第三节静力触探试验案例

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2.土类划分 a) 单桥探头 根据Ps， Ps 大的一般为砂层， Ps 小 的一般为粘土层。 b) 双桥探头 • 在划分土类时，以qc为主，结合fs（或 FR），并在同一层内的触探参数值基本 相近为原则。 • 不同的土有不同的FR，砂类土 FR通常 小于或等于1，粘性土FR常大于2。 • 常用的有以下几种方法
青岛粘性土
滨海软土
PS单位 (kPa)
IP>7粘性土
序 号 10 11 12
提出者 铁一、四院 同济大学等 陕西综合堪察 院 原一机部勘测 公司 大庆油田、长 春地院 （1996）
经验关系式 f0=0.044Pa+0.05 f0=0.055Pa+0.045 f0=0.0878Pa+0.04
范围值 PS(qc) 1.0— 11.0
荷兰，比利时
• 经统计分析，有人提出：
f 0 0.1Ps 0.032
• 式中α、β为土类修正系数，可参见表2-25
Fra Baidu bibliotek
5.确定单桩的承载力
• 静力触探机理和桩的作用机理类似，静力 触探相当于沉桩的模拟试验。 • 与静力触探相比，桩的表面粗糙，直径大， 沉桩对桩周土的扰动大，沉降速度慢。 • 应与桩载荷测试配合使用，互相验证。 • 静力触探法计算单桩极限承载力的基本公 式如下： n
d.绘制归一化超孔压消散曲线 ①静止孔隙水压力及均衡孔隙水压力 静止孔隙水压力按测试土层中的静水压 力计值 U 均衡孔隙水压力取孔压消散达稳定时的 孔压值 U ut u w / u0 u w ②各时刻的归一化超孔压比 按下式计算 U
③以 为纵轴，以时间t(s)的对数lgt为横轴， 绘制归一化的超孔压消散曲线
二、测试设备与种类
设备组成： 1. 触探主机和反力装置 • 触探主机可分为液压 式和机械式 • 反力装置可分为自重 式和锚式 2. 测量与记录显示装置 3. 探头和探杆
触探主机为液压传动式的，反力装置为自重式。
触探主机为液压传动式的，反力装置为地锚式。
触探主机为机械传动式的，反力装置为地锚式。
q p q d q f qc A U p

i 1
si
f si Li
a: 国外法
b.国内的方法 • 铁路系统法 单桩的容许承载力
1 [q p ] ( q cp A U p K

i 1
n
i
f si Li )
第三章 孔压静力触探 一、定义 • 孔 隙 水 压 力 静 力 触 探 (Piezo Cone penetration Test)，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q ｃ ，ｆ s 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 • 孔压触探是可测孔隙水压力的电测式静力 触探。
五、测试数据的处理
1.原始数据的整理 回零修正 ' 触探参数的计算 x k x
锥尖阻力：qc K q X q
侧壁摩阻力：f s K f X f
摩阻比FR
fs 侧壁摩阻力 FR 100% 100% 锥尖阻力 qc
例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R
四、孔压的测试与数据处理
1.贯入过程中测孔压
回零修正
触探参数的计算
q c k c xc fs k f x f u k u xu fs FR ( )% qc
要画随深度变化触探参数曲线
10：1
孔隙水压力和静水压力
2.孔压消散测试 a.停止贯入 b.记录超孔压随时间的消散过程 • 超孔压的消散速度不仅与土类有关，还 与消散时间有关 c.绘制超孔压 孔压消散曲线 随时间的消 散过程曲线
一、定义
第三节 静力触探试验
• 静 力 触 探 (Static Cone Penetration Test, 简 称 CPT) 是 借 助机械把一定规格的 圆锥形探头匀速压入 土中，通过测定探头 的端阻 q ｃ，侧壁摩 阻力fｓ来确定土体的 物理力学参数，划分 土层的一种土体勘测 技术。
• 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：单桥静力触探、双桥静 力触探、孔压静力触探 • 电测式静力触探的优点： （1）测试连续、快速，效率高，功能多， 兼具勘探与测试双重作用； （2）测试数据精度高，再现性好； （3）采用电测技术，便于实现测试工程 的自动化，测试成果可由计算机自动处 理，减少了工作强度。
•
1.
2. 3. 4. 5. 6.
孔压触探与一般的静力触探相比，具有下面一些 突出优点： 由于不同土体的渗透性差别很大，CPTU量测孔 隙水压力的灵敏度很高，能够分辨1~2cm厚的薄 土层土性的变化，因而可以详细分层。特别是在 区分砂层和粘土层方面精度很高。 可以量测到孔隙水压力，从而有可能进行有效应 力分析。 可以估算土体的渗透系数和固结系数。 可以测定土层不同深度的静止水压力，获得地下 水条件的资料。 可以区分排水、部分排水和不排水的贯入条件。 可计算土的超固结比，评价土层应力历史，计算 静止侧压力系数k０等。
注意事项：
1. 在地下水埋藏较深的地区使用探头触探时 ，应先使用外径不小于孔压探头的单或双 桥探头开孔至地下水位以下，而后向孔内 注水与地面平，再换用孔压探头触探。 2. 使用孔压探头时，在整个贯入过程中不得 提升探头。 3. 当在预定深度进行孔压消散试验时，应从 探头停止贯入之时起，用秒表记时。 4. 当移位于第二个孔时，应对孔压探头的应 变腔和滤水器重新进行脱气处理。
探头率定的步骤: a.安装设备 b.把连着电缆线和记录仪表的探头安装上 c.旋转手轮施加压力，边记录仪表上的读数 d.画压力——读数曲线，一般情况下应该是直线 e.求率定系数K x K等于直线的斜率
k

x
kN/A ( ) mV
0
P (kPa) A
（二）野外测试的关键步骤: a.布孔位，平整场地 b.安装触探机 ，并调平机座（为使贯入压力保 持垂直方向），把机座与反力装置衔接 c.将探头、测量电缆、探杆连接起来，并检查 测量仪表，并调零 d.将连着探杆的探头压入地下 ，同时记录深度 值和测量仪表的数据
锥头阻力qc（kPa）
深度 （ m） 0.1 0.2 0.3
侧壁摩阻力fs （kPa） fs
0.8 1.2 0.9
读数 回零
40 42 43 0 1 2
校正 qc 读数 回零 值 40 20.0 41 20.5 41 20.5
FR 4
1.0 1.1 1.2 1.3
36 41 42 38
6 0
30 41
2. 贯入速率 • 如果贯入速率大于1cm/s 以上时，读数受贯入速率 的影响就很小了 • 事实上，静力触探的贯入 速率一般用2cm/s
3.温度影响.
温度变化会引起探头内部的电阻应变片长度发 生变化，从而使其阻值发生变化，导致测量结 果的大误差。 产生温度变化的重要原因之一是地面温度与地 下温度的不同，特别在夏天与冬天。 措施：（1）采用温度补偿或自动温度补偿应变 片来补偿温度变化对探头测试数据的影响； （2）防止暴晒与受冻； （3）探头贯入地下约 0.5-1.0m，停止贯入5-10min，使探头的温度与 地下的温度一致，然后调零。
双用（桥）探头
多用（孔压）探头
三、测试原理
L 电桥 E 电阻应变片 E 应力应变关系 I—电流 L L R—电阻 R K R 电流变化 L U—电压（根据欧姆定律） 1 L U K U 电压变化（测量值） 2 L
四、测试步骤
（一）探头率定 • 率定的目的是求出测 量仪表的读数与荷载 之间的关系——率定 系数 • 率定的设备可分为两 个主要部分 1.可移动的活动架 2.量力环
•探头是静力触探仪的关键部件 •分为三种类型：单用（桥）探 头、双用（桥）探头、多用（ 孔压）探头
Ps：比贯入阻力，qc：锥尖阻力 ，fs：侧壁摩阻力，uw ：孔隙水 压力
• 国际标准探头的规格：锥头顶角60°、底面积 10cm2、侧壁摩擦筒面积150cm2、透水石在锥底
单用（桥）探头
f0=0.1012Pa+0.0 0.35—3.0 59
5
6 7
江苏省建筑设计 f0=0.084Pa+0.05 0.35—5.7 院 f0=0.074Pa+0.08 1.0—0.5 青岛城建局 24 连云港规划建筑 f0=0.0807Pa+0.0 49 设计院 f0=5.8(Pa)1/2铁三院 0.046
Ps(Mpa)
Φ(°)
表 2-14 砂土的内摩擦角 29 31 32 33 34 36
1
2
3
4
6
11
15
37
30
39
4.确定浅基的承载力
• 用静力触探确定地基承载力一般依据的是 经验公式，是建立在静力触探与载荷试验 的对比关系上。 • 确定的是地基承载力的基本值，需经过深、 宽修正 • 用于一般的建筑物 • 地基土的成因、时代及含水量等对静力触 探求地基承载力的经验公式有影响，经验 公式有地区性。
• 表2-24地基基本承载力f0与PS (qc)经验关系(Mpa) .
序 号 1 2 3 4 提出者 经验关系式 范围值 PS(qc) 0.3—6.0 0.5—2.5 土层 粘性土 长江三角土 淮北粘性土 南京粘性土
f0=0.1043Pa+0.0 武汉联合试验组 269 交通部三航院 兖州煤矿设计院 f0=0.1Pa+0.025
15.0 20.5
2．绘制触探参数随深度的变化曲线 • 包括qc-H，fs-H，FR-H
3.可以用计算机来数据处理和绘图 ( page 245-249) 240页表 8-10，填表并绘图
六、测试精度影响因素
1.探头规格 单桥PS 双桥 qc，fs PS >qc qc，fs都随锥底面积的增大而减小； 侧壁摩擦筒长度增大时， qc增大， fs减小。 探杆外径、摩擦筒与锥底面直径应保持一致 锥尖角度 60° 探头形状及尺寸的标准化与科学化对测试成果 的应用、交流和对比都有很重要的意义。
i. 铁道部TBJ37-93规则法
ii.
中国 地质 大学 法
iii.
国外法
3.确定土的物理力学性质指标
• CPT可以确定如 c, , Cu, Dr, Es, sat, 等 土的物理力学性质指标。 • 表2-13为用静力触探评定砂土的密实度 • 图2-59为砂土的内摩擦角与锥尖阻力的 关系图
土层 中粗砂 上海粉土 湿陷性黄土
13
f0=0.098qc+0.019
f0=0.089qc+0.075 f0=0.108qc+0.064 f0=0.0813qc+0.09 f0=(0.033— 0.025)qc f0=0.1qc
黄土地基
大庆粘性土、 粉土、 大庆粘性土 大庆粉土 砂土 粘性土
14
15

七、测试成果的应用
CPT 在土木工程中的应用特别广泛 1.土层划分: 绘制CPT的贯入曲线（包括qc-H，fs-H，FR-H ）， 然后根据相近的qc、fs和FR，将触探孔分层—— 力学分层，并计算各参数的平均值。 结合钻探取样，考虑临界深度进一步分层——工 程地质分层，并定土名。

• 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。 • 临界深度在砂土中 表现明显，在粘土 中基本不存在。
注意事项
1. 触探机就位后，应调平机座，并使用水平尺 校准，使贯入压力保持竖直方向，并使机座 与反力装置衔接、锁定。 2. 触探机的贯入速率应控制在 1-2cm/s，一般为 2cm/s；使用手摇式触探机时，手把转速应力 求均匀。 3. 使用记读式仪器时，每贯入 0.1m 或 0.2m 时应 记录一次读数。 4. 遇下列情况时应停止贯入： a、触探主机负荷达到其额定荷载的 120% 时； b、贯入时探杆出现明显弯曲； c、反力装置失效； d、探头负荷达到额定荷载时；
二、孔压探头
三、孔压探头的饱和与标定
探头饱和的方法有 加热排气法和真空 排气法 可以用水、硅油、 甘油等对探头进行 饱和 孔压探头饱和与检 验的装置

• 孔压探头测力传感器的检验与率定同常规 探头 • 对孔压探头，还应进行如下检验与标定 1.饱和度检验（采用孔压响应试验） 2.测力传感器与孔压传感器之间的干扰 3.探头孔压传感器的绝缘性检验 • 孔压传感器的率定——孔压率定系数ku