浅谈并探讨静力触探试验相关内容

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0 前言

静力触探是一种先进的原位测试技术，自1917 年在瑞士应用以来，至今已有87 年的历史。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，测定土的工程力学指标。其原理主要应用电阻率定律、电桥原理和材料弹性变形的虎克定律，即通过液压设备将安装有传感器的探头用静力压入土层中，同时通过探头上锥尖和侧壁各 2 组应变片将所受到的贯入阻力、摩擦力转化为电讯号传到计算机以曲线形式记录下来；以此来判断、分析地基土的物理力学指标。[1]

1 静力触探试验基本原理

用静力将一个内部装有传感器的触探头匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表记录下来。再通过贯入阻力与土的工程地质性质之间的定性关系和系统相关关系，来达到取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等岩土工程勘察目的。[2] 静力触探技术从产生到运用以来，经历过几次更新换代，目前已经形成了较为成熟的系统理论，主要有承载力理论、空穴扩张理论、应变路径理论等。静力触探试验成为当前粘性软土地基岩土工程勘察技术中的首要选择，具有无可比拟的优势。[4]

刘彬[3]等人应用ABAQUS 软件建立D-P 模型，对静力触探贯入过程中周围土体应力及应变进行模拟分析，以内摩擦角φ=10°为了对有限元计算的结果进行了分析，得出：（1）在同一深度处，从探头中心向四周，距离椎体越远径向应力越小，在贯入过程中探头对周围土体扰动的影响范围有限；（2）轴向应力影响的范围比径向更小；（3）位移最大的位置靠近探杆并向四周快速减小，至10 倍探杆半径时基本减小为零；（4）地表附近很小范围内，土体有向上的位移即土体有隆起，之后向下位移逐渐增大，在探头附近达到最大。μr的最大值位于探杆和锥尖周围等。

2 静力触探试验目的

静力触探主要适用于粘性土、粉性土、砂性土。就黄河下游各类水利工程、工业与民用建筑工程、公路桥梁工程而言，静力触探适用于地面以下50m内的各种土层，特别是对于地层情况变化较大的复杂场地及不易取得原状土的饱和砂土和高灵敏度的软粘土地层的勘察，更适合采用静力触探进行勘察。

3设备及具体操作步骤[5]

3.1设备构成

（1）探头

初探试验中的探头是指地层阻力传感器，其主要作用是记录探头压入土层过程中，阻力大小变化情况。

（2）量测记录仪

量测记录仪，顾名思义主要作用是显示并记录数据，为进一步研究提供依据。

（3）贯入装置

贯入装置的主要作用是通过静力作用将探头压入土层中。在实际的工程勘察中，静力触探可根据具体工程情况和工程需要，选取单桥探头、双桥探头等。

3.2具体操作步骤[5]

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4 适用范围[4]

4.1 静力触探在底层划分中的作用

对工程底层的有效划分，是静力触探试验在工程勘察中的基本应用，经过多年来对粘性土、砂性土的静力触探试验与钻孔资料的对比分析，将土类按照曲线形态、侧摩阻力、锥尖阻力以及摩阻比进行分析，从而显示出不同的特征并作为土类划分的标志。一般情况下，正常状态下的不同土质锥尖阻力以及侧摩阻力有着一定的取值区间，但是在工程勘察实际中我们发现，在长期受地表水浸泡的埋藏较浅的粉土层中，其锥尖阻力以及侧摩阻力的取值较低。对于这种情况下的土层，应结合钻探资料对其进行综合分析，并在日后工程勘察中多加注意。

4.2 静力触探在砂土及粉土震动液化评价中的作用

长时期以来对饱和砂土及粉土的液化判断主要方法是采用标准灌入试验，其在工程中得到应用的时间相对较长，技术经验也相对较为完善，在国内外工程中得到了较为普遍的应用，但是其钻机设备笨重、试验结果离散性大且精准度较低。原位测试方法尤其是静力触探试验逐渐在工程勘察项目中得到有效运用，将两者进行对比可知，一般情况下静力触探试验的结果与标准灌入试验相吻合，简化了繁重的设备设施，但不足之处是其对砂土及粉土层液化的等级判定能力还需加强。

4.3 静力触探在桩基勘察中的作用

由于静力触探机理与桩的作用机理在很大程度上有相似之处，静力触探试验也与桩基的沉桩模拟试验相似，所以其很早就被运用于桩基勘察工程中。以往的资料显示，采用静力触探试验计算单桩承载力与通过桩载荷试验计算单桩承载力的方法相比，取得的效果更明显，其能有效确定出持力层的层位、厚度和深度。通过静力触探曲线，我们可以较为清晰地找出锥尖阻力相对较高的土层，并将其标记为桩端持力层。

4.4 静力触探在检验填土质量中的作用

静力触探试验可用于检验压实素填土的密度和均匀程度，能有效减少取样数量，达到缩减检检验周期的目的。当前静力触探在这方面已经得到了一些应用，在对素填土的压实质量检验工作中，以k=qcmax/qcmin为衡量压实素填土地基的均匀程度的指标。即当qc ≤5000kPa，k ≤1 .55 时为均匀填土地基；当qc ≥5000kPa，k ≤1 .80 时为不均匀填土地基，检验效率大大提升。

4.5 静力触探在检验土壤强夯效果中的作用

静力触探试验在检验强夯效果中的应用，一般适用于粘性土和砂类土，对于杂填土以及碎石土来说，该种检验方法并不能取得较好的成效。对于粘性土以及砂类土，静力触探试验可以直接贯穿于整个强夯工作的始终。首先在勘察阶段中，通过静力触探试验可以对较为松软的土层的土层空间分布状况以及力学性质特征有一个基本的了解。其次，在试夯和强夯工作前后都可以作为夯实效果的重要检测手段。

5与其他测试方法相比的优缺点

( l) 静力触探优点: 连续、快速、准确, 直观各土层原始状态( 相对于土层被扰动和应力状态改变而言) 下有关的物理力学性质, 避免取样过程中应力释放的影响, 而且土体影响范围远比钻探取样室内土工试验影响范围小; 可广泛用于中硬土一软土地层; 此项技术特别适用于第四纪松散沉积地层和黄土地层。大大缩短地基土层勘察周期。[1]

设备精良, 工作环境较好, 双缸全液压传动, 操作简便、快捷, 劳动强度较小, 安全系数高;贯入压力大, 最大贯入力达200 kN ; 动力可使用汽车本身或外接电源; 数据采集密度大,