第七章—标准贯入试验.

输入钻杆的锤击能量随着杆长变短而变小，使锤击值偏
大，α偏小，故不作杆长修正。 （4）不作杆长修正
《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB503071999）及《岩土工程勘察规范》（GB50021-2002）规定 不进行杆长修正。 虽然目前有些规范还要进行修正，但国内外研究的 总趋势是不再进行杆长修正。
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（1）根据牛顿弹性碰撞理论修正 《建筑地基基础规范》(GBJ7—89)规定，标准贯入试 验的贯入深度不宜超过21m。同时规定，当试验深度大 于3m时，实测锤击数N’需按下式进行钻杆长度修正： N=αN’ 式中，α为修正系数，按表5-2取值。 表5-2
触探杆长度 （ m） α <=3 1.0 6 0.92
经验。60年代在国内得以普及。
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（三）标准贯入试验的优点及适用性
适用土层：砂性土、粘性土，风化岩及冰碛土，不适用于
碎石类土及岩层。
优点：
（1）操作简单，地层适应性广，对不易钻探取样的砂土和砂 质粉土尤为适用，当土中含有较大碎石时，使用受限制。 （2）通过标准贯入试验，从贯入器中还可以取得土样，可对 土层进行直接观察，利用扰动土样，可以进行鉴别土类的有关 试验。
k2——探杆系统长度L小于等代杆长Le时的理论修正系数；
kc——理论弹性波速c修正为实际弹性波速ca的修正系数； Le——等代杆长，锤质量与探杆单位长度质量之比。
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式中，rm为探杆系统(总长L)的质量m与锤质量M的比 值；d＝△L/L
计算得到的Ei与理论的锤击动能E*(＝MgH，H为落距)
的比即为实测应力波能量比ERi（%）。 ERi= Ei/ E*×100%
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（三）标准贯入试验的优点及适用性
缺点：
（1）离散性比较大，故只能粗略地评定土的工程性质。
（2）与圆锥动力触探试验相似，SPT并不能直接测定地基土 的物理力学性质，而是通过与其他原位测试手段或室内试验成 果进行对比，建立关系式，积累地区经验，才能用于评定地基 土的物理力学性质。
（3）精度较低，对于饱和软粘土，远不及十字板剪切试验及
部和周围土体将产生挤压和剪切作用，SPT的贯入器是空心
的，在冲击力作用下，将有一部分土挤入贯入器，其工作状 态和边界条件十分复杂。
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三、试验方法及技术要求
（一）试验方法与技术要求 （二）试验的影响因素
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（一）试验方法与技术要求
1． 标准贯入试验必须与钻探配合，以钻机设备为基础。
钻进方法：为保证钻孔质量，要求采用回转钻进，并保持孔内水 位略高于地下水水位，当钻进至试验标高以上 15cm时，停止钻进。
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（一）标贯试验的修正
试验的影响因素是很复杂的，其中有些因素可通过标准化
的办法使其统一以减少对试验成果的影响，如设备、落锤方法、
试验方法等影响因素属于这一类。 但另一些因素如杆长、地下水位、上覆压力等，则是无法 人为控制的，因此要进行修正。
1．杆长修正
与圆锥动力触探相似，关于试验成果进行杆长修正问题，
放导向杆用。国际、国内的穿心锤除重量相同外，锥形上不完
全统一。落锤能量受落距控制，落锤方式有自动脱钩和非自动 脱钩两种。目前国内普遍使用自动脱钩装置。
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（一）标准贯入试验的试验设备
3．触探杆
国际上多用直径为40~50mm的无缝钢管，我国则常用直径 为42mm的工程地质钻杆。在与穿心锤连接处设置一锤垫。
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（二）标准贯入试验的成果整理
1．标准贯入试验成果整理时，试验资料应当齐全，包括：
钻孔孔径、钻进方式、护孔方式、落锤方式、地下水
位及孔内水位(或泥浆高程)、初始贯入度、预打击数、
静力触探等方法精度高。
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（四）标准贯入试验的应用
1．评价地基土的物理状态（如地层剖面及软弱夹层）；
2．评价地基土的力学性能参数（如变形模量、物理力
学性质指标）；
3．计算天然地基的承载力；
4．计算单桩的极限承载力及选择桩尖持力层； 5．评价场地砂土和粉土的液化可能性及等级。
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关于标准贯入 试验成果的应用： 应该指出的是，除判别液化外，其余的应用方法都是基 于与其他测试方法的对比中建立起计算公式的。如桩的 承载力的预估是与载荷试验相对比，土的物理力学性质
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表5-3 上覆压力修正系数cN
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3．地下水位影响的修正 Terzaghi和Peck(1953)提出对于d10=0.1~0.005mm的饱 和粉细砂，当实测标贯击数N’>15时，应按下式进行修正：
N=15+0.5(N’-15)
交通部港口工程地质勘察技术规范规定，当用N值确 定Dr及φ值时对地下水位以下的中、粗砂层的N值宜按下 式校正： N=5+N’
指标是与室内试验成果建立相关关系。因此，对缺乏使
用经验的地区，在应用标准贯入试验时应与其他测试方 法配合作用。
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二、试验的仪器设备和原理
（一）试验设备 （二）试验的基本原理
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（一）标准贯入试验的试验设备
标准贯入试验设
备主要由贯入器、触
探杆和穿心锤三部分 组成。如下图所示。
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（一）标准贯入试验的试验设备
第七章 标准贯入试验
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主要内容

一、概述 二、试验的仪器设备与原理 三、试验方法及技术要求 四、试验资料的整理与分析 五、试验成果的工程应用
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一、概述
（一）标准贯入试验的定义 （二）标准贯入试验的发展 （三）标准贯入试验的优缺点及适用性 （四）标准贯入试验的应用
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一、概述
还应注意：
（1）仔细清除孔底残土到试验标高，换用标准贯入器，并量得深度尺 寸； （2）在地下水位以下钻进时，或遇承压含水砂层时，孔内水位应始终 高于地下水位，以减少对土的振动扰动； （3）当下套管时，要防止套管下过头，否则在管内做试验会使N值偏大。
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（一）试验方法与技术要求
2．为保证锤击时钻杆不发生侧向晃动，钻杆应定期检 查，使钻杆弯曲度小于0.1%，接头应牢固。 3．采用自动脱钩的自由锤击法进行标贯试验，并减少 导向杆与锤之间的摩擦阻力。避免锤击时偏心和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ动， 保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直度，以保持锤
标准贯入试验设备原先并不标准。各部件的规格各国有所
差异。国际土力学与基础工程协会(ICSMFE)于1957年成立专 门委员会开展研究工作，以解决SPT的标准化问题。并于1988 年向第一届国际触探试验会议提出标准贯入试验国际标准建议 稿，于1989年获得通过，开始执行。
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我国目前采用的SPT设备与国际标准一致，《岩土 工程勘察规范》（GB50021—2002）要求SPT的设备应 符合下表的规定。 标准贯入试验设备尺寸表
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2.上覆压力的影响 即考虑试验深度处土的围压对试验成果的影响，认 为随着土层中上覆压力的增大，标准贯入试验锤击数相
应增大。国内对此未予重视（国内不进行校正），国外
则作了较多研究，认为应采用下式进行修正： N1=cNN
N——实测锤击数；
Nl——修正为上覆压力σ’v0＝100kPa的锤击数； cN——上覆压力修正系数(见表5-3)。
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（二）标准贯入试验的基本原理
标准贯入试验是利用一定的落锤能量（锤重63.5 kg，落
距76cm）将标准规格的贯入器贯入土中，根据打入土中30
cm的锤击数（N）来判别土的工程性质的一种现场测试方法。 其试验原理与动力触探试验十分相似。 但是，SPT与动力触探在贯入器上的差别，决定了SPT 的基本原理的独特性，SPT在贯入过程中，整个贯入器对端
2．锤击能量
通过实测，即使是自动自由落锤，传递给探杆系统 的锤击能量也有很大的波动，变化范围达到±（45％~50 ％)，对于不同单位、不同机具、不同操作水平，锤击能 量的变化范围更大。
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为了提高试验质量，国外已发展直接标定输入探杆
锤击能量的新方法。在锤垫附近设置一测力计，记录探
杆受锤击后的力—时间波形曲线（见下图）。
F(t)~t波形曲线
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计算进入探杆的第一个压缩波的能量Ei：
F(t)——在探杆中随时间变化的动压力；
△t——第一个应力波持续的时间，自t＝0开始；△t＝2L’／c (L’为 测力点到贯入器底的长度，c为应力波在探杆中的传播速度)；
A——探杆截面积；
E——探杆的杨氏弹性模量； k1——测力点在打头以下△L位置时的修正系数；
形探头（由两个半圆筒合成的取土
器）。与圆锥动力触探试验相似， 标准贯入试验并不能直接测定地基 土的物理力学性质，而是通过与其 他原位测试手段或室内试验成果进 行对比，建立关系式，积累地区经 验，才能评定地基土的物理力学性 质。
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（二）标准贯入试验的发展
这种试验技术是20世纪40年代末期发展起来的。 由于使用方便，得到了广泛的应用，在美国及日本应 用最为广泛。在我国，50年代初期由南京水科院研制 并在治淮工程中得到广泛的推广，积累了大量的使用
反映土层的力学性质的变化。
（2）日本东海大学宇都-马等实测了水平搁置的120m钻
杆系统在受锤击时杆顶端与底端的锤击动应力的衰减情
况和位移，建议的修正关系如下： 当杆长l≤20m时，N＝N’； 当l＞20m时， N＝(1.06一0.003L)N’
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（3）按弹性杆件波动理论修正 当杆长l≥14m时，N＝N’(α=1.0)；当l<14m时，由于
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（一）试验方法与技术要求
6．在不能保持孔壁稳定
的钻孔中进行试验时．应 下套管以保护孔壁，或采 用泥浆护壁。 7．最后绘出击数N和贯入 深度标高（H）的关系曲 线。见右图5-3。
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（二）标准贯入试验的影响因素
影响标准贯入试验的因素有很多，主要有以下两个方面： 1．钻孔孔底土的应力状态 不同的钻进工艺(回转、水冲等)、孔内外水位的差异、 钻孔直径的大小等，都会改变钻孔孔底的应力状态。
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按标准的贯入器，用标准的锤(63.5kg)和落距 (76cm)。考虑到锤击效率，标准的应力波能量比为60％。 则可用实测ERi修正标贯击数Ni： N60=（ERi/60）Ni
Ni——相应于能量比为ERi的实测锤击数；
N60——修正为标准应力波能量比的标贯击数。
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四、试验成果的整理
（一）试验数据的修正 （二）试验成果的整理
（一）标准贯入试验的定义（简称SPT）
标准贯入试验是一种在现场用 63.5kg 的穿心锤，以 76cm的落距自由落下，将一定规格的带有小型取土筒的 标准贯入器打入土中，记录打入30cm的锤击数（即标准 贯入击数N），并以此评价土的工程性质的原位试验。
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SPT原位测试技术仍属于动力触 探范畴，所不同的是，其贯入器不 是圆锥探头，而是标准规格的圆筒
N63.5的杆长修正系数
9 0.86 12 0.81 15 0.77 18 0.73 21 0.70
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表5-2中的α值是根据牛顿弹性碰撞理论计算而得， 并非实测值，与实际并不符合。关于限制在21m以内也 是由于历史原因造成的。目前，实际工程中标准贯入试 验的杆长最长已超过100m，试验成果(N值)仍能较好地
击能量恒定。
4．将贯入器垂直打入试验土层中，锤击速率应小于30 击/min。先打入15cm，不计锤击数，继续贯入，记录每 打入10cm的锤击数，累计 30 cm的锤击数即为标准贯入 锤击数N。
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（一）试验方法与技术要求
若遇比较密实的砂土，贯入不足30cm的捶击数已超 过50击时，应终止试验，并记录实际贯入深度△S（cm） 和累计击数n。按下式换算成贯入30cm的锤击数N： N=30n/△S 5．每贯入45cm，提出贯入器，将其中土样取出进行鉴别 描述、记录，然后换以钻具继续钻进，至下一需要进行试 验的深度，再重复上述操作。一般每隔1.0~2.0m进行一次 试验。
国内外的意见并不一致。
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在建立标准贯入击数N与其他原位测试或室内试验指 标的经验关系式时，对实测值是否修正和如何修正也不 统—，因此，在SPT成果应用时，需要特别注意。应根据
建立统计关系式时的具体情形来决定是否对实测锤击数进
行修正。 另外，在勘察报告中，对于所提供的标准贯入锤击数 应注明是否已进行了杆长修正。
1．贯入器
标准规格的贯入器是由对开管和管靴两部分组成的探头。 对开管是由两个半圆管合成的圆筒型取土器；管靴是一底端带 刃口的圆筒体。二者通过螺纹连接，管靴起到固定对开管的作 用。贯入器的外径、内径、壁厚、刃角与长度都有标准化尺寸， 见下表。
2．穿心锤
重63.5kg的铸钢件，中间有一直径45mm的穿心孔，此孔为