靜力觸探技術的發展分析概述
2010-12-31 00:00:00張青青劉旭陳宇齊琛森
中華建設科技 2010年12期
【摘 要】靜力觸探的發明和應用對于工程地質勘探和測試技術的發展具有非常重要的意義，靜力觸探目前已成為巖土工程行業原位測試中最基本的試驗手段之一。本文在介紹了靜力觸探測試的發展歷程與基本原理的基礎上，分析了靜力觸探現有存在的優缺點，概括了目前實際工程中應用較為廣泛的幾種靜力觸探測試新技術，總結了各種新技術的特點及其工程應用范圍。
【關鍵詞】靜力觸探；原位測試；雙橋探頭；發展
Quiet the dint touch to explore technique of development analysis all say
Zhang Qing-qing1，Liu Xu2，Chen Yu3，Qi Shen-sen4
(1.Shenyang building university civil engineering college Shenyang Liaoning 110168;
2.Liaoning color investigatingresearch institute Shenyang Liaoning 110000;
3.China building northeast design institute for research limited company Shenyang Liaoning 110006;
4.Shijiazhuan No.1 high school Shijiazhuan Hebei 050019)
【Abstract】Quiet the dint touch to explore of invention investigate to explore with application to the engineering geology with test technique of development have count for much meaning， quiet the dint touch to explore to have become the rock soil home position test of the engineering profession currently in the most basic of experiment one of the meanses.This text is in the introduction quiet the dint touch to probe in to try of development process and basic principle of foundation up， analysis quiet the dint touch to explore existing existence of merit and shortcoming， generalize currently actual in the engineering application more extensive of a few kind quiet the dint touch to probe in to try new technique， summary various new technique of characteristics and its engineering application.
【Key words】The quiet dint touch to explore;Home position test;The double bridge stretch forward;Development
1. 前言
巖土工程原位測試［1-2］能夠測得天然結構條件下巖土體的工程性質，在工程建設中起到十分重要的作用，而靜力觸探（Cone Penetration Test，簡稱CPT）是應用最廣和最成熟的手段之一。目前，國內和國外的工程界非常重視對靜力觸探的應用和機理方面的研究。一方面希望通過這種手段獲得更多的參數，致力于多功能探頭的研究，同時也不斷擴大它的應用領域，因此，對靜力觸探進行分析研究具有一定的實際應用價值和意義。
2. 靜力觸探測試的發展歷程與基本原理
2.1 靜力觸探測試的發展歷程。
早在1917年，瑞典鐵路工程中就正式采用了螺旋錐頭式靜力觸探，1930年荷蘭開始采用尖錐試驗，國際上稱為荷蘭靜力觸探，這個方法較瑞典更為簡捷，在國際上廣為流傳。1974年在瑞典召開了第一次歐洲觸探會議，實際上其規模遠超出歐洲，屬國際學術交流會議。1982年在荷蘭阿姆斯特丹召開了第二次歐洲觸探會議，1984年在法國巴黎召開了第一次世界性的土工原位測試會議［3］。
法國1949年研制出第一臺靜力觸探儀。在1965年以后才大量應用靜力觸探，許多著名建筑和重大工程都采用觸探法勘察地基。挪威1952年研制成電測式靜力觸探儀，1973年研制成用于海底勘探的靜力觸探儀，且認為海底勘探的最好方法是靜力觸探。美國、前蘇聯在月球的勘察中研究和使用了宇宙宇航員操作的自動記錄靜力觸探儀。新型靜力觸探儀的不斷出現，標志著這項技術在國際上受到廣泛的重視。
在我國解放初期的土力學課程中就有靜力觸探的內容。1954年中國科學院土木建筑研究所利用研制的雙層管式靜力觸探設備，在黃土中進行了試驗研究［4］；1965年原建工部綜合勘察院自行設計制造了電阻應變式靜力觸探儀［5］，創制了我國第一個電測探頭，并通過近百組對比試驗建立了貫入阻力與天然地基承載力的統計公式，為靜力觸探在我國的推廣使用打下了基礎。1967年中南勘察院和武漢城市規劃設計院研制成功了機械傳動靜力觸探儀［5-6］；1969年鐵道部第三勘測設計院研究成功了雙缸靜力觸探儀，促進了我國靜力觸探的發展。目前，靜力觸探這次測試技術是我國原位測試技術中應用最廣泛與和最成熟的測試手段之一。
2.2靜力觸探測試的基本原理。
用靜力將一個內部裝有傳感器的觸探頭勻速壓入土中，由于地層中各種土的軟硬不同，探頭所受阻力自然也不會一樣，探頭附近一定范圍內的土體受到壓縮和剪切破壞，如圖1所示。同時，土對探頭產生貫入阻力，其中包括端阻qc和側壁摩阻力fs，如圖2所示。在這一過程中，傳感器將這種大小不同的貫入阻力通過電信號輸入到記錄儀表中記錄下來。再通過貫入阻力與土的工程性質之間的關系，從而取得土層剖面、估算地基承載力、選擇樁端持力層和預估單樁承載力等測試目的［7］。
圖1探頭貫入作用示意圖
3. 靜力觸探技術的發展
在傳統靜力觸探（CPT）的基礎上，在探頭上加各種不同用途的傳感器，便形成新的靜力觸探技術。應用比較多的測試主要包括：孔隙水壓力靜力觸探測試（CPTU）、旁壓靜力觸探測試（CPT-PMT）、波速靜力觸探測試（SCP-TU）、電阻率靜力觸探測試（R-CPTU）、振動靜力觸探測試（Vibro CPT）與放射性同位素靜力觸探測試（RI-CPT）等技術［9］。下面將分別介紹這幾種靜力觸探新技術與傳統靜力觸探的測試參數、特點及其主要應用情況。
3.1傳統靜力觸探測試。
傳統靜力觸探包括單橋靜力觸探與雙橋靜力觸探兩種。單橋靜力觸探所測參數為比貫入阻力ps，其特點為快速便捷；主要工程應用為分層、評定地基承載力、確定壓縮模量和變形模量。雙橋靜力觸探所測參數為錐尖阻力qc和側壁摩擦阻力fs，其特點為分層方便、經濟、可測試土力學參數等；其主要工程應用為修正錐尖阻力并使其真正反映土的性質、評定滲流、固結特性、評定地基土的容許承載力、確定壓縮模量和變形模量等。
3.2孔隙水壓力靜力觸探測試。
孔隙水壓力靜力觸探測試的所測參數為錐尖阻力qc、側壁摩擦阻力fs、孔隙水壓力u。其特點為靈敏度與分辨率高；主要工程應用為判別土類和分層、修正孔隙水壓力對錐尖阻力qc和側壁摩擦阻力fs的影響、分析有效應力、估算土的滲透系數和固結系數、評定土的應力歷史、評定砂土和粉土的液化勢和估算土的靜止側壓力系數等。3.3 旁壓靜力觸探測試。
旁壓靜力觸探測試的所測參數為錐尖阻力qc、側壁摩擦阻力fs、孔隙水壓力u、固結系數和旁壓曲線。其特點為靈精度高且可在不同深度進行試驗；主要工程應用為繪制應力—應變關系曲線和評價孔周土體的承載力及變形性質等。
圖2探頭阻力分布圖
3.4波速靜力觸探測試。
波速靜力觸探測試可同時獲取靜探和波速資料。其特點為靈精度高且費用低；主要工程應用為確定地基土的波速和動力參數、評定地基土類別、確定場地類別及土的工程性質指標等。
3.5電阻率靜力觸探測試。
電阻率靜力觸探測試可測得多孔介質及孔隙水的總電阻率。其特點為快速、經濟、一孔多用等；主要工程應用為研究地下介質電阻率隨深度變化規律，解決地下水流速、流向及受污染的分布范圍等地質問題并可定量解釋層狀介質等。
3.6 振動靜力觸探測試。
振動靜力觸探測試所測參數為剪切波。其特點是具備多種功能；主要工程應用為模擬地震時的剪切波、評定砂土的液化勢、分析對比振動與不振動時探頭的貫入阻力等。
3.7 放射性同位素靜力觸探測試。
放射性同位素靜力觸探測試所測參數包括隱伏構造、巖體界線與介質物理參數。其特點是不受電磁場的干擾；主要工程應用為分清地層、研究和預測一些緩慢變化的動力地質過程及探測是否有放射性污染等。
4.結束語
隨著我國科學技術的進步與發展，靜力觸探技術將得到越來越廣泛的應用。在實際應用靜力觸探的過程中，應根據各種不同靜力觸探測試技術的特點及其工程應用范圍，采取相應的測試技術。同時，加強試驗的經驗和總結，廣泛吸收國內外先進的方法與理論，結合巖土工程實際情況進一步的開發利用新型測試儀器，使原位測試手段更加先進、可靠、便捷和準確。
參考文獻
［1］ 孟高頭．土體原位測試機理方法及其工程應用［M］．北京：地質出版社，1997.
［2］ 唐賢強，謝瑛等.地基工程原位測試技術［M］.北京：中國鐵道出版社，1993.
［3］ 唐賢強，葉啟民.靜力觸探［M］.北京：中國鐵道出版社，1983.
［4］ 陳強華，俞調梅.靜力觸探在我國的發展［J］.巖土工程學報，1991，13(1):84-85.
［5］ 王鐘琦.我國的靜力觸探及動靜觸探的發展前景［J］.巖土工程學報，2000，22(5):517-522.
［6］ 王鐘琦. 再談我國的靜力觸探及動靜觸探的發展前景［J］.巖土工程學報，2001，23(3):383-385.
［7］ 孟高頭，魯少宏，姜珂，等.靜力觸探機理研究［J］.地球科學——中國地質大學學報，1997，(4):420-423.
［8］ 顧寶和．《巖土工程勘察規范》中的靜力觸探問題［J］．工程勘察，2008，(10):4-5.
［9］ 吳道祥，單燦燦，鐘軒明，等.靜力觸探的發展及其在巖土工程中的應用［J］.合肥工業大學學報，2008，2，31(2):211-215.
［文章編號］1619-2737（2010）10-11-283
［作者簡介］ 張青青（1984-），女，湖北荊門人，碩士研究生，主要從事巖土工程理論研究與工程應用。
