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    靜力觸探
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    靜力觸探試驗原理和應用

    2020-03-12 22:15:08

      靜力觸探測試〔static cone penetration test〕簡稱靜探(CPT)。靜力觸探試驗是把一定規格的圓錐形探頭借助機械勻速壓人土中,并測定探頭阻力等的一種測試方法,實際上是一種準靜力觸探試驗。荷蘭人在20世紀40年代提出了靜力觸探技術和機械式靜力觸探儀。試驗是用機械裝置把帶有雙層管的圓錐形探頭壓人土中,在地面上用壓力表分別量測套筒側壁與周圍土層間的摩阻力(fs)和探頭錐尖貫入土層時所受的阻力(qc)。電測靜力觸探試驗于1964年首先在我國研制成功。原建工部綜合勘察院成功地研制了世界上第 一臺電測靜力觸探儀,即我國目前普遍應用的單橋(單用)探頭靜力觸探儀。利用電阻應變測試技術,直接從探頭中量測貫入阻力,并定義為比貫入阻力。20世紀60年代后期,荷蘭開始研制類似的電測靜力觸探儀,探頭為雙橋式的。此項成果發表于1971年。從20世紀70年代開始,電測靜力觸探的發展使靜力觸探有了新的活力,發展迅猛,應用普遍。其中,發展是國際上于20世紀80年代初成功研制了可測孔隙水壓力的電測式靜力觸探,簡稱孔壓觸探.(CPTU)。它可以同時測量錐頭阻力、側壁摩擦力和孔隙水壓力,為了解土的更多的工程性質及提高測試精度提供了極大的可能性和現實性。

    靜力觸探試驗原理和應用

      目前在我國使用的靜力觸探儀以電測式為主。 靜力觸探具有下列明顯優點:
      (1)測試連續、快速,效率高,功能多,兼有勘探與測試的雙重作用;
      (2)采用電測技術后,易于實現測試過程的自動化,測試成果可由計算機自動處理,大大減輕了人的工作強度。
      由于以上原因,電測靜力觸探是目前應用的一種土工原位測試技術,本章將重點加以敘述和討論。
      靜力觸探的主要缺點是對碎石類土和密實砂土難以貫入,也不能直接觀測土層。在地質勘探工作中,靜力觸探常和鉆探取樣聯合運用。
      試驗設備
      靜力觸探儀一般由三部分構成,即:①觸探頭,也即阻力傳感器;②量測記錄儀表;③貫入系統:包括觸探主機與反力裝置,共同負責將探頭壓人土中。目前廣泛應用的靜力觸探車集上述三部分為一整體,具有貫入深度大(貫入力一般大于100kN)、效率高和勞動強度低的優點。但它僅適用于交通便利、地形較平坦及可開進汽車的勘測場地使用。貫入力等于或小于50kN者,一般為輕型靜力觸探儀,使用時,一般都將上述三部分分開裝運到現場,進行測試時再將三部分有機地聯接起來。在交通不便、勘測深度不大或土層較軟的地區,輕型靜力觸探應用很廣。它具有便于搬運、測試成本較低及靈活方便之優點。靜力觸探儀的貫入力一般為20~100kN,貫入力為200kN,因為細長的探桿受力極限不能太大,太大易彎曲或折斷。貫入力為20~30kN者,一般為手搖鏈式電測十字板-觸探兩用儀。貫入力大于50kN者,一般為液壓式主機。在參考資料中對觸探儀有較為詳盡的介紹。
      (一)探頭
      1.探頭的種類及規格
      探頭是靜力觸探儀的關鍵部件。它包括摩擦筒和錐頭兩部分,有嚴格的規格與質量要求。目前,國內外使用的探頭可分為三種類型(見圖2-2和2-3)。
      (1)單橋探頭:是我國所特有的一種探頭類型。它是將錐頭與外套筒連在一起,因而只能測量一個參數。這種探頭結構簡單,造價低,堅固耐用。此種探頭曾經對推動我國靜力觸探測試技術的發展和應用起到了積極的作用,自60年代初開始應用以來,積累了相當豐富的經驗,已建立了關于測試成果和土的工程性質之間眾多的經驗關系式。由于測試成本低,被勘測單位廣泛采用。但應指出,這種探頭功能少,其規格與國際標準也不統一,不便于開展國際交流,其應用受到限制。
      (2)雙橋探頭:它是一種將錐頭與摩擦筒分開,可同時測錐頭阻力和側壁摩擦力兩個參數的探頭。國內外普遍采用,用途很廣。
      (3)孔壓探頭:它一般是在雙用探頭基礎上再安裝一種可測觸探時產生的超孔隙水壓力裝置的探頭??讐禾筋^Z少可測三種參數,即錐尖阻力、側壁摩擦力及孔隙水壓力,功能多,用途廣,在國外已得到普遍應用。在我國,也會得到越來越多的應用。
      此外,還有可測波速、孔斜、溫度及密度等的多功能探頭,不再一一介紹。常用探頭的規格見表2-1。
      探頭的功能越多,測試成果也越多,用途也越廣;但相應的測試成本及維修費用也越高。因而,應根據測試目的和條件,選用合適的探頭。表2-1中各類型探頭的底面積不同,主要是為了適應不同的土層強度。探頭底面積越大,能承受的抗壓強度越高;另一個原因是可有更多的空間安裝附加傳感器。但在一般土層中,應優先選用符合國際標準的探頭,即探頭頂角為60?,底面積為10cm2,側壁摩擦筒表面積為150cm2的探頭,其成果才具有較好的可比性和通用性,也便于開展技術交流。


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