩模量方法研究_姬付全
压缩模量进行了大量研究， 得到了许多经验关系式。 ［2 ～ 7 ］ ， 研究表明 土的压缩模量与锥尖阻力具有较好 的线性相关关系， 经验公式可写成： Es = α × q （ 1）
式中，E s 为 土 的 压 缩 模 量 （ MPa） ； q 为 锥 尖 阻 力 （ MPa） ， 具体可采用实测锥尖阻力 q c 、 修正锥尖阻力 q t 或净锥尖阻力 q n ； α 为经验系数。 但研究成果中的经验系数都是建立在一定的锥 具有地区局限性。 尖阻力适用范围和特定土类之上 ， 因此， 建立一种各地区均适用的 CPTU 确定地基土 压缩模量的方法具有重要的科学研究价值 ， 对高速 公路路基沉降预测和地基处理设计具有一定的指导 意义。
［12 ］
参数统计法
［8 ～ 11 ］
图1 Fig． 1
多层地基示意图
Schematic diagram of multilayer soils
是 基 于 理 论 公 式 推 导， 根据
沉降计算公式可写成 S = S1 + S2 + … + S m
（ 5）
884
n1
Journal of Engineering Geology
（ m + 1） 1 （ 2） （ 2） （ 1） （ 1） （ 1）
883
CPTU 测试及其对应路基断面的沉降观测结果， 利
1
引
言
用分层总和法沉降计算公式以及公式 （ 1 ） 反演锥尖 阻力与压缩模量的经验系数。 推导过程
n
路基沉降是高速公路建设需要解决的重点问题 提高沉降预测精度， 关键是获得准确的土性参 之一， 数。压缩模量 （ E s ） 是评价土的压缩性和计算地基 沉降的基本参数， 因而如何准确获得软弱地基的压 缩模量将直接影响到地基沉降的预测精度 。 作为一 种 新 型 原 位 测 试 技 术， 孔压静力触探 （ CPTU） 可以提供 3 个测试参数 （ 锥尖阻力 q t 、 侧壁 摩阻力 f s 和孔隙水压力 u2 ） ， 具有快速、 可靠、 经济 和连续的优点
原位测试技术
0.1 原位测试技术岩土工程：“根据建设工程的要求，查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动。
”岩土工程勘察所采用的方法和手段较多，主要有勘探（包括钻探、井探、槽探、坑探、洞探、物探、触探等）、原位测试和室内试验等。
原位测试：从广义上讲，包括原位检测和原位试验两部分，即指在被测试对象的原始位置，在不破坏、不扰动或少扰动被测试或检测对象原有（天然）状态的情况下，通过试验手段测定特定的指标，进而评价被测试对象阶性能和状态。
从狭义上讲，原位测试是指利用一定的试验手段在天然状态（天然应力、天然结构和天然含水量）下，测试岩土的反应或一些特定的物理、力学指标，进而依据理论分析或经验公式评定岩土的工程性能和状态。
0.2 原位测试方法载荷试验、静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、现场直接剪切试验、波速测试、岩体原位应力测试和激振法测试。
0.3 原位测试优缺点项目原位测试室内试验试验对象1．测定土体范围大，能反映微观、宏观结构对土性的影响，代表性好；2．对难以取样的土层仍能试验；3．对试验土层基本不扰动或少扰动；4．有的能给出连续的土性变化剖面，可用以确定分层界线；5．测试土体边界条件不明显1．试样尺寸小，不能反映宏观结构、非均质性对土性的影响，代表性较差；2．对难以或无法取样的土层无法试验，只能人工制备土样进行试验；3．无法避免钻进取样对土样的扰动；4．只能对有限的若干点取样试验，点间土样变化是推测的；5．试验土样边界条件明显应力条1．基本上在原位应力条件下试验；2．试验应力路径1．在明确、可控制的应力条件下试验；件无法很好控制；3．排水条件不能很好控制；4．试验时应力条件有局限性2．试验应力路径可以事先预定；3．能严格控制排水条件；4．可模拟各种应力条件进行试验应变条件1．应变场不均匀；2．应变速率一般大于实际工程条件下的应变速率1．试样内应变场比较均匀；2．可以控制应变速率岩土参数反映实际状态下的基本特性反映取样点上，在室内控制条件下的特性试验周期周期短，效率高周期较长，效率较低1载荷试验1.1 概述1.1.1 载荷试验方法载荷试验（P1ate Load Test，简称PLT）：是在现场通过一定面积的刚性承压板向地基逐级施加荷载，测定天然地基、单桩或复合地基的沉降随荷载的变化，借以确定地基土的承载能力和变形特征的现场试验。
SMP+CPTU孔压静力触探试验简述
SMP+CPTU孔压静力触探试验简述汤明礼;俞炯奇;姚永新【摘要】静力触探试验是土体原位测试的一种,在工程勘察中应用较多.介绍了荷兰Geomil公司生产的一种SMP + CPTU孔压静力触探探头的组装、仪器的调试、探头的饱和及静力触探试验过程,并根据现场试验总结了在静力触探试验贯入过程中的注意事项.【期刊名称】《浙江水利科技》【年(卷),期】2018(046)001【总页数】3页(P52-54)【关键词】静力触探试验;孔压静力触探;孔隙水压力【作者】汤明礼;俞炯奇;姚永新【作者单位】浙江广川工程咨询有限公司,浙江杭州 310020;浙江省水利河口研究院,浙江杭州 310020;浙江广川工程咨询有限公司,浙江杭州 310020【正文语种】中文【中图分类】TU311.11 问题的提出静力触探试验是在竖直方向上利用压力装置把静力触探探头按一定的速率压入土层中，利用探头安装的传感器，通过自动采集仪来存储贯入过程所得到的各种数据[1]，通过数据分析可判别地基土的各种参数，例如土体分类、土的物理性质、土的强度等[2]。
静力触探按测量机理分为：机械式静力触探和电测式静力触探。
电测式静力触探是应用最广的一种原位测试技术，兼有勘探与测试双重作用，具有测试快速、连续、效率高、功能多的优点，测量成果自动化程度较高，在实际工程项目中的应用越来越广泛 [3]。
孔压静力触探试验（CPTU）是20 世纪70 年代末在国际上兴起的一种新型原位测试技术，它是在静力触探贯入仪的探头中安装上透水石及量测孔隙水压力的传感元件，可同时量测锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力[4]。
2 仪器概况荷兰Geomil设备有限公司成立于1932年，是全球第一个生产静力触探设备的厂家，为全球首选的静力触探设备制造商。
经过80多年的发展，Geomil公司拥有了非常优秀的经验和技巧，可生产符合高质量标准的探头、测量装置、数据采集系统、软件和控制系统。
本文根据温州及温岭的现场静力触探试验，详细介绍探头的组装及试验过程，采用的探头为Geomil公司生产的SMP + CPTU探头。
原位测试技术
第十四讲原位测试技术一、内容提要：本讲主要讲述原位测试技术：载荷试验、十字板剪切试验、静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验、旁压试验、扁铲侧胀试验。
二、重点难点：各种原位测试手段的适用范围及各自的优点。
三、内容讲解：所谓原位测试就是在土层原来所处的位置基本保持土体的天然结构、天然含水量以及天然应力状态下，测定土的工程力学性质指标。
原位测试与室内土工试验相比，具有以下主要优点：(1)可以测定难以取得不扰动土样(如饱和砂土、粉土、流塑淤泥及淤泥质土、贝壳层等)的有关工程力学性质；(2)可以避免取样过程中应力释放的影响；(3)原位测试的土体影响范围远比室内试验大，因此代表性也强；(4)可大大缩短地基土层勘察周期。
但是，原位测试也有不足之处。
例如：各种原位测试都有其适用条件，若使用不当则会影响其效果；有些原位测试所得参数与土的工程力学性质间的关系往往是建立在统计经验关系上；另外，影响原位测试成果的因素较为复杂，使得对测定值的准确判定造成一定的困难；还有，原位测试中的主应力方向往往与实际岩土工程中的主应力方向并不一致等等。
因此，土的室内试验与原位测试，两者各有其独到之处，在全面研究土的各项性状中，两者不能偏废，而应相辅相成。
工程地质原位测试的主要方法有：静力载荷试验、触探试验、剪切试验和地基土动力特性试验与现场渗透试验等。
【例题1】下列不属于原位测试手段的是（）。
A. 载荷试验B. 触探试验C. 现场渗透试验D. 压缩试验答案：D(一)静力载荷试验(CPT)1. 静力载荷试验的基本原理和意义静力载荷试验就是在拟建建筑场地上，在挖至设计的基础埋置深度的平整坑底放置一定规格的方形或圆形承压板，在其上逐级施加荷载，测定相应荷载作用下地基土的稳定沉降量，分析研究地基土的强度与变形特性，求得地基土容许承载力与变形模量等力学数据。
可见，静力载荷试验实际上是一种与建筑物基础工作条件相似，而且直接对天然埋藏条件下的土体进行的现场模拟试验。
原位测试方法讲授
5.2 平板静载试验数据整理
5.2.1 压力—沉降量关系曲线 P-s曲线的特征： I段直线段 II段曲线段 III段直线段⑵
5.2.2 地基的承载力可用下述方法确定
（1）以压力为依据 ①P—s 曲线上的两个特征点 比例极限P0(临塑荷载Pcr)： Ps曲线上第一直线段的终点对应 的荷载，可以作为砂土、超固 结粘土、砾石土的承载力。 极限承载力PU ： P-s曲线上的 第二个拐点对应的荷载
土类 中、粗砂 粉、细砂
10 180 140
15 250 180
30 340 250
50 500 340
表3-8 粘性土、粉土地基承载力（中型动力触探） N28 2 3 4 6 8 10 12 fk(kPa) 120 150 180 240 290 350 400
4.4.3 确定单桩容许承载力 利用标贯锤击数确定桩的端阻力和侧摩阻力 4.4.4 确定粘性土稠度及c、、Es值 利用标贯锤击数确定粘性土稠度及c、和 Es值 4.4.5 确定砂土密实度与液化判断
土体原位测试方法很多，可以归纳为下列两类： (1)土层剖面测试法(logging or stratigraphic profiling methods)：主要包括静力触探、动力触探、扁铲松胀 仪试验及波速法等。 土层剖面测试法具有可连续进行、快速经济的优点。 (2)专门测试法(specific test methods) ：主要包括载荷试 验、旁压试验、标准贯入实验、抽水和注水试验、十 字板剪切试验等。 土的专门测试法可得到土层中关键部位土的各种工程 性质指标，精度高，测试成果可直接供设计部门使用。 其精度超过室内试验的成果。
1.4 土体原位测试的应用
根据不同的测试方法（包括CPT、DPT、PLT、 PMT、FVST、SDPT），其应用可归纳为： （1）、土层土类划分； （2）、求天然地基承载力； （3）、测定土的物理力学性质指标； （4）、在桩基勘察中的应用； （5）、评价砂土和粉土的地震液化； （6）、求解土的固结系数、渗透系数及不排水抗剪 强度等； （7）、检验压实填土的质量及强夯效果； （8）、进行浅基础的沉降计算； （9）、其它。
4.3__静力触探试验
4.3__静力触探试验4.3 静力触探试验§4.3.1 概述静力触探试验（Static Cone Penetration, CPT）是把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。
静力触探首先在荷兰研制成功，因此静力触探也叫“荷兰锥”试验。
按测量机理分：机械式静力触探和电测式静力触探。
按探头功能分：单用（桥）静力触探、双用（桥）静力触探、多用（孔压）静力触探。
电测式静力触探的优点：①兼有勘探和测试双重作用②测试数据精度高，再现性好，且测试快速、连续、效率高、功能多③采用电子技术，便于实现过程自动化根据静力触探，包括孔压静力触探试验结果，结合地区经验，可以用于以下目的：1）土类定名，并划分土层的界面；2）评定地基土的物理、力学、渗透性质的相关参数；3）确定地基承载力；4）确定单桩极限承载力；静力触探试验适应于软土、一般粘性土、粉土、砂土和含有少量碎石的土。
与传统的钻探方法相比，静力触探试验具有速度快、劳动强度低、清洁、经济等优点，而且可以连续获得地层的强度和其他方面的信息，不受取样扰动等人为因素的影响。
静力触探试验中不能对土进行直接的观察、鉴别，而且不适用于含较多碎石、砾石的土层和很密实的砂层。
§4.3.2 静力触探试验的仪器设备一、贯入系统1.贯入装置1）液压式静力触探机(贯入力一般为10-20t)3）电动机械式静力触探机(4-5t)。
2.探杆探杆是将机械力传递给探头以使探头贯入的装置，是传递贯入力的媒介，为保证触探孔的垂直，探杆一般采用高强度合金无缝钢管制造。
探杆有严格的规格和要求，应有足够的强度，应采用高强度无缝管材，其屈服强度不宜小于600MPa。
探杆与接头的连接要有良好的互换性。
每根探杆的长度一般为1m，其直径应和探头直径相同；但单桥探头探杆直径应比探头直径小。
3.反力装置地锚、重物（车辆）或地锚与重物（车辆）联合使用，作用是固定触探主机，提供探头在贯入过程中所需之反力。
原位测试中深度学习参数敏感性分析
原位测试中深度学习参数敏感性分析摘要：超固结比是衡量土的固结状态的重要参数。
地震波孔压静力触探(SCPTU)能够同时给出剪切波速测试与孔压静力触探(CPTU)测试。
基于SCPTU黏土数据，建立基于BP神经网络的黏性土OCR预测模型，发现BP神经网络模型准确率高于传统经验公式，并分析了输入参数的选择对BP神经网络模型准确性的影响，最终筛选出最利于模型准确率的输入参数组合。
关键词：超固结比；BP神经网络；深度学习；地震波孔压静力触探；孔压静力触探1 引言超固结比（OCR）是反映土体应力历史的基本力学参数，是衡量土体稳定性、变形特性的重要指标。
随着传感技术的发展，地震波孔压静力触探(SCPTU)能够同时给出剪切波速测试与孔压静力触探(CPTU)测试，在实际工程中应用越来越广泛[1]。
CPTU测试技术发展至今，已有很多学者采用理论法或经验法对预测土的OCR进行研究[2,3]，但是由于土的OCR和CPTU测试参数之间并非简单的线性关系，而是复杂的非线性关系，故这些方法普遍存在精度较差的问题。
随着计算机技术和人工智能的发展，越来越多的深度学习算法被提出，其中BP神经网络具有很强的非线性映射能力和柔性的网络结构,适合用于研究土的OCR和CPTU测试参数之间的关系。
2 深度学习模型深度学习模型选择BP神经网络，BP算法包括信号的前向传播和误差的反向传播两个过程。
即计算误差输出时按从输入到输出的方向进行，而调整权值和阈值则从输出到输入的方向进行。
正向传播时，输入信号通过隐含层作用于输出节点，经过非线性变换，产生输出信号，若实际输出与期望输出不相符，则转入误差的反向传播过程。
误差反传是将输出误差通过隐含层向输入层逐层反传，并将误差分摊给各层所有单元，以从各层获得的误差信号作为调整各单元权值的依据。
通过调整输入节点与隐层节点的联接强度和隐层节点与输出节点的联接强度以及阈值，使误差沿梯度方向下降，经过反复学习训练，确定与最小误差相对应的网络参数(权值和阈值)，训练即告停止。
静力触探试验(原理和应用)
静力触探试验静力触探测试〔static cone penetration test〕简称静探（CPT）。
静力触探试验是把一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压人土中，并测定探头阻力等的一种测试方法，实际上是一种准静力触探试验。
荷兰人在20世纪40年代提出了静力触探技术和机械式静力触探仪。
试验是用机械装置把带有双层管的圆锥形探头压人土中，在地面上用压力表分别量测套筒侧壁与周围土层间的摩阻力（f s）和探头锥尖贯入土层时所受的阻力（q c）。
电测静力触探试验于1964年首先在我国研制成功。
原建工部综合勘察院成功地研制了世界上第一台电测静力触探仪，即我国目前普遍应用的单桥（单用）探头静力触探仪。
利用电阻应变测试技术，直接从探头中量测贯入阻力，并定义为比贯入阻力。
20世纪60年代后期，荷兰开始研制类似的电测静力触探仪，探头为双桥式的。
此项成果发表于1971年。
从20世纪70年代开始，电测静力触探的发展使静力触探有了新的活力，发展迅猛，应用普遍。
其中，最重要的发展是国际上于20世纪80年代初成功研制了可测孔隙水压力的电测式静力触探，简称孔压触探.（CPTU）。
它可以同时测量锥头阻力、侧壁摩擦力和孔隙水压力，为了解土的更多的工程性质及提高测试精度提供了极大的可能性和现实性。
目前在我国使用的静力触探仪以电测式为主。
静力触探具有下列明显优点：（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。
由于以上原因，电测静力触探是目前应用最广的一种土工原位测试技术，本章将重点加以叙述和讨论。
静力触探的主要缺点是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。
图2-1是静力触探示意和得到的测试曲线。
从测试曲线和地层分布的对比可以看出，触探阻力的大小与地层的力学性质有密切的相关关系。
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浅析孔压静力触探(CPTU)原位测试技术摘要：孔压静力触探（cptu）原位测试技术不仅能测得锥尖阻力和侧壁摩阻力，还可测得地下水位以下各土层的孔隙水压力及超孔隙水压力消散过程，在区分砂层和黏性土层时，分辨率极高。
另外，cptu测试对土体扰动很小，其测试数据能最大程度反映土体的真实性状。
因此，cptu原位测试技术在我国具有广阔的应用和发展空间。
关键词：孔压静力触探超孔隙水压力锥尖阻力侧壁摩阻力
1 概述
孔压静力触探（cptu）是在标准电测式圆锥静力触探贯入仪（cpt）的探头中安装上透水滤器及量测孔隙水压力的传感元件，对地基原状土体进行现场勘察、探测的一项技术。
加入这些设备后，孔压静探贯入仪不仅可以与普通静力触探贯入仪一样能够测试到
探头所受的锥尖阻力和侧壁摩阻力，当探头在饱和水土体内贯入时，还可以测试在土中的孔隙水压力。
既可以测试到探头贯入引起的超孔隙水压力，还可以测试到探头停止贯入时超孔隙水压力随时间消散的过程[1]。
2 cptu测试原理、测试设备及使用现状
2.1 cptu测试原理
cptu除可测锥尖阻力、侧壁摩擦力外，还可测试地下水位以下各土层的孔隙水压力及超孔隙水压力消散过程。
根据测得的超孔隙
水压力消散曲线, 可以推求土层的渗透系数及固结系数等重要的
土的工程性质参数, 对土层进行有效应力分析及计算, 亦可对其
渗透固结及沉降变形进行分析计算。
2.2 cptu测试设备
孔压静力触探设备，俗称孔压静力触探仪，一般由3部分构成：孔压静力触探头，量测记录仪表和贯入系统。
孔压静力触探的探头包括摩擦筒、锥头以及透水滤器3部分；量测记录仪与孔压静力触探相配套的主要有4中类型：电阻应变仪、自动记录绘图仪、数字式测力仪及数据采集仪；孔压静力触探的贯入系统由触探主机（贯入装置）和反力装置两大部分组成，触动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，反力装置的作用是平衡贯入阻力对贯入装置的反作用[2]。
2.3 cptu使用现状
最早的电测式孔压静力触探是由挪威土工研究所（ngi）的janbu 和senneset（1974）研制成功的。
与此同时，瑞典的torstensson （1975）和美国的wissa等（1975）也研制出了能测孔压的cpt。
1980年以后，出现了不少同时测孔压和侧阻力的研究成果，并在工程实践中应用[2]。
因其具有理论系统、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[2～4]，目前已在欧美诸国已得到广泛的应用，积累了大量的应用经验。
近年来，我国对cptu测
试技术的应用与研究也逐渐增强，但研究人员及资金投入相对较少、经验相对较少。
3 cptu与其他检测方法优缺点对比
cptu与cpt的主要区别就在于cptu能测得地基土的超孔隙水压力，这也就表明cptu在地基土层划分方面，具有较高的分辨率。
cptu 所测的超孔压与土渗透性密切相关，黏性土中产生的超孔压很大，而孔压探头从黏性土层进入砂性土层中时，超孔压急剧下降，在密实的砂土中，由于剪胀作用，还会使超孔压为负值，因而在区分砂层和黏性土层时，分辨率极高[5]。
以往都是采用钻孔取样、室内实验的方法测定地基土物理、力学指标。
这种方法对土体的扰动过大，实验所取得的数据不能精确反映原位地基土的实际情况。
尤其对于含水量高、流动性大的软土，有时难以成型进行实验，而这部分又是地基土层的薄弱环节，常常控制着设计。
采用孔压静力触探就可以实现对原状地基土的现场实验，取得切合实际的数据。
例如在固结系数这项指标，实验所得到的数据与钻孔取样的结果有时可相差一个数量级，这反映了两者在精确度上的差异。
除了在精度上具有优势，cptu还具备如下特点：使用方便；设备便于携带、运输快速可靠；大大缩短了获得实验结果的周期、实用性强；可获得土体的多种重要参数、应用范围广泛；适用于公路、桥梁、水利、建筑、铁路等很多领域，同钻孔取样等传统方法相比，可以节省勘探费用，具有更高的经济价值[6]。
4 cptu测试影响因素
对于cptu测试，因探头规格、技术标准和操作程序的差异，影响其测试结果的因素很多，且各种因素的影响程度各不相同。
蔡国军等[2]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测试的影响因素进行了分析总结，主要表现为以下几方面：（1）仪器设计差别；（2）土的原位应力；（3）临界深度；（4）土的压缩性、胶结作用和粒径大小；（5）贯入速率；（6）孔压传感器的位置、尺寸与饱和；（7）温度；（8）测量的正确性（9）探孔的偏斜。
5 工程应用
临海高等级公路射阳段位于盐城－东台冲海积平原区，局部为海积盐田地貌。
项目区内地势宽广平坦，河流纵横成网，地表水系发育，地面标高2.0～5.0m。
根据详勘，场地揭露深度内土层自上而下可分为：1-1素填土、1-2（淤泥质）粉质粘土、1-2a粉质粘土、1-2c粉土（砂）、2-1粉土（砂）、2-2（淤泥质）粉质粘土、2-3粉砂等层组成。
整个段落2-2层淤泥发育较为稳定，分布较连续，层顶面埋深9.0～24.0 m，层厚1.1～14.9m，软土埋深及厚度变化较大。
根据详勘资料，临海高等级射阳段的桥头路段需采用湿喷桩处理，湿喷桩需穿透2-2层软土，施工难度大且施工质量难以控制。
考虑到详勘时机械钻孔对原状土的扰动，土的室内试验指标不能反映土的真实性状，因此采用cptu（孔压静力触探）对地基进行测试。
通过测试发现：
（1）cptu与详勘揭示的土层分布基本一致，但cptu对砂土和粘性土的分辨率极高；
（2）cptu测出的2-2层软土的压缩模量是详勘值（室内试验）的2.3倍；
（3）cptu测出的2-2层软土的不排水抗剪强度是详勘值的1.7倍。
采用cptu测试数据，经计算发现，桥头路段不处理2-2层软土，路基工后沉降就能满足规范要求。
这大幅降低了地基处理的造价。
6 结论与建议
（1）cptu不仅能测得锥尖阻力和侧壁摩阻力，还可测得地下水位以下各土层的孔隙水压力及超孔隙水压力消散过程，在区分砂层和黏性土层时，分辨率极高。
另外，cptu测试对土体扰动很小，其测试数据能最大程度反映土体的真实性状。
（2）影响cptu测试结果的因素有很多种，且各种因素的影响程度各不相同，对影响因素的进一步研究将对cptu测试结果的修正产生重要作用。
（3）近年来，我国对cptu原位测试技术的应用与研究逐渐增强，cptu在我国具有广阔的应用和发展空间。
参考文献
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14(5)：632–636.(cai guojun,liu songyu,tong liyuan,et al. general factors affecting interpretation and corrections of primary data for the piezocone penetration test(cptu) data[j]. journal of engineering geology,2006,14(5):632–636.(in chinese))
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