1、第三節 靜力觸探試驗一、定義 靜 力 觸 探靜 力 觸 探 ( S t a t i c Cone Penetration Test,簡稱簡稱CPT)是借是借助機械把一定規格的助機械把一定規格的圓錐形探頭勻速壓入圓錐形探頭勻速壓入土中，通過測定土中，通過測定探頭探頭的端阻的端阻q，側壁摩，側壁摩阻力阻力f來確定土體的來確定土體的物理力學參數，劃分物理力學參數，劃分土層的一種土體勘測土層的一種土體勘測技術。技術。 靜力觸探首先在荷蘭研制成功，因此靜靜力觸探首先在荷蘭研制成功，因此靜力觸探也叫力觸探也叫“荷蘭錐荷蘭錐”試驗。試驗。 按測量機理分：按測量機理分：機械式靜力觸探機械式靜力觸探和和電測電測

2、式靜力觸探式靜力觸探 按探頭功能分：按探頭功能分：單橋靜力觸探單橋靜力觸探、雙橋靜雙橋靜力觸探力觸探、孔壓靜力觸探孔壓靜力觸探 電測式靜力觸探的優點：電測式靜力觸探的優點：（1）測試連續、快速，效率高，功能多，）測試連續、快速，效率高，功能多，兼具勘探與測試雙重作用；兼具勘探與測試雙重作用；（2）測試數據精度高，再現性好；）測試數據精度高，再現性好；（3）采用電測技術，便于實現測試工程）采用電測技術，便于實現測試工程的自動化，測試成果可由計算機自動處的自動化，測試成果可由計算機自動處理，減少了工作強度。理，減少了工作強度。二、測試設備與種類設備組成：觸探主機和反力裝置觸探主機可分為液壓式和機械

3、式反力裝置可分為自重式和錨式測量與記錄顯示裝置1. 探頭和探桿觸探主機為液壓傳動式的，反力裝置為自重式。觸探主機為液壓傳動式的，反力裝置為地錨式。觸探主機為機械傳動式的，反力裝置為地錨式。探頭是靜力觸探儀的關鍵部件分為三種類型：單用（橋）探頭、雙用（橋）探頭、多用（孔壓）探頭Ps：比貫入阻力，qc：錐尖阻力，fs：側壁摩阻力，uw ：孔隙水壓力國際標準探頭的規格：錐頭頂角60、底面積10cm2、側壁摩擦筒面積150cm2、透水石在錐底單用（橋）探頭 雙用（橋）探頭 多用（孔壓）探頭三、測試原理 電阻應變片 電橋I電流電流R電阻電阻 U電壓（根據歐姆定律）電壓（根據歐姆定律） 電壓變化（測量值）

4、電流變化應力應變關系 21 LLKR ULLKURELLE四、測試步驟（一）探頭率定率定的目的是求出測量儀表的讀數與荷載之間的關系率定系數率定的設備可分為兩個主要部分1.可移動的活動架2.量力環探頭率定的步驟探頭率定的步驟: la.安裝設備lb.把連著電纜線和記錄儀表的探頭安裝上lc.旋轉手輪施加壓力，邊記錄儀表上的讀數 ld.畫壓力讀數曲線，一般情況下應該是直線le.求率定系數KK等于直線的斜率)mVkN/A( xkx)(kPaAP0 （二）野外測試的關鍵步驟（二）野外測試的關鍵步驟:la.布孔位，平整場地布孔位，平整場地lb.安裝觸探機安裝觸探機 ，并調平機座（為使貫入壓力保，并調平機座（

5、為使貫入壓力保持垂直方向），把機座與反力裝置銜接持垂直方向），把機座與反力裝置銜接 lc.將探頭、測量電纜、探桿連接起來，并檢查將探頭、測量電纜、探桿連接起來，并檢查測量儀表，并調零測量儀表，并調零ld.將連著探桿的探頭壓入地下將連著探桿的探頭壓入地下 ，同時記錄深度，同時記錄深度值和測量儀表的數據值和測量儀表的數據注意事項 觸探機就位后，應調平機座，并使用水平尺觸探機就位后，應調平機座，并使用水平尺校準，使貫入壓力保持豎直方向，并使機座校準，使貫入壓力保持豎直方向，并使機座與反力裝置銜接、鎖定。與反力裝置銜接、鎖定。 觸探機的貫入速率應控制在觸探機的貫入速率應控制在1-2cm/s，一般為，一

6、般為2cm/s；使用手搖式觸探機時，手把轉速應力；使用手搖式觸探機時，手把轉速應力求均勻。求均勻。 使用記讀式儀器時，每貫入使用記讀式儀器時，每貫入0.1m或或0.2m時應時應記錄一次讀數。記錄一次讀數。 遇下列情況時應停止貫入：遇下列情況時應停止貫入： a、觸探主機負荷達到其額定荷載的、觸探主機負荷達到其額定荷載的120%時；時； b、貫入時探桿出現明顯彎曲；、貫入時探桿出現明顯彎曲； c、反力裝置失效；、反力裝置失效； d、探頭負荷達到額定荷載時；、探頭負荷達到額定荷載時； e、記錄儀器顯示異常。、記錄儀器顯示異常。五、測試數據的處理1.原始數據的整理 回零修正回零修正觸探參數的計算觸探參

7、數的計算摩阻比摩阻比FR%100%100csRqfF錐尖阻力側壁摩阻力ffsqqcXKfXKq側壁摩阻力：錐尖阻力：xkx深度深度（m）錐頭阻力錐頭阻力qc（kPa）側壁摩阻力側壁摩阻力fs（kPa）FR讀數讀數回零回零校正校正值值qc讀數讀數 回零回零fs0.14004020.00.840.24214120.51.20.34324120.50.91.03663015.01.14104120.51.2421.338例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R2繪制觸探參數隨深度的變化曲線 包括qc-H，fs-H，FR-H 3.可以用計算機來數據處理和繪圖 ( page 245-

8、249)240頁表 8-10，填表并繪圖六、測試精度影響因素1.探頭規格探頭規格單橋單橋PS 雙橋雙橋 qc，fslPS qclqc，fs都隨錐底面積的增大而減小；l側壁摩擦筒長度增大時， qc增大， fs減小。l探桿外徑、摩擦筒與錐底面直徑應保持一致l錐尖角度 60l探頭形狀及尺寸的標準化與科學化對測試成果探頭形狀及尺寸的標準化與科學化對測試成果的應用、交流和對比都有很重要的意義。的應用、交流和對比都有很重要的意義。貫入速率貫入速率如果貫入速率大于1cm/s以上時，讀數受貫入速率的影響就很小了事實上，靜力觸探的貫入速率一般用2cm/s 3.溫度影響溫度影響.l溫度變化會引起探頭內部的電阻應變

9、片長度發生變化，從而使其阻值發生變化，導致測量結果的大誤差。l 產生溫度變化的重要原因之一是地面溫度與地下溫度的不同，特別在夏天與冬天。特別在夏天與冬天。l措施：措施：（1）采用溫度補償或自動溫度補償應變片來補償溫度變化對探頭測試數據的影響； （2）防止暴曬與受凍； （3）探頭貫入地下約0.5-1.0m，停止貫入5-10min，使探頭的溫度與地下的溫度一致，然后調零。 七、測試成果的應用lCPT 在土木工程中的應用特別廣泛在土木工程中的應用特別廣泛 1.土層劃分土層劃分: l繪制CPT的貫入曲線（包括qc-H，fs-H，FR-H ），然后根據相近的qc、fs和FR，將觸探孔分層力學分層，并計算

10、各參數的平均值。 l結合鉆探取樣，考慮臨界深度進一步分層工程地質分層，并定土名。 臨界深度 模型試驗及實測表模型試驗及實測表明，地表厚層均質明，地表厚層均質土的貫入阻力自地土的貫入阻力自地表向下是逐漸增大表向下是逐漸增大的。當超過一定深的。當超過一定深度后，阻力才趨近度后，阻力才趨近一個常數值，這個一個常數值，這個土層表面一定深度土層表面一定深度就稱為臨界深度。就稱為臨界深度。 臨界深度在砂土中臨界深度在砂土中表現明顯，在粘土表現明顯，在粘土中基本不存在。中基本不存在。1：1002.土類劃分l 單橋探頭根據根據Ps， Ps 大的一般為砂層，大的一般為砂層， Ps 小小的一般為粘土層。的一般為粘

11、土層。l 雙橋探頭 在劃分土類時，以在劃分土類時，以qc為主，結合為主，結合fs（或（或FR），并在同一層內的觸探參數值基本），并在同一層內的觸探參數值基本相近為原則。相近為原則。不同的土有不同的不同的土有不同的FR，砂類土，砂類土 FR通常通常小于或等于小于或等于1，粘性土，粘性土FR常大于常大于2。a) 常用的有以下幾種方法常用的有以下幾種方法l 鐵道部TBJ37-93規則法l中國中國地質地質大學大學法法l國外法國外法3.確定土的物理力學性質指標 CPT可以確定可以確定如如 c, , Cu, Dr, Es, sat, 等等土的物理力學性質指標。土的物理力學性質指標。 表表2-13為用靜力觸

12、探評定砂土的密實度為用靜力觸探評定砂土的密實度 圖圖2-59為砂土的內摩擦角與錐尖阻力的為砂土的內摩擦角與錐尖阻力的關系圖關系圖表表2-14 砂土的內摩擦角砂土的內摩擦角 確定粘性土的確定粘性土的Cu等，自學等，自學66-73頁頁Ps(Mpa)12346111530()29313233343637394.確定淺基的承載力 用靜力觸探確定地基承載力一般依據的是用靜力觸探確定地基承載力一般依據的是經驗公式，是建立在靜力觸探與載荷試驗經驗公式，是建立在靜力觸探與載荷試驗的對比關系上。的對比關系上。 確定的是地基承載力的基本值，需經過深、確定的是地基承載力的基本值，需經過深、寬修正寬修正 用于一般的建

13、筑物用于一般的建筑物 地基土的成因、時代及含水量等對靜力觸地基土的成因、時代及含水量等對靜力觸探求地基承載力的經驗公式有影響，經驗探求地基承載力的經驗公式有影響，經驗公式有地區性。公式有地區性。 表2-24地基基本承載力f0與PS (qc)經驗關系(Mpa) .序序號號提出者提出者經驗關系式經驗關系式范圍值范圍值PS(qc)土層土層1武漢聯合試驗組武漢聯合試驗組f0=0.1043Pa+0.02690.36.0粘性土粘性土2交通部三航院交通部三航院f0=0.1Pa+0.0250.52.5長江三角土長江三角土3兗州煤礦設計院兗州煤礦設計院f0=0.1012Pa+0.0590.353.0淮北粘性土淮

14、北粘性土4江蘇省建筑設計江蘇省建筑設計院院f0=0.084Pa+0.050.355.7南京粘性土南京粘性土5青島城建局青島城建局f0=0.074Pa+0.08241.00.5青島粘性土青島粘性土6連云港規劃建筑連云港規劃建筑設計院設計院f0=0.0807Pa+0.049濱海軟土濱海軟土7鐵三院鐵三院f0=5.8(Pa)1/2-0.046PS單位單位(kPa)IP7粘性土粘性土序序號號提出者提出者經驗關系式經驗關系式范圍值范圍值PS(qc)土層土層10鐵一、四院鐵一、四院f0=0.044Pa+0.051.011.0中粗砂中粗砂11同濟大學等同濟大學等f0=0.055Pa+0.045上海粉土上海粉

15、土12陜西綜合堪察陜西綜合堪察院院f0=0.0878Pa+0.04濕陷性黃土濕陷性黃土13原一機部勘測原一機部勘測公司公司f0=0.098qc+0.019黃土地基黃土地基14大慶油田、長大慶油田、長春地院春地院（1996）f0=0.089qc+0.075f0=0.108qc+0.064f0=0.0813qc+0.09大慶粘性土、大慶粘性土、粉土、粉土、大慶粘性土大慶粘性土大慶粉土大慶粉土15荷蘭，比利時荷蘭，比利時f0=(0.0330.025)qcf0=0.1qc砂土砂土粘性土粘性土 經統計分析，有人提出： 式中、為土類修正系數，可參見表2-25 032. 01 . 00sPf 靜力觸探機理和

16、樁的作用機理類似，靜力靜力觸探機理和樁的作用機理類似，靜力觸探相當于沉樁的模擬試驗。觸探相當于沉樁的模擬試驗。 與靜力觸探相比，樁的表面粗糙，直徑大，與靜力觸探相比，樁的表面粗糙，直徑大，沉樁對樁周土的擾動大，沉降速度慢。沉樁對樁周土的擾動大，沉降速度慢。 應與樁載荷測試配合使用，互相驗證。應與樁載荷測試配合使用，互相驗證。 靜力觸探法計算單樁極限承載力的基本公靜力觸探法計算單樁極限承載力的基本公式如下：式如下：5.確定單樁的承載力確定單樁的承載力niisspcfdpLfUAqqqqii1a: 國外法b.國內的方法 鐵路系統法單樁的容許承載力)(11niisipcppLfUAqKqi第三章 孔

17、壓靜力觸探一、定義 孔 隙 水 壓 力 靜 力 觸 探孔 隙 水 壓 力 靜 力 觸 探 ( P i e z o C o n e penetration Test)，簡稱孔壓觸探，簡稱孔壓觸探(CPTU)，它是在普通的它是在普通的CPT探頭上安裝了可以測量探頭上安裝了可以測量孔隙水壓力的傳感器，使貫入時能在測量孔隙水壓力的傳感器，使貫入時能在測量q，s的同時，測量貫入引起的超孔隙水的同時，測量貫入引起的超孔隙水壓力壓力，當停止貫入時，可測量超孔隙，當停止貫入時，可測量超孔隙水壓力水壓力的消散過程及完全消散時的靜的消散過程及完全消散時的靜止孔隙水壓力止孔隙水壓力u 孔壓觸探是可測孔隙水壓力的電測

18、式靜力孔壓觸探是可測孔隙水壓力的電測式靜力觸探。觸探。孔壓觸探與一般的靜力觸探相比，具有下面一些孔壓觸探與一般的靜力觸探相比，具有下面一些突出優點：突出優點： l由于不同土體的滲透性差別很大，由于不同土體的滲透性差別很大，CPTU量測孔量測孔隙水壓力的靈敏度很高，能夠分辨隙水壓力的靈敏度很高，能夠分辨12cm厚的薄厚的薄土層土性的變化，因而可以詳細分層。特別是在土層土性的變化，因而可以詳細分層。特別是在區分砂層和粘土層方面精度很高。區分砂層和粘土層方面精度很高。l可以量測到孔隙水壓力，從而有可能進行有效應可以量測到孔隙水壓力，從而有可能進行有效應力分析。力分析。l可以估算土體的滲透系數和固結系

19、數。可以估算土體的滲透系數和固結系數。l可以測定土層不同深度的靜止水壓力，獲得地下可以測定土層不同深度的靜止水壓力，獲得地下水條件的資料。水條件的資料。l可以區分排水、部分排水和不排水的貫入條件。可以區分排水、部分排水和不排水的貫入條件。l可計算土的超固結比，評價土層應力歷史，計算可計算土的超固結比，評價土層應力歷史，計算靜止側壓力系數靜止側壓力系數k等。等。二、孔壓探頭三、孔壓探頭的飽和與標定l探頭飽和的方法有加熱排氣法和真空排氣法l可以用水、硅油、甘油等對探頭進行飽和l孔壓探頭飽和與檢驗的裝置孔壓探頭測力傳感器的檢驗與率定同常規孔壓探頭測力傳感器的檢驗與率定同常規探頭探頭對孔壓探頭，還應進

20、行如下檢驗與標定對孔壓探頭，還應進行如下檢驗與標定1.飽和度檢驗飽和度檢驗（采用孔壓響應試驗）（采用孔壓響應試驗）2.測力傳感器與孔壓傳感器之間的干擾測力傳感器與孔壓傳感器之間的干擾3.探頭孔壓傳感器的絕緣性檢驗探頭孔壓傳感器的絕緣性檢驗孔壓傳感器的率定孔壓傳感器的率定孔壓率定系數孔壓率定系數ku四、孔壓的測試與數據處理1.貫入過程中測孔壓貫入過程中測孔壓 )%(csRuuffscccqfFxkuxkfxkq回零修正觸探參數的計算要畫隨深度變化觸探參數曲線孔隙水壓力和靜水壓力10：1孔壓消散曲線2.孔壓消散測試孔壓消散測試a.停止貫入b.記錄超孔壓隨時間的消散過程 超孔壓的消散速度不僅與土類有

21、關，還超孔壓的消散速度不僅與土類有關，還與消散時間有關與消散時間有關c.繪制超孔壓隨時間的消散過程曲線d.繪制歸一化超孔壓消散曲線靜止孔隙水壓力及均衡孔隙水壓力靜止孔隙水壓力及均衡孔隙水壓力靜止孔隙水壓力按測試土層中的靜水壓靜止孔隙水壓力按測試土層中的靜水壓力計值力計值均衡孔隙水壓力取孔壓消散達穩定時的均衡孔隙水壓力取孔壓消散達穩定時的孔壓值孔壓值各時刻的歸一化超孔壓比各時刻的歸一化超孔壓比 按下式計算按下式計算以以 為縱軸，以時間為縱軸，以時間t(s)的對數的對數lgt為橫軸，為橫軸，繪制歸一化的超孔壓消散曲線繪制歸一化的超孔壓消散曲線UU wwtuuuuU0/注意事項：在地下水埋藏較深的地區使用探頭觸探時在地下水埋藏較深的地區使用探頭觸探時，應先使用外徑不小于孔壓探頭的單或雙，應先使用外徑不小于孔壓探頭的單或雙橋探頭開孔至地下水位以下，而后向孔內橋探頭開孔至地下水位以下，而后向孔內注水與地面平，再換用孔壓探頭觸探。注水與地面平，再換用孔壓探頭觸探。使用孔壓探頭時，在整個貫入過程中不得使用孔壓探頭時，在整個貫入過程中不得提升探頭。提升探頭。當在預定深度進行孔