1、1第第2章内章内 容容2.1试验设备和方法试验设备和方法2.2基本测试原理基本测试原理2.3试验成果的整理分析试验成果的整理分析2.4试验成果的应用试验成果的应用2.5小小 结结22.1 试验设备和方法试验设备和方法 静力触探测试（静力触探测试（Static Cone Penetration Test）简称静探）简称静探（CPT）。）。2.1.1 试验设备试验设备仪器一般由三部分构成，即：触探头，也即阻力传感仪器一般由三部分构成，即：触探头，也即阻力传感器；量测记录仪表；贯入系统。器；量测记录仪表；贯入系统。下图是静力触探仪的示意图。下图是静力触探仪的示意图。图图2-1是静力触探示意和得到的测
2、试曲线。是静力触探示意和得到的测试曲线。3静力触探仪示意静力触探仪示意4图图2-1 静力触探试验示意静力触探试验示意562.1.2 现场操作要点现场操作要点 按操作规程，详见参考资料。按操作规程，详见参考资料。72.2基本测试原理基本测试原理2.2.1 承载力理论承载力理论CPT的贯入类似于桩的贯入过程，故很早就有人将两者的贯入类似于桩的贯入过程，故很早就有人将两者进行比拟，提出用深基础极限承载力的相关理论来解释静力进行比拟，提出用深基础极限承载力的相关理论来解释静力触探的工作机理并由静力触探的测试结果推求深基础的极限触探的工作机理并由静力触探的测试结果推求深基础的极限承载力。承载力。基本思路
3、是假设地基为刚塑体，在极限荷载的作用下地基本思路是假设地基为刚塑体，在极限荷载的作用下地基中出现滑裂面，不同学者假定了不同的滑裂面，由此导出基中出现滑裂面，不同学者假定了不同的滑裂面，由此导出探头阻力和基础承载力之间的关系式。探头阻力和基础承载力之间的关系式。但由传统极限状态出发的理论不能解释稳定贯入的许多但由传统极限状态出发的理论不能解释稳定贯入的许多特征，计算结果依赖于对滑裂面几何特征的假设。特征，计算结果依赖于对滑裂面几何特征的假设。8深基础的破坏模式深基础的破坏模式92.2.2 孔穴扩张理论孔穴扩张理论孔穴扩张理论包括圆柱形和球形孔穴两种类型。该理论孔穴扩张理论包括圆柱形和球形孔穴两种
4、类型。该理论最初用于金属压力加工分析，随后引入土力学中，用柱状孔最初用于金属压力加工分析，随后引入土力学中，用柱状孔穴扩张解释旁压试验机理和沉桩，用球形孔穴扩张来估算深穴扩张解释旁压试验机理和沉桩，用球形孔穴扩张来估算深基础承载力和沉桩对周围土体的影响。球形孔穴在均布内压基础承载力和沉桩对周围土体的影响。球形孔穴在均布内压p作用下的扩张情况如图。当作用下的扩张情况如图。当p逐步增加时，孔周区域将由弹逐步增加时，孔周区域将由弹性状态进入塑性状态。塑性区随性状态进入塑性状态。塑性区随p值的增加而不断扩大。设值的增加而不断扩大。设孔穴初始半径为孔穴初始半径为R0，扩张后半径为，扩张后半径为Ru，塑性
5、区最大半径为，塑性区最大半径为Rp，相应的孔内压力最终值为相应的孔内压力最终值为pu，在半径，在半径Rp以外的土体仍保持弹以外的土体仍保持弹性状态。圆柱形孔穴在内压力下的扩张情况与上类似，只不性状态。圆柱形孔穴在内压力下的扩张情况与上类似，只不过一个属于球对称情况，另一个属于轴对称情况。过一个属于球对称情况，另一个属于轴对称情况。10up塑性区 C，puRuRprr弹性区 E，球形孔穴附近的塑性区域球形孔穴附近的塑性区域112.3试验成果的整理分析试验成果的整理分析1单孔触探成果的基本内容单孔触探成果的基本内容单孔触探试验的成果应包括以下几项基本内容：单孔触探试验的成果应包括以下几项基本内容：
6、（1）各触探参数随深度的分布曲线；）各触探参数随深度的分布曲线；（2）土层名称及潮湿程度（或稠度状态）；）土层名称及潮湿程度（或稠度状态）；（3）各层土的触探参数值和地基参数值；）各层土的触探参数值和地基参数值；（4）对于孔压触探，如果进行了孔压消散试验，尚应）对于孔压触探，如果进行了孔压消散试验，尚应附上孔压随时间而变化的过程曲线；必要时，可附锥尖阻附上孔压随时间而变化的过程曲线；必要时，可附锥尖阻力随时间而改变的过程曲线。力随时间而改变的过程曲线。122原始数据的修正原始数据的修正在贯入过程中，探头受摩擦而发热，探杆会倾斜和弯曲，在贯入过程中，探头受摩擦而发热，探杆会倾斜和弯曲，探头入土深
7、度很大时探杆会有一定量的压缩，仪器记录深度探头入土深度很大时探杆会有一定量的压缩，仪器记录深度的起始面与地面不重合，等等，这些因素会使测试结果产生的起始面与地面不重合，等等，这些因素会使测试结果产生偏差。因而原始数据一般应进行修正。修正的方法一般可按偏差。因而原始数据一般应进行修正。修正的方法一般可按相关规范的规定进行。主要应注意深度修正和零漂处理。相关规范的规定进行。主要应注意深度修正和零漂处理。133触探曲线的绘制触探曲线的绘制当使用自动化程度高的触探仪器时，需要的曲线可自当使用自动化程度高的触探仪器时，需要的曲线可自动绘制，只有在人工读数记录时才需要根据测得的数据绘动绘制，只有在人工读数
8、记录时才需要根据测得的数据绘制曲线。制曲线。需要绘制的触探曲线包括需要绘制的触探曲线包括psh或或qch、fsh和和Rf（=f/q100%）h曲线。曲线。142.4试验成果的应用试验成果的应用2.4.1 划分土层划分土层划分土层的根据在于探头阻力的大小与土层的软硬程度划分土层的根据在于探头阻力的大小与土层的软硬程度密切相关。由此进行的土层划分也称之为力学分层。密切相关。由此进行的土层划分也称之为力学分层。由图由图2-1，分层时要注意两种现象，其一是贯入过程中的，分层时要注意两种现象，其一是贯入过程中的临界深度效应，另一个是探头越过分层面前后所产生的超前临界深度效应，另一个是探头越过分层面前后所
9、产生的超前与滞后效应。这些效应的根源均在于土层对于探头的约束条与滞后效应。这些效应的根源均在于土层对于探头的约束条件有了变化。件有了变化。土层划分以后可按平均法计算各土层的触探参数，计算土层划分以后可按平均法计算各土层的触探参数，计算时应注意剔除异常的数据。时应注意剔除异常的数据。15162.4.2 确定土类确定土类 静力触探的几种测试方法均可用于划分土类，但就其总静力触探的几种测试方法均可用于划分土类，但就其总体而言，单桥探头测试的参数太少，精度较差，常常需要和体而言，单桥探头测试的参数太少，精度较差，常常需要和钻探及经验相结合，下面仅介绍钻探及经验相结合，下面仅介绍铁路工程地质原位测试规铁
10、路工程地质原位测试规程程TB 10041-2003中利用双桥探头测试结果进行划分的方法。中利用双桥探头测试结果进行划分的方法。该方法利用了该方法利用了qc和和Rf两个参数，其根据在于不同的土类不两个参数，其根据在于不同的土类不但具有差异较大的但具有差异较大的qc值，而且其摩阻比值，而且其摩阻比Rf对此更为敏感。例如对此更为敏感。例如大部分砂土大部分砂土Rf均小于均小于1%，而粘土通常都大于，而粘土通常都大于2%，所以使用这，所以使用这两个参数划分土类有较好的效果。两个参数划分土类有较好的效果。该法的优点是提供了边界方程，缺点是比较粗糙。该法的优点是提供了边界方程，缺点是比较粗糙。17图图2-5
11、 按双桥触探参数判别土类按双桥触探参数判别土类182.4.3 求浅基承载力求浅基承载力 用静力触探法求地基承载力的突出优点是快速、简便、用静力触探法求地基承载力的突出优点是快速、简便、有效。我国对使用静力触探法推求地基承载力已积累了相当有效。我国对使用静力触探法推求地基承载力已积累了相当丰富的经验，经验公式很多。在使用这些经验公式时应充分丰富的经验，经验公式很多。在使用这些经验公式时应充分注意其使用的条件和地域性，并在实践中不断地积累经验。注意其使用的条件和地域性，并在实践中不断地积累经验。工业与民用建筑工程地质勘察规范工业与民用建筑工程地质勘察规范（TJ21-77）中采）中采用的公式如下：用
12、的公式如下：砂土：砂土：f0=0.0197ps+0.0656 （MPa）（2-2）一般粘性土：一般粘性土：f0=0.104ps+0.0269 （MPa）（2-3）老粘土：老粘土：f0=0.1ps （MPa）（2-4）上列式中的上列式中的f0为地基承载力基本值，为地基承载力基本值，ps为单桥探头的比贯入为单桥探头的比贯入阻力。阻力。19铁路部门提出的经验公式如下：铁路部门提出的经验公式如下：对于对于Q3及以前沉积的老粘土地基，单桥探头的比贯入阻及以前沉积的老粘土地基，单桥探头的比贯入阻力力ps在在30006000kPa的范围内时采用如下公式计算地基的基本的范围内时采用如下公式计算地基的基本承载力
13、承载力 0：0=0.1ps （2-5）对于软土及一般粘土、亚粘土地基的基本承载力对于软土及一般粘土、亚粘土地基的基本承载力 0采用下采用下式计算：式计算：0=5.8ps0.5-46 （2-6）对于一般亚砂土及饱和砂土地基的基本承载力对于一般亚砂土及饱和砂土地基的基本承载力 0采用下式采用下式计算：计算：0=0.89ps0.63+14.4 （2-7）当确认该地基在施工及竣工后均不会达到饱和时，则由当确认该地基在施工及竣工后均不会达到饱和时，则由上式确定的砂土地基的上式确定的砂土地基的 0可以提高可以提高25%50%。上列各式的单位均为上列各式的单位均为kPa。202.4.4 估算单桩的竖向承载力
14、估算单桩的竖向承载力 静力触探的机理和桩的作用机理类似，静力触探试验相当静力触探的机理和桩的作用机理类似，静力触探试验相当于沉桩的模拟试验。因此，在现有的各种原位测试技术中，用于沉桩的模拟试验。因此，在现有的各种原位测试技术中，用静力触探成果计算单桩承载力是最为适宜的。静力触探成果计算单桩承载力是最为适宜的。建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范（JGJ94-94）中根据双桥探头测试）中根据双桥探头测试成果确定预制桩竖向承载力标准值的方法可供参考。成果确定预制桩竖向承载力标准值的方法可供参考。该规范规定，当根据双桥探头静力触探资料确定预制桩竖该规范规定，当根据双桥探头静力触探资料确定预制桩竖向承载力
15、标准值时，对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验向承载力标准值时，对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验时可按下式计算：时可按下式计算：Quk=u li ifsi+qcAp （2-8）使用单桥探头的方法和估算钻孔桩的承载力的方法请见参使用单桥探头的方法和估算钻孔桩的承载力的方法请见参考资料。考资料。212.4.5 其它方面的应用其它方面的应用除了在上述方面有着广泛的应用外，静力触探技术还可除了在上述方面有着广泛的应用外，静力触探技术还可用于推求土的物性参数（密度、密实度等）、力学参数（用于推求土的物性参数（密度、密实度等）、力学参数（c，E0，Es等），检验地基处理后的效果、测定滑坡的滑动面等），
16、检验地基处理后的效果、测定滑坡的滑动面以及判断地基的液化可能性等。关于这些方面的内容请见相以及判断地基的液化可能性等。关于这些方面的内容请见相关参考资料。关参考资料。223.5小结小结总起来说，静力触探方便、快捷，对土层的扰动小，测总起来说，静力触探方便、快捷，对土层的扰动小，测试连续进行，测试成本低，数据的重现性好，在岩土工程中试连续进行，测试成本低，数据的重现性好，在岩土工程中有着多方面的用途，在原位测试技术中占有举足轻重的地位。有着多方面的用途，在原位测试技术中占有举足轻重的地位。静力触探的局限性除了对于硬土层难以穿越外，主要的还在静力触探的局限性除了对于硬土层难以穿越外，主要的还在于测
17、试手段较为单一，无法控制应力路径和应变路径，测试于测试手段较为单一，无法控制应力路径和应变路径，测试时不能取样，测试时探杆的弯曲和倾斜较难控制，测试过程时不能取样，测试时探杆的弯曲和倾斜较难控制，测试过程和对测试结果的解释对经验的依赖性过强等等。和对测试结果的解释对经验的依赖性过强等等。在工程中应用静力触探技术时应注意与其它测试手段联在工程中应用静力触探技术时应注意与其它测试手段联合运用，注意对当地经验的获取和积累，测试过程要严格遵合运用，注意对当地经验的获取和积累，测试过程要严格遵守操作规程，发现异常情况要查明原因并尽早排除，对测试守操作规程，发现异常情况要查明原因并尽早排除，对测试成果的分析和解释要注意理论和经验并重。另外，检测工作成果的分析和解释要注意理论和经验并重。另外，检测工作事关建筑物的安全，测试人员一定要有高度的责任心。事关建筑物的安全，测试人员一定要有高度的责任心。
