静力触探试验(岩土工程)课件.ppt

1、第4章 静力触探试验编辑ppt目录1.概述2.静力触探仪器组成3.静力触探试验原理4.试验方法和技术要求5.静力触探试验资料整理6.静力触探成果的工程应用7.工程实例编辑ppt1.概述静力触探试验(static cone penetration test)简称静探（CPT）,是利用静力以一恒定的贯入速率将圆锥探头通过一系列探杆压入土中，根据测得的探头贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的原位试验。适用于：软土、粘性土、粉土、（饱和）砂土和含少量碎石的土。编辑ppt优点和缺点优点：（1）测试连续、快速，效率高，功能多，兼有勘探与测试的双重作用；（2）采用电测技术后，易于实现测试过程的自动化，测

2、试成果可由计算机自动处理，大大减轻了人的工作强度。缺点：（1）贯入机理不清，无数理模型（2）对碎石类土和密实砂土难以贯入，也不能直接观测土层。在地质勘探工作中，静力触探常和钻探取样联合运用。编辑ppt岩土工程中的应用（1）对地基土进行力学分层并判别土的类型；（2）确定地基土的参数（强度、模量、状态、应力历史）（3）砂土液化可能性（4）浅基承载力（5）单桩竖向承载力等。编辑ppt2.静力触探仪器组成 2.1、贯入设备 2.2、量测系统 2.3、标定系统编辑ppt2.1、贯入设备 静力触探贯入系统由触探主机（贯入装置）和反力装置两大部分组成。触探主机的作用是将底端装有探头的探杆一根一根地压入土中。

3、触探主机按其贯入方式不同，可以分为间歇贯入式和连续贯入式；按其传动方式的不同，可分为机械式（手摇链条和电动齿轮式）和液压式；按其装配方式不同可分为车装式、拖斗式和落地式等。编辑ppt2、量测系统 包括：探头和记录仪器 探头：静力触探探头为地层阻力传感器，是静力触探仪的关键部件。探头包括摩擦筒和锥头两部分。按探头功能分：单桥静力触探、双桥静力触探、孔压静力触探 记录仪器：国内静力触探量测仪器有数字式电阻应变仪、电子电位差自动记录仪、微电脑数据采集仪。编辑ppt探头（1）单桥探头：是我国所特有的一种探头类型。它是将锥头与外套筒连在一起，因而只能测量一个参数。这种探头结构简单，造价低，坚固耐用。但应

4、指出，这种探头功能少，其规格与国际标准也不统一，不便于开展国际交流，其应用受到限制。（2）双桥探头：它是一种将锥头与摩擦筒分开，可同时测锥头阻力和侧壁摩擦力两个参数的探头。国内外普遍采用，用途很广。（3）孔压探头：它一般是在双用探头基础上再安装一种可测触探时产生的超孔隙水压力装置的探头。孔压探头最少可测三种参数，即锥尖阻力、侧壁摩擦力及孔隙水压力，功能多，用途广，在国外已得到普遍应用。此外，还有可测波速、孔斜、温度及电导率等的多功能探头。编辑ppt单桥探头单桥探头结构示意图1-四心电缆；2-密封圈；3-探头管；4-防水塞；5-外套管；6-导线；7-空心柱；8-电阻片；9-防水盘根；10-顶柱-

5、探头锥直径；L-有效侧壁长度；a-探头锥角单桥探头结构示意图编辑ppt双桥探头编辑ppt 除了具有双桥探头所需的各种部件外，还增加了由透水陶粒做成的透水滤器和一个孔压传感器。透水陶粒要求其渗透系数为(1.1士0.1)x10-5cm/s，抗渗能力为110士5(kPa)。透水滤器的位置可镶嵌于探头的锥尖,锥面或锥尾，一般以对称3-6孔镶嵌于锥面为佳。孔压静力触探探头具有能同时测定锥头阻力、侧壁摩擦阻力和孔隙水压力的装置，同时还能测定探头周围土中孔隙水压力的消散过程。孔压静力触探探头编辑ppt编辑ppt 我国的静力触探几乎全部采用电阻应变式传感器。因此，与其配套的记录仪器主要有以下4种类型：电阻应变

6、仪；自动记录绘图仪；数字式测力仪；数据采集仪（微机控制）记录仪器编辑ppt 率定的目的是求出测量仪表的读数率定的目的是求出测量仪表的读数与荷载之间的关系与荷载之间的关系率定系数率定系数k 测力传感器的率定测力传感器的率定 孔压传感器的饱和与率定孔压传感器的饱和与率定3、标定系统编辑ppt（1）静力触探探头的工作原理（2）静力触探试验的贯入机理（3）孔压静力触探的贯入机理3.静力触探试验原理编辑ppt（1）静力触探探头的工作原理 静探探头大部分都采用电阻应变式测试技术，探头的空心柱体上的应变桥路有两种布置方式。受力后，产生电位差，毫伏计便指出流过的电流的大小，这个电流的大小与空心柱体的受力伸长有

7、关。在实际工作中，把空心柱体的微小应变所输出的微弱电压，通过电缆，传至电阻应变仪中的放大器放大几千倍到几万倍后，就可用普通的指示仪表量测出来。编辑ppt（2）静力触探试验的贯入机理 静力触探试验的贯入机理是个很复杂的问题，而且影响因素也比较多，因此，目前土力学还不能完善地从理论上解析圆锥探头与周围土体间的接触应力分布及相应的土体变形问题，已有的近似理论分析可分为承载力理论分析、孔穴扩张理论分析和稳定贯入流体理论分析三类。编辑ppt（3）孔压静力触探的贯入机理 孔压静探探头贯入土体的机理是十分复杂的，探头贯入所产生的超孔压沿水平径向的初始分布，以及停止贯入时超孔压的消散均属于轴对称问题，由于对贯

8、入机理所做的简化假设和所选择的土体模型的不同，可以建立不同的计算公式。（1）饱和粘性土中初始超孔压的孔穴扩张理论（2）孔压消散理论编辑ppt4.试验方法和技术要求 在静力触探试验工作之前，应注意搜集场区既有的工程地质资料，根据地质复杂程度及区域稳定性，结合建筑物平面布置、工程性质等条件确定触探孔位、深度，选择使用的探头类型和触探设备。（1）静力触探仪的选择（2）试验等级及精度要求（3）孔压探头的脱气处理（4）触探机的位置和高度（5）触探仪的贯入（6）试验的终止（7）孔压消散试验编辑ppt（1）静力触探仪的选择 D是最常用的，我们希望一次试验可以得到更多的数据。编辑ppt（2）试验等级及精度要求

9、欧洲标准编辑ppt（3）孔压探头的脱气处理 孔压系统的饱和，是保证正确量测孔压的关键。如果探头孔压量测系统未饱和，则在量测时会有部分孔隙水压力在传递过程中消耗在压缩空气上。空气压缩后又有一部分水补充进入系统内。这样，就使所测的孔隙压力在数值比比真实值低一些。而且在时间上会产生较大的滞后，如果对此认识不足，或存在侥幸心里，将导致试验失败。（1）过滤器的脱气；（2）孔压应变腔的抽气和注液；（3）孔压探头的组装；（4）孔压探头饱和度的保持 当地下水埋藏较深时，应使用一个较孔压探头直径大的实心锥头，预贯入至地下水位之下，提出实心探头，孔内注满水，然后换用孔压探头进行触探试验。编辑ppt（4）触探机的位

10、置和高度 1、应注意用水平尺校准机座 2、留意原有钻孔距离对触探测试成果的影响 在一般静力触探试验中，应使布置的触探孔距原有钻孔的距离至少2m;如果出于平行试验对比需要，考虑到土层在水平方向的变异性，对比孔间距不宜大于3m，此时，宜先进行静力触探试验，而后进行勘探或其他原位试验。3、防止反力方案不当或对触探阻力估计不足 4、探杆平直度的检查编辑ppt（5）触探仪的贯入 在进行贯入试验时，如果遇到密实、粗颗粒或含碎石颗粒较多的土层，在试验之前，应该先打预钻孔。预钻孔应该在粗颗粒土的顶层使用，有时也使用套筒来防止孔壁的坍塌;在软土或松散土中，预钻孔应该穿过硬壳层。如果需要用孔压探头量测孔压，那么，

11、该预钻孔的地下水位以上部分应用水充满。探头的贯入速度对贯入阻力有影响，CPT的标准贯入速度为2mm/s，其误差极限为士25%，己得到国际土工界公认。国外一些专家认为，对于孔压静探试验，这个容许极限速率应该定得更小一些，在孔压静探试验中，触探仪将被以20士5mm/s的恒定速度压入土体中。编辑ppt（6）试验的终止 当遇到以下情况时，静力触探试验的贯入应该终止:要求的贯入长度或深度已经达到;圆锥触探仪的倾斜度已经超过了允许范围;当允许的最大贯入力已经达到。任何对试验设备可能造成损坏的因素都可以使试验被迫终止。编辑ppt（7）孔压消散试验 （1）触探过程中的孔压消散现象 触探机工作时，在上、下行程交

12、替过程中，或在加接探杆时，常有一短暂的停顿，在此期间的孔压必会部分或全部消散，其消散速度取决于土的固结系数，即决定于土的渗透性和压缩性。当重新向下贯入时，脱气良好的探头，其孔压值会迅速恢复到前一行程终止时的孔压值，即使在饱和松砂中贯入，其孔压恢复所需的贯入距离一般在10cm 以内，如果这个贯入距离超过50cm，则应认为孔压探头已不饱和，应返工重做。（2）孔压消散试验 孔压消散试验可在地下水位以下任何指定深度进行。试验前，操作者可事先通过钻探资料确定进行孔压消散试验的深度，当探头贯入到指定深度时，就应立即开始孔压消散试验。编辑ppt5.静力触探试验资料整理（1）静力触探试验成果的影响因素（2）静

13、力触探资料整理（3）静力触探成果分析编辑ppt（1）静力触探试验成果的影响因素 临界深度 探头的几何形状和贯入深度 孔隙水压力 温度的影响 关于量测的正确性 探孔的偏斜 孔压传感器的位置与尺寸编辑ppt（2）静力触探资料整理 1.原始数据的修正深度修正零飘修正锥尖阻力的修正侧壁摩擦力修正 2.贯入阻力计算 3.绘制触探曲线编辑pptxky一、贯入数据的处理一、贯入数据的处理1、原始数据的整理、原始数据的整理 回零修正回零修正 触探参数的计算触探参数的计算uuffsqqcxkuXKfXKq孔隙水压力：侧壁摩阻力：锥尖阻力：编辑ppt编辑ppt孔压参数比用孔压参数比用Bq：土层上覆压力；假定的静水

14、压力，孔隙水压力；在某一深度测得的最大0vwwmax0vwmaxhuuuquuBwtq编辑ppt例如：如下表例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R深度深度（m）锥头阻力锥头阻力qc（kPa）侧壁摩阻力侧壁摩阻力fs（kPa）FR（%）读数读数回零回零校正校正值值qc读数读数回零回零fs0.14000.24210.3432。1.03691.1411.2421.338编辑ppt2绘制触探参数随深度的变化曲线绘制触探参数随深度的变化曲线 包括包括qc-H，fs-H，u-H，FR-H 等等q50正常固结的粘质粉土砂=10%粉砂=70%粘粒=20%液限=38%塑性指数Ip=15%k

15、=810 cm/s30-7010深度（m）20细砂土含粉土疏松至密实粗砂土夹有细砂层10软粘土和粉土钻孔柱状图f(100kPa)s0.5摩阻力Hu010015020000HuFR摩阻比(100kPa)c锥头阻力u(100kPa)510孔隙水压力(%)42编辑ppt二、孔压消散数据的处理二、孔压消散数据的处理1.数据整理数据整理 超孔压的消散速度不仅与土类有关，还与消散时间有关超孔压的消散速度不仅与土类有关，还与消散时间有关深度（深度（m）时间时间读数读数umax（kPa）u（kPa）503202270424062258205101902016012080设探头率定系数ku=1kPa/rumax

16、=读数ku编辑ppt（3）静力触探成果分析 地基土鉴别与分层 土的原位状态与应力历史 土的强度参数 土的变形参数 土的渗透性参数编辑ppt6.静力触探 成果的工程应用 浅基础方面的应用 深基础方面的应用 地基处理质量控制 液化判定编辑ppt一、土层分类一、土层分类 绘制绘制CPT的贯入曲线（的贯入曲线（qc-H，fs-H，u-H，FR-H），根据相近的），根据相近的qc、fs、u和和FR，将触探孔分，将触探孔分层层力学分层，并计算各参数的平均值。力学分层，并计算各参数的平均值。结合钻探取样，考虑临界深度的影响进一步分结合钻探取样，考虑临界深度的影响进一步分层层工程地质分层，并定土名。工程地质分

17、层，并定土名。编辑ppt孔压静探贯入曲线特征孔压静探贯入曲线特征 土层土层qcH曲线特征曲线特征FRH曲线曲线特征特征uH曲线特征曲线特征淤泥、淤泥、淤泥淤泥质粘质粘性土性土1、qc值很低，淤泥的值很低，淤泥的qc小于小于0.5MPa，淤泥质粘性土的，淤泥质粘性土的qc小于小于1.0Mpa；2、qc-H曲线是平滑的，近似垂曲线是平滑的，近似垂线状，一般无突变现象，只线状，一般无突变现象，只有遇到贝壳才突变。有遇到贝壳才突变。对于淤泥，对于淤泥，FR值很小；值很小；对于淤泥对于淤泥质粘性土，质粘性土，FR值大于值大于2%。1、淤泥中的孔压、淤泥中的孔压u很小；很小；2、淤泥质粘性土的、淤泥质粘性

18、土的u很大，且很大，且u-H曲线明显偏离曲线明显偏离u0-H曲线曲线粘土、粘土、粉质粉质粘土粘土1、qc值较高，值较高，qc-H曲线有缓慢曲线有缓慢的波形起伏；的波形起伏；2、qc值偏离平均值在值偏离平均值在1020%3、粘性土层中如有薄砂层或结、粘性土层中如有薄砂层或结核出现，核出现，qc会出现突变现象会出现突变现象FR值一般值一般大于大于2%1、u值较高；值较高；2、u-H曲线明显高于曲线明显高于u0-H曲线。曲线。粉土粉土1、曲线起伏较大，其波峰和波、曲线起伏较大，其波峰和波谷呈圆形，变化频率较小；谷呈圆形，变化频率较小；2、qc值偏离平均值在值偏离平均值在3040%FR值一般值一般在在

19、12%之之间间1、u值较低；值较低；2、u-H曲线稍高于曲线稍高于u0-H曲线。曲线。编辑ppt孔压静探贯入曲线特征孔压静探贯入曲线特征 土层土层qc-H曲线特征曲线特征FR-H曲线特征曲线特征u-H曲线特征曲线特征砂土砂土1、qc值明显比上述地层值明显比上述地层偏大，且变化频率与偏大，且变化频率与幅度均较大；幅度均较大；2、qc-H曲线呈锯齿状，曲线呈锯齿状，波峰和波谷呈尖形。波峰和波谷呈尖形。FR值小于值小于1%1、u值一般为值一般为0；2、u-H曲线和曲线和u0-H曲线重合。曲线重合。杂填杂填土土曲线变化无规律，往往曲线变化无规律，往往出现突变现象。出现突变现象。无规律无规律无规律无规律

20、基岩基岩风化风化层层1、qc-H曲线起伏较大；曲线起伏较大；2、qc值大，明显高于一值大，明显高于一般土层中的般土层中的qc；3、qc值一般随深度增加值一般随深度增加而迅速增大。而迅速增大。软岩风化成土时，软岩风化成土时，其曲线特征类似粘其曲线特征类似粘性土中的特征；坚性土中的特征；坚硬岩石风化成碎石硬岩石风化成碎石土或砂土时，其曲土或砂土时，其曲线特征类似砂土的线特征类似砂土的特征。特征。无规律无规律编辑ppt临界深度 模型试验及实测表明，模型试验及实测表明，地表厚层均质土的贯地表厚层均质土的贯入阻力自地表向下是入阻力自地表向下是逐渐增大的。当超过逐渐增大的。当超过一定深度后，阻力才一定深度

21、后，阻力才趋近一个常数值，这趋近一个常数值，这个土层表面一定深度个土层表面一定深度就称为临界深度。就称为临界深度。临界深度在砂土中表临界深度在砂土中表现明显，在粘土中基现明显，在粘土中基本不存在。本不存在。编辑ppt孔压静探在划分土层方面精度极高u0(m)9786ud贯入阻力 （100kPa）100深度柱状图2040608045312cq1234v0孔隙水压力（100kPa）利用孔压静力利用孔压静力触探贯入曲线触探贯入曲线划分土层划分土层 孔压探头在区孔压探头在区分砂层和粘土分砂层和粘土层方面精度极层方面精度极高，能区分高，能区分1-2cm厚的砂土厚的砂土层层编辑ppt.0.35 0.00.7

22、20qBMPa1耕植土,0.0-22.08-28.0-30.03.0间隔距离m-24.0-26.048.0-12.00.70qBMPa4淤泥质粘土,427-18.0-20.010-17.2-14.0-16.0-13.66-15.85-12.82.110.01qBTqMPa砂土,Tq淤泥8430.880.37BqMPa,q淤泥质粘土67粉土5Tq0.82qTBqMPa,MPa1.31T0.02qB,-6.0-10.0-8.0-9.03-10.4-4.0-2.02Tq粉土3B1.2MPa,0.02q淤泥2MPa0.39qTBq,Tq钻孔高程(m)2.0CPTU21.0mZK121.0m102642

23、0TqwTuqMPau0.1MPa0.33-16.2u-13.8-15.60.28-12.8-8.8-9.6CPTU831.0m编辑ppt1、单桥触探法、单桥触探法根据根据Ps，Ps大的一般为砂层，大的一般为砂层，Ps 小的一般为粘小的一般为粘土层。土层。2、双桥触探法、双桥触探法在划分土类时，以在划分土类时，以qc为主，结合为主，结合fs（或（或FR），），并在同一层内的触探参数值基本相近为原则。并在同一层内的触探参数值基本相近为原则。不同的土有不同的不同的土有不同的FR，砂类土，砂类土 FR通常小于或等通常小于或等于于1，粘性土，粘性土FR常大于常大于2。二、土类划分二、土类划分编辑ppt

24、编辑ppt3、孔压触探法孔压触探法 采用孔隙水压力参数比来划分土类，常用的孔采用孔隙水压力参数比来划分土类，常用的孔压参数比用压参数比用Bq来表示，表达式如下：来表示，表达式如下：土层上覆压力；假定的静水压力；孔隙水压力在某一深度测得的最大000max00max)1()1()()(vqncctwvtqAAUqUqqhgUkPaUkPaUqUUB编辑ppt编辑ppt三、三、确定土的物理力学性质指标确定土的物理力学性质指标Ps(MPa)12346111530()2931323334363739自自70年代以来，国内不少单位对年代以来，国内不少单位对qc与与Ps的关系进行了研究，经验表的关系进行了研

25、究，经验表明，明，ps/qc值大致在值大致在1.0-1.5间，每一个换算公式都有其特定的经验性。间，每一个换算公式都有其特定的经验性。比贯入阻力：比贯入阻力：ps=qc+6.41fs1、确定砂土的内摩擦角、确定砂土的内摩擦角编辑ppt3、确定不排水抗剪强度、确定不排水抗剪强度Cu4、确定砂土的相对密实度、确定砂土的相对密实度编辑ppt5、确定土的压缩模量、确定土的压缩模量Es和变形模量和变形模量E0编辑ppt铁路工程地质原位测试规程铁路工程地质原位测试规程_压缩模量压缩模量Es编辑ppt四、四、确定地基土的承载力确定地基土的承载力 用静力触探确定地基承载力一般依据的是经验用静力触探确定地基承载

26、力一般依据的是经验公式，是建立在静力触探与载荷试验的对比关公式，是建立在静力触探与载荷试验的对比关系上；系上；确定的是地基承载力的基本值，需经过深、宽确定的是地基承载力的基本值，需经过深、宽修正；修正；地基土的成因、时代及含水量等对静力触探求地基土的成因、时代及含水量等对静力触探求地基承载力的经验公式有影响，经验公式有地地基承载力的经验公式有影响，经验公式有地区性。区性。编辑ppt黏性土编辑ppt 砂土粉土编辑ppt五、确定单桩承载力五、确定单桩承载力 静力触探机理和桩的作用机理类似，静力触探相当于沉桩静力触探机理和桩的作用机理类似，静力触探相当于沉桩的模拟试验。的模拟试验。与静力触探相比，桩的表面粗糙，直径大，沉桩对桩周土与静力触探相比，桩的表面粗糙，直径大，沉桩对桩周土的扰动大，沉降速度慢。的扰动大，沉降速度慢。应与桩载荷测试配合使用，互相验证。应与桩载荷测试配合使用，互相验证。静力触探法计算单桩极限承载力的基本公式：静力触探法计算单桩极限承载力的基本公式：饱和砂土黏性土饱和砂土黏性土450550105505102132.si.siiniisspcfdpf.f.LfUAqqqqii编辑ppt