静力触探试验应用及发展现状

辽宁科技大学
岩土工程测试技术结课论文
题目：静力触探试验在实际工程中的应用及发展状况
作者：赵佩学号：120113713028
学院(系)：土木工程学院
专业：岩土工程
指导教师：田雨泽
静力触探试验在实际工程中的应用及发展状况
赵佩岩土11
摘要：静力触探试验（static penetration test），英文缩写CPT(cone penetration test)。

静力触探试验是用千斤顶或落锤将一根细长的金属杆（直径19-80mm）压入或打入地下，用以测定任意深度处金属杆的贯入阻力。

将其结果绘成图，横坐标表示贯入阻力，纵坐标表示贯入深度，这是原位测试中最重要的一种。

在20世纪初的触探仪是一个顶角为90度的圆锥，放在粘性土上并逐渐加荷，不断贯入，贯入阻力随着粘性土强度增大而增大。

后来有了荷兰圆锥静力触探试验，这种圆锥具有60度顶角和直径36mm，锥底面积本10平方厘米。

到20世纪中期以后，荷兰，丹麦，瑞典，法国，德国，美国都对静力触探试验装置进行了改进，静力触探仪逐渐标准化了。

我国在20世纪60年代开始研制静力触探设备，70年代有了很大的发展和创新。

本文阐述了静力触探技术的实质，介绍了国内外静力触探技术的应用现状及最新发展状况。

【1】
关键字：静力触探试验、贯入阻力、贯入深度、原位测试
1、静力触探在实际工程中的应用
CPT 试验的测试结果，除主要应用在三个方面: 划分地下土层、确定土的类型; 岩土工程性质指标的评估; 为岩土工程设计提供直接的结论性的判断以外，目前，还开始广泛应用在包括斜坡稳定性研究、滑坡取证和路面与环境调查等方面。

1.1 地质分层和定名
11.1 土层
一般可直接利用孔压静力触探在垂直方向上所获得的三个连续读数( qc、fs和u) 进行地质分层，但若考虑“尺寸效应”影响，也可利用总锥尖阻力qt，或修正后的摩擦力ft，或磨阻比FR = Rf = fs /qt，均可较为准确的划定土类的界面。

【2】
1.1.2 土的分类
Begemann 采用机械锥研究荷兰土体时首先建议采用摩阻比RF 进行土的分类; Robertson 等又先后建议采用修正后的锥尖阻力和孔压比进行土的分类。

目前，国际上普遍采用用标准化的锥尖阻力－侧壁摩阻力( Qt －Fr) 相关性查SBTn( Soil Behaviour Type) 表的方法
来确定土的类型。

【3】
1.2 岩土工程性质指标
岩土的工程地质性质包括物理性质和力学性质，一般可通过对CPT 和CPTU 数据的统计、经验总结、反衍或数值模拟等方法进行分析，建立与土的重度、有效内磨擦角、有效粘聚力系数、渗透系数、压缩模量、剪切波速和不排水强度等的相关性，为工程建筑的设计提供定量指标。

1.3 浅基础和堤坝的设计
CPT 试验还被用于浅基础和堤坝的工程设计中，主要有以下两方面的作用: ①采用直接或间接的方法计算地基承载力; ②路堤稳定和固结时间效应的评价。

1.4 桩和深基础的应用
根据静力触探试验的工作原理，一般可将其视为一个迷你桩基。

因此，还可以利用CPT 试验的数据，计算桩的承载力和基础沉降量的大小。

2、静力触探（CPT）的力学实质
CPT 探头，不论其内部构造如何，但探头端部必须是圆锥形的，它完全不同于一个平头（平底）的圆柱体作用于土中的情况。

当圆锥头贯入土体中，土体既有压缩，又有剪切，既有挤密，又有剪胀，既
有固结，又有塑滑。

因此所测到的贯入阻力，是这些力学机理错综复杂地交织在一起的综合力学反应，故我国的CPT 指标叫“比贯入阻力”（Specific Penetration Resistance）。

任何单一的力学模型都无法描述这种过程。

所以，不论是Vesic的梨形破损面，Berezantzev 的对数螺旋型滑弧，还是Janbu 的简化滑楔，都是假设刚性的金属锥头不存在的情况下，想象出来的单一机制的塑性平衡，它无法通过模型实验来证明，因此没有任何实际意义和实用价值。

回想五十多年前我国电测静力触探早期发展的时候，有人认为“静力锥头贯入在理论上没解决”或“触探机理不清楚，因此不能推广应用”。

实际上，我们应该承认：CPT 的应用是实验土力学（Experimental Soil Mechanics）的课题，而不是理论土力学课题。

它可以通过实验来证明和建立某种实用的方法和规律，但不能无视甚至违背土力学理论或概念去建立假设的规律。

半个世纪来，国内外对CPT 的应用都不容置疑地建立在可靠的实验基础上，而不是臆想的机理分析。

3、CPT 发展过程中的一些问题
3.1 试验设备的影响
目前国际上尚未对静力触探试验设备给出标准化的定义，国际上各个国家的CPT 的技术标准各不相同、参差不齐。

同时，考虑场地土层的非均匀性和随机性，一般认为试验设备对试验结果的影响体现在三个方面［8］: 锥尖接触面的尺寸; 测试点的位置、尺寸和饱和度;
测试的精确度和温度和倾斜度。

3.2 静力触探技术的应用
经历50 多年的发展，静力触探技术已经成为国外岩土工程设计、道路和土坡检测等的主要方法之一，且研究成果日趋成熟。

但是，在我国，该技术的发展与国际社会尚存在较大差距，而且，我国长期采用单桥静力触探设备，其成果尚未与国际上建立直接联系; 另外，由于土壤性质的复杂性和工程技术人员经验的欠缺等问题，使得我国静力触探技术的应用仍存在很大难度。

3.3 静力触探机理的研究
目前，关于静力触探机理的研究已取得一些成绩，如采用孔穴扩张理论、应力路径法、水力压裂理论和超孔压消散理论等，但仍存在很大的不足。

因此，仍有必要进一步弄清楚，探头贯入时和停止贯入后土的状态变化情况，以提高计算精度。

4、静力触探技术未来发展状况
4.1 测斜探头与测斜仪的系统
静力触探所用的探杆, 从Á 25 到深孔用的Á 42 探杆, 其杆长接到超长状态, 杆长与直径比达500~ 1000以上时, 必定会产生自由挠度。

当进行静力触探时, 垂直贯入的探杆, 遇到土层比较复杂, 如遇到砂层或小卵石, 探头的锥尖必然会顺势寻找薄弱贯入方向而偏离垂直状态, 不可避免产生了倾角偏斜, 而且这种任意偏斜是不可纠正的。

如静探孔偏斜10 多度, 在地面上却难以发现, 它不仅歪曲了实测深度( 这对桩基设计尤为重要) , 而且经常导致触探杆接头处折
断。

因此, 静探要发展, 就要解决这个问题, 在静探头内安装一个全方位的倾角测量传感器, 测量系统能测出触探头的倾角度及倾斜方位, 也就能修正因其偏斜产生的斜边误差。

探头测斜系统, 倾角传感器送出带有方位状态的正交倾角数据信号, 经信号整定后, 由A/ D模数转换器转换成数字信号, 由CPU 进行数据处理, 并对合成倾角、方位、修正深度等数据实时显示及记录打印, 并能存卡。

【4】
4.2多功能探头
土层的原位测试技术是取得原位土层信息的有效手段, 为了在一项试验中尽可能多的得到土层的信息, 各种原位测试技术在向多功能化方向发展。

在静力触探仪的探头上可量测孔隙水压力、温度、波速、侧压力、电阻率及放射性等参数, 并具有可视化功能。

在利用多功能静力触探测试成果取代部分勘察及室外内土工试验工作, 不但可以大大缩短钻探及室内土工试验的周期, 而且同时提高了测试结果的可靠性、准确性, 获得明显的社会和经济效益。

4.3可视静力触探
静力触探是获得地基土的定量评价、工程设计所需参数的主要手段之一。

它所取得的数据远比勘察- 取样室内试验所得的数据准确可靠, 更符合土体的实际情况。

但静力触探也有个很大缺点: 不能对地下土体进行直接观测, 工程师们必须依据电测土体参数和经验, 来对土体进行分类、评估。

一旦判断错误, 有可能导致工程设计的失败。

目前国外密歇根州大学的研究者们进行不懈的努力初步解决了这一问题, 他们在CPT 探头内安装了一个微型摄相机, 这样在贯入过程中, 可以实时、连续的获得土体图片, 并将图片数据输送到计算机中依据一定的算法进行图像处理, 根据处理结果可进行土体分类, 可很好地分辩出薄层土层。

【5】
5 结论
目前，虽然静力触探技术仍受到诸多因素的制约和影响，但因其具有速度快、连续性和可重复性好、操作方便等优点，势必将受到越来越多的工程技术人员的青睐。

参考文献
【1】廖红建；岩土工程测试技术；机械工业出版社；2007.7
【2】刘尧、军；岩土工程测试技术；重庆大学出版社
【3】陈强华,俞调梅;静力触探在我国的发展[J];岩土工程学报;1991年01期【4】刘松玉,吴燕开;我国静力触探试验（CPT)现状与发展[J];岩土工程学报;2004 年04期
【5】孟高头,张德波,刘事莲,张迎春;推广孔压静力触探技术的意义[J];岩土工程学报;2000年03期。