動力觸探試驗有關問題商榷

吳玉梅

摘 要：動力觸探（DPT）是工程地質原位測試的主要方法之一，它是利用一定的錘擊能量，將一定規格的探頭打入土中，被貫入的難易程度來評價土的力學性質，特別對難以取樣的碎石類土及靜力觸探難以貫入的土層，動力觸探是十分有效的測試手段。本文就動力觸探試驗有關問題進行分析。

關鍵詞：動力觸探；試驗；問題

一、動力觸探貫入機理

所謂動力觸探貫入機理，就是土體在沖擊荷載的作用下，按照孔穴擴張理論，在不排水條件下，假設觸探頭貫入，土體作為彈塑性介質，在臨界深度內，貫入觸探頭時，土體的破壞以整體剪切為主；貫入觸探頭后，由于周圍應力的不斷增大，土中不再出現整體剪切破壞，剪切破壞或孔穴擴張的破壞只在錐頭附近出現，在黏性土中，由于超孔隙水壓消散比較慢，隨著深度的不斷增加，超孔隙水壓也在逐漸增加。

在工作過程中，在導桿摩擦、錘擊偏心等因素的影響和制約下，與理論計算值相比，自由落錘能量比較小。因探桿本身長度、質量、彈性變形及探桿周圍土體摩阻力的影響，傳到探頭的能量也被消耗一部分，所以，根據荷蘭的動貫入阻力公式計算土對探頭貫入的阻力：

式中：Rd、M、m、H、A、e、D、N63.5、g 分別代表動貫入阻力（kPa）、落錘質量（kg）、圓錐探頭及桿件系統的質量（kg）、落距（m）、圓錐探頭截面積（cm2）、貫入度（mm），e=D/N63.5、規定貫入深度、規定貫入深度的擊數、重力加速度， g=9.8m/s2。

二、動力觸探設備及應用范圍

在使用動力觸探種類方面國外比較多，根據錘擊能量，國內將動力觸探分為輕型（N10）、中型（N28）、重型（N63.5）、超重型（N120）等4 種。觸探頭、觸探桿、穿心錘3 部分共同組成我國動力觸探設備，根據重錘質量、落距所組成的動力能量之間的差異，可以將動力觸探分為輕—特重型。在測試過程中，為了充分發揮一機多能的作用，80 年代以后，63.5kg 類型的錘重得到廣泛使用。

三、動力觸探試驗的工程應用

某水利工程在初步設計階段進行地質勘察工作，勘察以結果滿足水利工程初步設計階段精度為目標。勘察工作主要采用資料收集、整理，工程地址測繪、沿堤線及建筑物工程地質鉆探，現場原位試驗和室內土工試驗等綜合勘察手段。原位試驗選用的設備為重型（N63.5）動力觸探設備。執行的國家有關規范、規程包括《堤防工程地質勘察規程》（SL188-2005）、《中小型水利水電工程地質勘察規范》（SL55-2005）、《水利水電工程地質測繪規程》（SL299-2005）、《土工試驗規程》（SL237-2000）、《巖土工程地質勘察規范》（GB50021-2001）、《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》（SL251-2000）、《工程地質手冊》等。

3.1臨界深度her在貫入設備的初始階段，隨著貫入深度h的增加，動探擊數N63.5逐漸增大，導致地面出現隆起、開裂現象，當貫入達到一定深度后，N63.5值趨于穩定，地表不再繼續變形，在N63.5-h曲線上出現明顯的變化點，該深度值就是動力探觸臨界深度（her）。

在地面以下，臨界深度范圍之內，在貫入探頭的過程中，土體以剪切變形為主，土的側向約束力隨著貫入深度的增加逐漸增大，壓縮變形逐漸取代剪切變形。當貫入深度超過臨界深度后，土體的壓縮性或者密實度將影響和制約動力觸探擊數。在“動力初探試驗技術的研究與應用”一文中，趙昭熔，曹化平指出：①在同一均勻土層中，隨著探頭直徑增大，臨界深度不斷加深；②當探頭直徑相同，隨著N63.5增大，臨界深度逐漸加深；

在一般地層（N63.5在2-50擊/cm）中，對于重型動力觸探來說，臨界深度通常為0.5-1.0m，相當于探頭直徑的7-14倍。

3.2判斷土的密實度密實程度作為最主要的指標，可以對非粘性土地基強度進行評定。對于非粘性土的密實程度來說，如何進行判定。目前，通過相對密度對砂土進行評定，通過目測觀察的方式對碎石類土進行評定。對于同一級配的非粘性土來說，如果密度越大，那么對應的土層越密實。對于地基土密實程度通過采用密度可以進行間接的判定。通過對50組資料進行綜合統計，統計結果顯示，對于砂土來說，N63.5隨著密實程度的增大逐漸增大，相應的地基強度呈線性增長的關系。在低密實度時，卵石土也呈線性關系，擊數N63.5隨著密實程度的增加其增大值明顯增大，與地基強度的增長率相比，其增長率明顯偏大。在較密實狀態下，擊數N63.5與地基強度呈非線性關系。動力探觸的試驗成果包括標貫擊數和修正標貫擊數，確定砂土的液化性時，采用未修正的標貫擊數，而確定承載力時，采用了修正后的擊數。這樣試驗主要是因為主要因為用標準貫入擊數查地基承載力的經驗關系統計時所用的標準貫入擊數是經過修正的；而液化判別公式中已經包含了深度的影響，只采用未修正的標貫擊數即可。粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為碎石土，粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%，粒徑大于0.075mm的顆粒質量超過總質量50%的稱為砂土。碎石土和砂土密實度分類標準見表1。

3.3 其他應用

3.3.1 液化判定：砂土層的密度通過原位標準貫入試驗的擊數可很好地反映，然后結合砂土層和地下水位的埋藏深度，進行局部的調整和修正，砂土液化的可能性通過查表即可判定。根據GB50011-2001《建筑抗震設計規范》的相關規定，需要進行液化判別時，通過采用標準貫入試驗進行相應的判別。但是，在對飽和砂土層作標貫試驗時，由于某些工程項目將快速提升孔內鉆具換成標準貫入器作標試驗，進而在一定程度上造成孔內水位接近孔底，與地下水位之差大則孔底發生涌砂，特別是埋深較大且又是純凈的中細涌砂最嚴重，進一步造成誤判。

3.3.2 土層劃分：靜力觸探試驗的主要作用之一就是精確分層、確定土體的類型，為工程建設提供設計依據與參數。依據鉆進和取土情況以及錘擊數差異變化，并按照沉積規律綜合判定。我們認為并非是單一的厚層砂和礫卵石簡單結構，而是由多個沉積韻律組成的不均勻復雜土層結構，并依此作為土層劃分的依據。

四、結束語

動力觸探試驗野外現場作業簡單、方便，測試需時短，可以縮短勘察工期，進行土體巖性劃分及確定土體力學參數效果良好。比較客觀地測試土層的工程特性，為工程地質地基評價和設計基礎型式的選取提供合理、科學的依據。

參考文獻：

[1]趙昭熔，曹化平.動力觸探試驗技術的研究與應用[J].鐵道工程學報，2005，（S1）：431-439.

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[3]邵海東.用動力觸探試驗檢測和評價地基承載力的方法研究[J].科技信息，2011，（11）：699+718.