靜力觸探試驗(yàn)簡介

摘 要：巖體工程測試不僅在土木工程實(shí)踐中非常重要，而且在巖土工程學(xué)科理論發(fā)展中也起著關(guān)鍵的作用。巖土工程測試包括室內(nèi)土工試驗(yàn)、巖體力學(xué)試驗(yàn)、原位測試、原型試驗(yàn)和現(xiàn)場檢測等，在整個巖土工程中占有特殊而重要的地位。靜力觸探是巖土工程勘察中使用最廣泛的一種原位測試項(xiàng)目。它具有快速、精確、經(jīng)濟(jì)和節(jié)省人力等特點(diǎn)。國際上靜力觸探技術(shù)應(yīng)用多年迄今，取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價值。本文在此背景下對靜力觸探試驗(yàn)進(jìn)行一個簡介，讓讀者對靜力觸探試驗(yàn)有一個簡單的了解。

關(guān)鍵詞：原位測試；靜力觸探試驗(yàn)；成果分析

1 原位測試

1.1原位測試含義

原位測試就是在巖土工程施工現(xiàn)場，在基本保持被測試巖土體的結(jié)構(gòu)、含水量以及應(yīng)力狀態(tài)不變的條件下測定其基本物理力學(xué)性能。有些巖土工程由于地質(zhì)條件復(fù)雜或者結(jié)構(gòu)條件與荷載條件復(fù)雜，難以用理論計算方法對土體的應(yīng)力-應(yīng)變的變化做出準(zhǔn)確的預(yù)計，也難以在室內(nèi)模擬現(xiàn)場地層條件和現(xiàn)場荷載條件進(jìn)行試驗(yàn)。這時，可以通過原位測試為設(shè)計提供可靠的依據(jù)。巖土原原位測試又可以分為兩種，一種是作為獲取設(shè)計參數(shù)的原位試驗(yàn)，另一種則是作為提供施工控制和反演分析參數(shù)的原位檢測。

1.2原位測試優(yōu)缺點(diǎn)

原位測試的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）避開取土樣的困難，可以測定難以采取不擾動式樣的土層的有關(guān)工程性質(zhì)；

（2）在原位應(yīng)力條件下進(jìn)行試驗(yàn)，避免采樣過程應(yīng)力釋放的影響；

（3）試驗(yàn)的巖土體體積較大，代表性強(qiáng)；

（4）工作效率高，可大大縮短勘探試驗(yàn)的周期。

原位測試盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有其不足之處：

（1）各種原位測試都有其針對性和適用條件。如使用不當(dāng)則會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性；

（2）原位測試所得參數(shù)與土的工程性質(zhì)的關(guān)系往往是建立在統(tǒng)計的關(guān)系上；

（3）影響原位測試成果的因素較為復(fù)雜，使得對測定值的準(zhǔn)確判定造成一定的困難；

（4）原位測試中的主應(yīng)力方向與實(shí)際巖土工程問題中多變的主應(yīng)力方向往往并不一致。

2 靜力觸探試驗(yàn)簡介

2.1原理

靜力觸探是目前國際上使用最為廣泛的一種原位測試技術(shù)。其基本原理就是用準(zhǔn)靜力將一個內(nèi)部裝有傳感器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格探頭以勻速壓入途中，由于地層中各種土的狀態(tài)和密實(shí)度不同，探頭所受的阻力不一樣，傳感器將這種大小不同的貫入阻力轉(zhuǎn)換成電信號，借助電纜傳送的記錄儀表記錄下來，通過貫入阻力與土的工程地質(zhì)特性之間的定性關(guān)系和統(tǒng)計相關(guān)關(guān)系，來實(shí)現(xiàn)獲取土剖面、提供淺基承載力、選擇樁尖持力層和預(yù)估單樁承載力等巖土工程勘察目的。

2.2設(shè)備組成

靜力觸探試驗(yàn)設(shè)備由三部分組成。

（1）貫入設(shè)備。貫入設(shè)備由加壓裝置和反重力裝置組成。

（2）靜力觸探探頭。目前國內(nèi)的探頭有三種：（1）單橋探頭。由錐頭、彈性元件、頂柱和電阻應(yīng)變組成。（2）雙橋探頭。在單橋探頭的基礎(chǔ)上增加了側(cè)壁摩擦傳感器及摩擦套筒，可以測出錐頭阻力和側(cè)壁摩擦阻力。（3）孔壓靜力初探探頭。在雙橋探頭的基礎(chǔ)上增加了由透水陶粒做成的透水濾器和一個孔壓傳感器。能同時測量錐頭阻力、側(cè)壁摩擦力和孔隙水壓力，同時還能測定探頭周圍土中孔隙水壓力的消散過程。

（3）量測記錄儀器。一、電阻應(yīng)變測量儀。二、靜探微機(jī)。三、自動記錄儀。

2.3靜力觸探現(xiàn)場試驗(yàn)要點(diǎn)

1試驗(yàn)準(zhǔn)備工作。

（1）設(shè)置反重力裝置。（或利用車裝重量）

（2）安裝好壓入和量測設(shè)備，并用水準(zhǔn)尺將地板調(diào)平。

（3）檢查好電源電壓是否符合要求。

（4）檢查儀表是否正常。

（5）將探頭接上量測儀器，并對探頭進(jìn)行試壓，檢查頂柱、錐頭、摩擦筒是否能正常工作。

2現(xiàn)場試驗(yàn)工作。

（1）確定試驗(yàn)前的初讀數(shù)。

（2）貫入速率要求勻速。

（3）要求每次貫入10cm讀一次數(shù)，也可根據(jù)土層情況遞減，但不可超過20cm，當(dāng)貫入深度超過30cm或者由軟土層貫入硬土層時，應(yīng)有側(cè)斜數(shù)據(jù)。

（4）每貫入一定深度，要將探頭提升5-10cm，測一次初讀數(shù)，校核初讀數(shù)的變化情況。

（5）接卸鉆桿時，切勿使入土鉆桿轉(zhuǎn)動，以防止接頭處電纜被切斷，同時應(yīng)防止電纜受拉，以免拉斷或切斷密封裝置。

（6）當(dāng)貫入到預(yù)定深度或出現(xiàn)下列情況之一時，應(yīng)停止貫入：1觸探主機(jī)達(dá)到最大的容許貫入能力，探頭阻力達(dá)到最大容許壓力；2反力裝置失效3發(fā)現(xiàn)探桿彎曲已達(dá)到不能容許的程度。

（7）試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)及時起拔探桿，并記錄儀器的回零情況，探頭拔出后應(yīng)立即清洗上油，妥善保管，防止探頭被暴曬或受凍。

2.4成果整理

1單孔資料的整理

（1）原始記錄的修正

原始記錄的修正包括讀數(shù)修正、曲線脫節(jié)修正和深度修正。

（2）貫入阻力的計算

單橋探頭的比貫入阻力、雙橋探頭的錐頭阻力及側(cè)壁摩擦力可按下列公式計算：

Ps=Kp*εp

qc=Kq*εq*fs=Kf*εf

（3）摩阻比的計算

摩阻比是以百分率表示的各對應(yīng)深度的錐頭阻力和側(cè)摩擦力的比值：

α=fc/qc*100%

（4）繪制單孔靜探曲線

以深度為縱坐標(biāo)，比貫入阻力或錐頭阻力、側(cè)壁摩擦力為橫坐標(biāo)，繪制單孔靜探曲線。

2劃分土層

靜力觸探的貫入阻力本身就是土的綜合力學(xué)指標(biāo)，利用其隨深度的變化可對土層進(jìn)行力學(xué)劃分。

3土層貫入阻力的計算

（1）單孔分層貫入阻力

在土層分界線劃定后，便可計算單孔分層平均貫入阻力。

（2）場地各土層貫入阻力

根據(jù)單孔各土層貫入阻力及土層厚度，可以計算場地各土層貫入阻力。

2.5成果應(yīng)用

靜力觸探應(yīng)用范圍比較廣泛，下面就一些主要方面介紹。

（1）劃分土類

（2）確定地基土的承載力

（3）確定砂土密實(shí)度

（4）確定砂土內(nèi)摩擦角

（5）確定粘性土的狀態(tài)

（6）估算單樁承載力

3 結(jié)語

巖土工程的發(fā)展離不開巖土力學(xué)理論的支持，然而新的巖土理論要變成工程現(xiàn)實(shí)，如果沒有相應(yīng)的測試手段，則是不可能的。靜力觸探是目前巖土勘察中應(yīng)用最廣泛的一種原位測試項(xiàng)目，它具有勘探和測試的雙重功能，具有快速、精確、經(jīng)濟(jì)和節(jié)省人力等特點(diǎn)。因此。靜力觸探得到了大量的應(yīng)用，為巖土力學(xué)的發(fā)展提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，從而檢驗(yàn)理論的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

郭開發(fā)（1996—），男，漢族，河北省石家莊市人，在讀本科；單位：河北大學(xué)建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)，研究方向：靜力觸探試驗(yàn)。

（作者單位：河北大學(xué)）