第3章静力触探试验课件.ppt

1、岩土测试技术岩土测试技术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。（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）地基承载力（5）单桩竖向承载力等。优点：（1）测试连续、快速

2、、劳动强度低、清洁、经济（2）采用电测技术后，易于实现测试过程的自动化缺点：（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（3）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。原位实验原位实验原位实验原位实验APpsP包括锥尖阻力和侧壁摩阻力在内的总贯入阻力；A锥底截面积探 头 种 类型 号锥头摩 擦 筒标 准顶角/直径/mm底面积/cm2长度/mm表面积/cm2I-16035.71057单桥I-26043.71570我国独有I-36050.42081II-06035.710133.7150国际标准双桥II-16035.710179200II-26043.7

3、15219300孔压6035.710133.7150国际标准6043.715179200（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 静探探头大部分都采用电阻应变式测试技术，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。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，

4、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。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 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。试验前准备孔压探头的饱和处理触探机的位置和高度触探仪的贯入试验的终止孔压消散试验（1）静力触探试验成果的影响因素（2）静力触探资料整理

5、（3）静力触探成果分析临界深度探头的几何形状和贯入速率温度的影响孔隙水压力探孔的偏斜孔压传感器的位置与尺寸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。探头探头贯入速率贯入速率温度影响温度影响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1、原始数据的修正、原始数据的修正贯入深度修正：记录深度与实际深度有出入

6、时，将深度误差沿深度进行线性修正回零修正：按归零检查的深度间隔按线性内插法对测试值修正锥尖阻力修正：为修正面积比，一般取0.840侧壁摩擦力修正：)1()1(qncctAAuquqqsstsbstAAuAuff32xkyuuffsqqcxkuXKfXKq孔隙水压力：侧壁摩阻力：锥尖阻力：%100%100csRqfF锥尖阻力侧壁摩阻力摩阻比摩阻比FR：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值校正值qc读数读数回零回零fs0.14000.24210.3432。1.03691.1411.2421.338例如：如下表例如：如下表Kq

7、=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值校正值qc读数读数回零回零fs0.14004020.00.24214120.50.34324120.51.03692713.51.1411.2421.338例如：如下表例如：如下表Kq=0.5kPa/R；Kf=0.02kPa/R深度深度（m）孔压孔压u（kPa）备注备注读数读数umaxuwuu0.1000地下地下水位水位埋深埋深0.2m0.20000.3551440.4343420.5202030.6282840.7323250.838386

8、0.9414171.0363681.1454591.2424210例如：如下表例如：如下表Ku=1.0kPa/R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=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静力触探成果曲线及其相应土层划分 1.1.数据整理数据整理超孔压的消散速度不仅与土类有关，还

9、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设探头标定系数ku=1kPa/rumax=读数ku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）50320320227027042402406225225820520510190190201601601208080设探头标定系数ku=1kPa/rumax=读数ku数据整理数据

10、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）50320320227027042402406225225820520510190190201601601208080设地下水位埋深设地下水位埋深1.0m测试点静止水压力测试点静止水压力40kPa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）5032032028022702702304240240200622

11、522518582052051651019019015020160160120120808040设地下水位埋深1.0m测试点静止水压力40kPa孔压消散曲线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 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。工程地质分层，并定土名。土层土层qcH曲线特征曲线特征FRH曲线

12、特征曲线特征uH曲线特征曲线特征淤泥、淤泥、淤泥淤泥质粘性质粘性土土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；对于值很小；对于淤泥质粘性土淤泥质粘性土，FR值大于值大于2%。1、淤泥中的孔压、淤泥中的孔压u很很小；小；2、淤泥质粘性土的、淤泥质粘性土的u很大，且很大，且u-H曲线明曲线明显偏离显偏离u0-H曲线曲线粘土、粘土、粉质粘粉质粘土土1、qc值较

13、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值一般大于值一般大于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值一般在值一般在12%之间之间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。土层土层qc-H曲线特

14、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值明显比上述地层偏值明显比上述地层偏大，且变化频率与幅度大，且变化频率与幅度均较大；均较大；2、qc-H曲线呈锯齿状，波曲线呈锯齿状，波峰和波谷呈尖形。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曲曲线重合。线重合。杂填土杂填土曲线变化无规律，往往出曲线变化无规律，往往出现突变现象。现突变现象。无规律无规律无规律无规律基岩风基岩风化层化层1、qc-H曲线起伏较大；曲线起伏较大；2、qc值大，明显高于一般值大，明显高于一般土层中的土层中的qc；3、qc值一般随深度增加而值一般随

15、深度增加而迅速增大。迅速增大。软岩风化成土时，其软岩风化成土时，其曲线特征类似粘性土曲线特征类似粘性土中的特征；坚硬岩石中的特征；坚硬岩石风化成碎石土或砂土风化成碎石土或砂土时，其曲线特征类似时，其曲线特征类似砂土的特征。砂土的特征。无规律无规律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u0(m)9786ud贯入阻力 （100kPa）100深度柱状图2040608045312cq1234v0孔隙水压力（100kPa）图4-6 利用孔压静探曲线划分土层.

16、0.35 0.00.720qBMPa1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)2.0CPTU21.0mZK1

17、21.0m1026420TqwTuqMPau0.1MPa0.33-16.2u-13.8-15.60.28-12.8-8.8-9.6CPTU831.0m钻孔及静力触探孔联合剖面图（广州番禺）1、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

18、于常大于2。采用孔隙水压力参数比来划分土类，常用的采用孔隙水压力参数比来划分土类，常用的孔孔压参数比压参数比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()()(vqncctwvtqAAUqUqqhgUkPaUkPaUqUUB1、确定砂土的内摩擦角、确定砂土的内摩擦角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究，经验表明，明，ps/qc值大致在值大致在1.0-1.5间，

19、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+6.41fs3、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5、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铁路工程地质原位测试规程铁路工程地质原位测试规程_变形模量变形模量E06、判别黏性土的塑性状态、判别黏性土的塑性状态用静力触探确定地基承载力一般依据的是用静力触探确定地基承载力一般依据的是经验经验公式公式，是建立在，是建立在静力触探与载荷试验静力触探与载

20、荷试验的对比关的对比关系上；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。黏性土砂土粉土铁路工程地质原位测试规程_基本承载力铁路工程地质原位测试规程_极限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

21、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在做静力触探试验过程中，探头连着电缆存在很多隐患，不但在处理探杆时耗费时间，而且电缆和连接头容易意外损坏。无缆静力触探系统取代传统的有缆静力触探系统，它使得静力触探试验变得更加方便、安全、高效。而且，使得试验过程中自动加接探杆成为可能。声学技术应用于静力触探试验是目前应用最

22、为广泛的一种无缆静力触探解决方案，其传输距离取决于探杆和土层条件，可以达到20200m。声学技术所解决的是，不用信号电缆而将测试数据从探头发送到地面，它通过一个微处理器将测量数据转换成音频信号，通过探杆传送到安装在地面的检波器。光学传感器安装在探杆顶部，照相机安装在触探设备顶部。测试数据通过光学传感器传输给照相机。光学传感器在连接探杆时被安置于探杆顶部。数据采集仪将照相机传输来的数据进行即时数据储存和实时显示，而测试命令通过光学传送器从数据采集仪发送给电子锥。如果是人工加接探杆，数据传输可以中断10s钟而不会丢失数据。无线电波技术的应用，仍然是解决静力触探试验的测试数据无电缆传输的一种解决方案

23、。无线电波在空心探杆内进行传播，从而将探头测试数据传输到地面。与声学无缆静力触探技术相比，应用无线电波无缆静力触探技术，其数据传输量将提高一千倍！这不但可以提高测试采样率和测试分辨率，而且它能实现地震探头SCPT测试数据的无缆传输，或者将探头内置照相机在贯入过程中拍摄的穿透地层的照片实时传输到地面。传统静力触探需要一套活塞将探头压入土层中。然而当活塞每次结束向下行程后向上返回时测试即被中断，一直要等到活塞回复到顶部位置再次向下贯入，这个过程中，整米间隔处的细粒土薄层的数据会因消散效应或者摩阻力的累积而丢失或者受到影响。而解决这一问题的办法，人们想到了连续贯入！要实现连续贯入需要解决的三个技术前提是：无电缆数据传输技术、加接探杆过程中贯入过程不间断、探杆实现自动加接。1970年又研发成功了遥控静力海床触探技术和装备，目前已能在水深3000米的海面上进行CPT工作。为了更好地利用CPT技术，在触探头上部0.5米处的探杆内安装了无线电摄像头，在触探进行的同时，无线摄像头拍下的照片能定性地反映地层的粒度以及被污染的情况，主要是指汽油、沥青对土壤的污染。Multi-Tipped Cone Penetrometerqc2 qc1 qc3New Idea fromIn-Situ 2001国际提倡原位试验