岩土试验--静力触探试验--85页
静力触探
Cu=0.071qc+1.28
Qc<700kPa
同济大学
Cu=0.039qc+2.7
Qc<800kPa
铁道部
Cu=0.0308ps+4.0
Ps=100 ～ 1500kPa 新 .0696ps-2.7
Ps=300～1200饱和软 粘土
武汉静探联合组
Cu=0.1qc
Ψ=0纯粘土
Qu = α b q cb Ab + U P ∑ f si l i β f
i =1
−
n
确定地基土承载力基本值f 用ps(kPa)或qc值(kPa)确定地基土承载力基本值 o (kPa) 或 确定地基土承载力基本值
实用公式
f0
适用条件 上海硬壳层 上海淤泥质粘性土 上海灰色粘性土 上海粉土 1500≦ 一般粘性土 1500≦ps≦6000 淤泥质土、一般粘性土、 淤泥质土、一般粘性土、老粘土 300≦ 300≦ps≦6000 淤泥质土、 300≦ 淤泥质土、一般粘性土 300≦ps≦3000 老粘性土 中、粗砂 粉、细砂 3000≦ 3000≦ps≦6000 1000≦ 1000≦ps≦10000 1000≦ps≦15000 1000≦
软 土 ， 0.3≦ps<5 软 土 ， 0.3≦ps<3 老粘性土
Es
和 变 形 模 量
3≦ps<6 ps<1.6 建设部综勘院 ps>4
软土，一般粘性土 粉土
Eo
2）砂土 砂土的压缩模量E、变形模量E0和初始切线模量Ei与静力触 探的锥尖阻力qc和贯入阻力qs均有一定的关系。如我国铁道 部《静力触探技术规则》提出估算砂土Es的经验值见下表
摩阻比-深度（Rfh）关系曲线
静力触探试验
1 概述 2 试验设备 3 试验技术要求 4 成果应用
1 概述
静力触探（CPT），是用静力将探头 以以一定的速率压入土中，利用探头 内的力传感器，通过电子量测器将探 头收到的贯入阻力记录下来，可以达 到了解图层工程性质的目的。
CPT主要适合于黏性土、粉土和中等密实度以下的砂土等土质情况。由于目前尚无 法提供足够大的稳固压入反力，对于含较多碎石、砾石的土和很密实的砂土一般不 适合采用。此外总的测试深度不能超过80m。
2.3 量测记录仪器
电阻应变仪
自动记录仪
3 静力触探试验技术要求
触探头应匀速垂直压入土中，贯入速率为1.2m/min； 触探头的测力传感器连同仪器、电缆应进行定期标定，室内探头标定测力传感 器的非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度零漂、归零误差均应小于1%FS （full scale），现场试验归零误差应小于3% ，绝缘电阻不小于500MΩ 深度记录误差不应大于触探深度的±1% ; 当贯入深度大于30m，或穿过厚层软土层再贯入硬土层时，应防止孔斜或触探 杆断裂，也可配置测斜探头量测触探孔偏斜角，以修正土层界线深度。 孔压探头在贯入前，应在室内保证探头应变腔为已排除气泡的液体所充满，并 在现场保持探头应变腔的饱和状态，直至探头进入地下水位以下土层。在孔压静 探试验中不得上提探头，以免出现真空负压，破坏应变腔的饱和状态。 当进行孔压消散试验时，应量测停止贯入后不同时间的孔压值，其计时间隔应 由密而疏。试验过程中不得松动探杆。
2 试验设备
贯入装置 探头 量测系统
静力触探试验设备
静力加压装置
探 头
电 测
装
置
qsia qpa
静力触探试验
2.1 贯入设备
一、加压装置
岩土工程勘察 第七章 静力触探试验
Rf
fs qc
孔压静力触探探头
贯入装置
加压装置：液压传动式、手摇链条式及电动丝杆式； 反力系统：地锚、重力堆载（物探车）。
量测装置
土层阻力量测是通过量测变形柱的变形计算； 变形柱的变形一般是通过应变片来测量。
（4）静力触探技术要求
触探头应匀速垂直压入土中，贯入速率为1.2m/min； 触探头的测力传感器连同仪器、电缆应进行定期标 定，室内探头标定测力传感器的非线性误差、重复性 误差、滞后误差、温度零漂、归零误差均应小于1%FS （full scale），现场试验归零误差应小于3% ，绝缘电 阻不小于500MΩ 深度记录误差不应大于触探深度的±1% ;
（5）试验成果及应用
动力触探 N H 曲线
按力学性质划分土层
绘制单孔触探锤击数N与H深度的关系曲线，再 结合地质资料对土层进行分层。
注意：采用多孔资料或与钻探及其他原位测试资料 进行综合分析。分析触探曲线时，同样应考虑到曲 线上的超前或滞后现象。
确定砂土、圆砾卵石孔隙比
根据重型动力触探的试验结果可确定砂土、圆 砾、卵石的孔隙比。
（1）试验目的
定性划分不同性质的土层；查明土洞、滑动面和 软硬土层分界面；检验评估地基土加固改良效果。 定量估算地基土层的物理力学参数，如确定砂土 孔隙比、相对密度等以及土的变形和强度的有关参 数，评定天然地基土的承载力和单桩承载力。
（2）试验原理
圆锥动力触探试验中，一般以打入土中一定距 离（贯入度）所需落锤次数（锤击数）来表示探头 在土层中贯入的难易程度。
双桥探头测试结果划分土层类别
评价地基土的强度参数
A 估算饱和黏性土的不排水抗剪强度
Cu
qc 0
NK
原位总得上覆压力
静力触探试验
孔压探头
18
§2.2 静力触探试验的仪器设备
1）单桥探头 主要由外套筒、顶柱、空心柱等组成。
.
19
§2.2 静力触探试验的仪器设备
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——比贯入阻力ps 。这种探头结构简 单，造价低，坚固耐用，是我国使用最多的一 种探头。
ps值是单桥探头在贯入过程中所受到的总 的贯入阻力P与探头圆锥锥底截面积A的比值， ps = P/A。比贯入阻力反映了探头锥尖阻力和侧 壁摩擦阻力两部分的综合作用。
.
20
§2.2 静力触探试验的仪器设备
2）双桥探头 锥头与摩擦筒分开，可同时测锥尖阻力qc 和侧壁摩阻力fs两个参数的探头。
.
21
§2.2 静力触探试验的仪器设备
2.探杆
探杆是传递贯入力的媒介，为保证触探孔的垂直， 探杆一般采用高强度合金无缝钢管制造。
探杆也有一定的规格和要求，应有足够的强度， 应采用高强度无缝管材，其屈服强度不宜小于 600MPa。探杆与接头的连接要有良好的互换性。每 根探杆的长度一般为1m，其直径应和探头直径相同； 但单桥探头探杆直径应比探头直径小。
孔压静探试验中，与先前孔之间的距离正常情况下应至少为孔 直径的25倍。
3.探杆平直度的检查
前5m，弯曲度不得大于0.05%，5m以后的，孔深小于10m时，
不得大于0.2%，大于10m时，不得. 大于0.1%。
38
§2.4 试验方法和技术要求
四、触探仪的贯入
1.进行贯入试验时，若遇到密实、粗颗粒或含碎 石颗粒较多的土层，在试验前应先进行预钻孔，必要 时使用套筒防止孔壁的坍塌。在软土或松散土中，预 钻孔应该穿过硬壳层。
静力触探试验(岩土工程)
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4. 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
孔隙水压力
摩阻比
qc (100kPa)
u(100kPa)
FR (%)
50 100 150 200 10 5 0 0
2
4
疏松至密实粗砂 土夹有细砂层
10
深 度 （ m）
细砂土含粉土
正常固结的
粘质粉土
砂=10%
粉砂=70% 粘粒=20%
20
液限=38%
塑性指数
I p=15% k =8× 10 -7cm /s
• （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
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（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。
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（2）试验等级及精度要求
欧 洲 标 准
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（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。
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2.1、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。
岩土工程勘察 第七章 静力触探试验
数据采集
记录贯入阻力的大小和变化情 况，以及土壤的性质和状态等 信息。
结果整理与分析
根据采集的数据整理和分析结 果，评估土壤的工程性质，为 岩土工程设计和施工提供依据
。
02
静力触探试验设备与工具
静力触探试验设备与工具 静力触探试验设备与工具
触探头
触探头是静力触探试验的核心部件，通常由硬质合金或碳化钨制成，具有较高的 耐磨性和抗压强度。其形状和规格应根据不同的试验需求进行选择，以适应不同 的岩土层和试验目的。
总结词
准确反映土层性质
详细描述
在某高速公路建设项目中，通过静力触探试验，准确探测了各土层的物理性质， 如土壤颗粒组成、含水率、密度等，为设计提供了可靠的土层参数，确保了高 速公路的安全性和稳定性。
案例二：某城市住宅区建设的静力触探试验
总结词
指导地基处理方案
详细描述
在某城市住宅区建设中，通过静力触探试验，确定了地基的 承载力和压缩模量，为设计提供了可靠的地基参数。根据试 验结果，设计人员制定了合理的地基处理方案，确保了住宅 区的安全性和稳定性。
03
静力触探试验方法
试验前的准备
场地调查
了解场地地形、地貌、地 下水位、土层分布等基本 情况，为后续试验提供基 础数据。
设备选择
根据试验需求选择合适的 静力触探设备，包括触探 头、钻杆、钻机等。
试验计划制定
明确试验目的、试验方法、 试验步骤和数据处理方法， 确保试验过程顺利进行。
触探操作流程
钻孔
安装触探头
施加压力
数据采集
在预定位置钻孔，孔径 应满足触探头插入要求。
将触探头安装在钻杆上， 确保触探头与钻杆连接
岩土工程勘察实验报告
.《岩土工程勘察》实验报告目录试验一 (1)实验二 (5)试验三 (14)试验四 (21)试验一一、试验目的：确定地基的承载力和变性特性二、实验原理：在拟建建筑场地上将一定尺寸和几何形状的刚性板，安放在被测得地基持力层上，逐级增加荷载，并测得每一级荷载下的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到荷载（p）-沉降（s）曲线。
三、使用仪器、材料：1．承压板2．加荷装置3．量测装置四、试验步骤：（1）正式加荷前，将试验面打扫干净以观测地面变形，将百分表的指针调至接近于最大读数位置；（2）按规定逐级加荷和记录百分表读数，达到沉降稳定标准后再施加下一级荷载，一般在加荷五级或已能定出比例界限点后，注意观测地基土产生塑性变形使压板周围地面出现裂纹和土体侧向挤出的情况，记录并描绘地面裂纹形状（放射状或环状、长短粗细）及出现时间。
（3）试验过程的各级荷载要始终确保稳压，百分表行程接近零值时应在加下一级荷载前调整，并随时注意平台上翘、锚桩拔起、撑板上爬、撑杆倾斜、坑壁变形等不安全因素，及时采取处置措施，必要时可终止试验。
快速法加载：特点是加荷速率快、试验周期短，一般情况下试验过程仅数小时至十多个小时，但其测试成果和适用条件与常规方法略有差异。
快速载荷试验仍是逐级加荷，但前后两级加荷的间隔时间是固定的，一般为10～30min，有规定为60min的。
五、试验过程原始记录根据以下3 试验点在各级荷载作用下的沉降观察数据，试绘出3个点的P-S 曲线，并确定该场地的地基承载力特征值fak表1-1沉降观察数据表1）根据以上数据绘制3个试验点P-S曲线图（如图1-1、1-2、1-3）图1-11#试验点荷载-位移（p-s）曲线图图1-2 2#实验点荷载-位移（p-s）曲线图图1-3 3#实验点荷载-位移（p-s）曲线图OA段为弹性阶段，曲线特征为近似线性，基本上反映了地基土的弹性性质，A点为比例界限，对应的荷载称为临塑荷载；AB段为塑性发展阶段，曲线特征为曲率加大，表明地基土由弹性过渡到弹塑性，并逐步进入破坏；BC段为破坏阶段，曲线特征为产生陡降段，C点对应的荷载称为破坏荷载，在该级荷载作用下压板的沉降通常不能稳定或总体位移太大，C点荷载的前一级荷载（不一定是B点）称为极限荷载。
静力触探试验报告
成员：说明：1、土体来自测试点的原状土。
P。
2、实验所测参数：比贯入阻力S3、时间：2014.12.17静力触探试验一、静力触探现场试验要点(一)试验前的准备工作1.设置反力装置(利用钢砂重量)。
2.安装好加压和量测设备，并用水准尺将底板调平。
3.检查仪表是否正常。
4.检查探头外套筒及锥头的活动情况，并接通仪器，利用电阻挡调节度盘指针，如调节比较灵活，说明探头正常。
(二)试验步骤和方法⑴室内标定探头传感器的非线性、重复性、滞后误差和温度漂移误差，室内归零误差范围± (0.5%~1%) ，现场应＜3%，绝缘电阻≥50M⑵将电缆按探杆连接顺序一次穿过所有的探杆，安装触探机和反力系统，使探杆、压力尽可能垂直，并在贯入过程中随时调整垂直度。
⑶探头入土后应停留片刻，待探头温度与土的温度一致后，提升探头（使探头不受力），调整零读数。
⑷将探头匀速（1.2 m/min）垂直地压入土层中，每隔10cm记录q。
s需测定土层的固结系数时，停止贯入，测记孔压的消散过程。
⑸终孔后将探头提至地表，记录应归零。
若误差较大，应检查原因。
⑹试验时，深度记录误差一般为± 0.1%。
当孔斜超过15°，应停止贯入。
二、试验成果整理（一)单孔资料的整理1.初读数的处理初读数是指探头在不受土层阻力的条件下，传感器的初始应变的读数。
影响初读数的因素很多，最主要的是温度。
因为现场工作过程的地温与气温同探头标定时的温度不一样。
消除初读数影响的办法，可采用每隔一定深度将探头提升一次，在其不受力的情况下将应变仪调零一次，或测定一次初读数。
后者在进行应变量计算时，按下式消除初读数的影响01εεε-=式中：ε——应变量，εu ；1ε——探头压入时的读数εu ； 0ε——初读数εu 。
(六) 1.上下层贯入阻力相差不大时，取超前深度和滞后深度的中点，或中点偏向小阻值土层5～10cm处作为分层界面。
2.上下层贯入阻力相差1倍以上时，当由软层进入硬层或由硬层进入软层时，取软层最后一个(或第一个)贯入阻力小值偏向硬层10cm处作为分层界面。
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4. 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。
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
阻片；9-防水盘根；10-顶柱 ø-探头锥直径；L-有效侧壁长度；a-探
头锥角
双桥探头
孔压静力触探探头
• 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。
2、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。
300
孔压
60
35.7
10
133.7
150
国际标准
60
43.7
15
179
200
记录仪器
• 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：
• ①电阻应变仪； • ②自动记录绘图仪； • ③数字式测力仪； • ④数据采集仪（微机控制）
3、标定系统
• 率定的目的是求出测量仪表的读数 与荷载之间的关系——率定系数k
第4章 静力触探试验
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 • 8. 下节课：第5章 十字板剪切试验
1. 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。
• 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。
（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
60
锥头 直径/mm
35.7
底面积 /cm2
摩擦筒
长度/mm
表面积 /cm2
10
57
标准
单桥
I-2
60
43.7
15
70
我国独有
I-3
60
50.4
20
81
II-0
60
双桥
II-1
60
II-2
60
35.7
10
133.7
150
35.7
10
179
200
国际标准
43.7
15
219
• 测力传感器的率定 • 孔压传感器的饱和与率定
3. 静力触探试验原理
• （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
（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 的受力伸长有关。
• 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。
• 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。
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。
2. 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
2.1、贯入设备
• （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。
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
• 适用于：软土、粘性土、 粉土、（饱和）砂土和 含少量碎石的土。
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。