基于孔压静力触探(CPTU)的污染场地土层渗透系数测试方法
土木工程中的渗透系数测定方法
土木工程中的渗透系数测定方法土木工程中的渗透系数测定方法是评估土壤和岩石渗透性的重要手段。
它对于土木工程项目的设计和施工具有重要意义。
准确测定渗透系数可以帮助工程师评估土壤或岩石的渗透性能，以选择合适的建筑材料和采取适当的工程措施，确保工程的稳定和安全性。
一、定负压渗透试验法定负压渗透试验法是一种常用的渗透系数测定方法。
它通过建立负压梯度，测量土壤或岩石中的水渗透速率。
在实验中，首先需要将试验材料制成柱状或土壤墙样品，并保持边界的密封。
接着，在样品上施加一定的负压，测量水渗透过程中的流量并记录时间。
通过对流量和时间的关系进行分析，可以计算出渗透系数。
定负压渗透试验法的优点是操作简单、可控性强，适用于不同类型的土壤和岩石。
二、土柱法土柱法是另一种常用的渗透系数测定方法。
它通过制备土柱样品，浸水并测量土壤中的水渗透速率。
在实验过程中，首先需要选择一定的土壤样品，并保持其湿润，以避免水分蒸发。
接着，在柱状样品的底部设置渗流出口，并将其放置在一个恒定水位的水槽中。
然后观察进水与出水之间的水位差，测量出水的流量和时间。
通过对流量、时间和水位差的关系进行分析，可以计算出土壤的渗透系数。
土柱法适用于渗透系数较小的细颗粒土壤。
三、试井法试井法是一种间接测定渗透系数的方法。
它通过在井孔中进行渗流试验，测量水位变化来推断土壤或岩石的渗透系数。
在试井法中，首先需要选择一个合适的井孔，并在井孔内设置流量计和水位计等仪器。
接着，注入一定数量的水，并观察水位的变化。
通过对水位和时间的变化进行分析，可以间接计算出渗透系数。
试井法适用于渗透系数较大的岩石和土壤。
四、强夯法强夯法是一种特殊的渗透系数测定方法。
它通过制造冲击波，使水分浸透到土壤中，从而估算出土壤的渗透系数。
在强夯法中，首先需要使用特殊的设备进行夯击，使土壤中的颗粒重新排列。
接着，注入一定数量的水分，并观察水分在土壤中的渗透情况。
通过对夯击和渗透过程的观察和分析，可以估算出土壤的渗透系数。
基于CPTU测试的理论与数值模拟对比分析
Y A N J I U Y U T A N S U O 韦晓东，等：基于CPTU 测试的理论与数值模拟对比分析《工程与建设》 2018年第32卷第3期283收稿日期：2018‐05‐21；修改日期：2018‐06‐04作者简介：韦晓东（1990－），男，安徽肥东人，硕士，肥东县重点工程建设管理局.基于C P T U 测试的理论与数值模拟对比分析韦晓东1， 张 宇2， 刘云波3， 上官子恒4（1.肥东县重点工程建设管理局，安徽肥东 231600；2.中设设计集团股份有限公司，江苏南京 210014；3.浙江省杭州市文晖路183号，浙江杭州 310014；4.河海大学土木与交通学院，江苏南京 210098）摘 要：以连云港徐圩镇以南、烧香河以东、驳盐河以北、二圩西以西进行的CPT U 试验为工程背景，得出相关的实验数据，建立二维有限元对称模型，并结合国内外相关学者的研究成果，对比分析了水平渗透系数和固结系数的实测值、计算值和模拟值。
同时对贯入深度为80mm 时的土体应力进行了分析。
结果表明：距探头中心距离大于10r 0时，土体的应力开始不受探头贯入扰动，整个分析区域应力的最大值出现在孔压静力触探探头的锥尖处。
同时从整体来看渗透系数和固结系数的模拟值与实测值整体上比较接近且都大于计算值，但是其模拟值、实测值和计算值有相似的变化规律，这说明了数值模拟的合理性。
关键词：数值模拟；CP T U ；渗透系数；固结系数中图分类号：［T U 195＋.3］ 文献标识码：A 文章编号：1673‐5781（2018）03‐0283‐030 引 言近年来随着中国经济建设迅速发展，城市化进程加快，出现了大规模基础设施建设。
在进行基础建设设计时，尤其是岩土、地质工程，需要大量的参数作为基础。
岩土工程参数取值的不确定性、复杂性会造成基础设施材料的浪费甚至出现安全隐患，因此岩土工程参数的取值至关重要，有必要对其进行研究。
目前岩土工程参数的测试方法分为室内试验室测试和原位测试。
静力触探试验(原理和应用)
静力触探试验静力触探测试〔static cone penetration test〕简称静探（CPT）。
静力触探试验是把一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压人土中，并测定探头阻力等的一种测试方法，实际上是一种准静力触探试验。
荷兰人在20世纪40年代提出了静力触探技术和机械式静力触探仪。
试验是用机械装置把带有双层管的圆锥形探头压人土中，在地面上用压力表分别量测套筒侧壁与周围土层间的摩阻力（f s）和探头锥尖贯入土层时所受的阻力（q c）。
电测静力触探试验于1964年首先在我国研制成功。
原建工部综合勘察院成功地研制了世界上第一台电测静力触探仪，即我国目前普遍应用的单桥（单用）探头静力触探仪。
利用电阻应变测试技术，直接从探头中量测贯入阻力，并定义为比贯入阻力。
20世纪60年代后期，荷兰开始研制类似的电测静力触探仪，探头为双桥式的。
此项成果发表于1971年。
从20世纪70年代开始，电测静力触探的发展使静力触探有了新的活力，发展迅猛，应用普遍。
其中，最重要的发展是国际上于20世纪80年代初成功研制了可测孔隙水压力的电测式静力触探，简称孔压触探.（CPTU）。
它可以同时测量锥头阻力、侧壁摩擦力和孔隙水压力，为了解土的更多的工程性质及提高测试精度提供了极大的可能性和现实性。
目前在我国使用的静力触探仪以电测式为主。
静力触探具有下列明显优点：（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。
由于以上原因，电测静力触探是目前应用最广的一种土工原位测试技术，本章将重点加以叙述和讨论。
静力触探的主要缺点是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。
图2-1是静力触探示意和得到的测试曲线。
从测试曲线和地层分布的对比可以看出，触探阻力的大小与地层的力学性质有密切的相关关系。
例析基于CPTU技术海上井位的地质分层
例析基于CPTU技术海上井位的地质分层孔隙水压力静力触探（英文简称CPTU）是一种具有速度、数据连续、再现性好、操作省力等优点的新型原位测试技术。
孔隙水压力静力触探技术是把测孔隙水压力的传感元件与标准的静力触探组合在一起，在测定锥尖阻力qc和侧壁摩擦阻力fs的同时，量测土的孔隙水压力u；当停止贯入时，还可量测超孔隙水压力△u的消散，直至超孔隙水压力全部消散完，达到稳定的静止孔隙水压力u0。
目前，孔隙水压力静力触探（CPTU）在地质勘察中已得到广泛应用。
随着海上资源勘探开发日益发展，海上需要越来越多的基础建设。
海上钻井船的插桩和钻进平台建设及管道的铺设都必须依靠浅层的地质条件才可以进行作业。
传统的海上地质勘察的方法是钻孔取样，通过现场和土工实验室试验，为海上工程提供设计参数。
传统的取样和实验室分析方法不仅对土样的扰动大，使得实验室测试结果常出现较大误差，同时成本费用比较高，操作比较麻烦，耗费勘察周期长，地质参数的精确性很难做到。
孔隙水压力静力触探在海上地质勘察中可以弥补钻孔取样的不足，不需要取样，而且周期短。
目前国家的发展战略是向深海进军，水深的增加会加大取样难度，甚至取不到土样。
本文就针对海上某井位隙水压力静力触探（CPTU）资料作了划分土层的分析和总结，为以后海上CPTU技术应用提供借鉴和参考。
1 孔隙水压力静力触探（CPTU）的理论基础把探头借助机械力量压入土中时，终端记录锥尖阻力qc和侧壁摩擦阻力fs，以及土的孔隙水压力u随深度的变化曲线，具有具有快速、可靠、经济和连续的优点。
由于不同的土质，反映到qc-h，fs-h，u-h曲线上，会呈现出成层的分布规律，利用这个规律可以对海底地质进行分层。
文献[4]对目前基于CPTU的土质分类经验图表进行了很好的总结。
在正常贯入速率下（2cm/s）测得的u-h曲线上，能够反映出2cm薄层的变化。
因此，利用孔隙水压力随深度变化曲线判别土层能够提高判别的准确性和精度。
3_静力触探
轻便加压装置——液压动力、地锚式反力
履带式车载加压装置——液压动力、压重式反力
车载加压装置——液压动力、压重地锚联合式反力
静力触探 CPT——试验方法
试验准备 孔压探头饱和 触探机定位 探头贯入 孔压消散试验 试验终止
静力触探 CPT——试验方法
影响静力触探试验的因素
静力触探 CPT
测试原理
– 物理原理
探头压入时受到的阻力大小与土层的软硬程度成比例。 探头压入时，土层孔隙水渗入探头形成水压力。
– 传感原理
阻力测量：阻力转化为电阻片的变形，形成电信号。 孔压测量：孔压转化为电阻膜片的变形，形成电信号。
静力触探 CPT——仪器设备
量测系统
– 探头、探杆规格
探头贯入引起土超孔隙水压力，影响贯入阻力测量值。
– 贯入速率
温度变化导致传感器电阻应变片变形，产生数据“零飘”。
– 孔压探头饱和
探头倾斜导致贯入阻力测量失真 探杆弯曲倾斜一是导致贯入深度测量不准；二是不能有效地将
贯入力传导给探头
静力触探 CPT——试验方法
影响静力触探试验的因素
– 探杆
刚性传力杆，采用高强度无缝钢管做成。
– 反力装置
为探头的贯入提供反力：地锚、压重、地锚压重联合
CLD-4型 静力触探仪
主要技术参数：
贯入力：2吨 贯入速度：0.8～1.2m/mim 探杆长度：0.5m／支 整机重量：100kg。
江苏省如皋大地仪器有限公司
贯入油缸
轻便加压装置——液压动力、地锚式反力
静力触探 CPT——成果分析
绘制触探曲线、地层分层
ps
超前
A
滞后
土木工程中常用的渗透性测试方法探讨
土木工程中常用的渗透性测试方法探讨渗透试验是通过对土壤或混凝土样本施加水压，观察渗透情况来评估其渗透性能的一种方法。
试验过程中，将水从一侧施加压力，通过土壤或混凝土中的孔隙进行渗透。
渗透试验可以用来测定土壤或混凝土的渗透系数、渗透压力、渗透速率等参数。
渗透试验的常用方法有：
1.常规渗透试验：将水平压力施加在孔隙水中，通过观察水渗透孔板上的水位变化或渗透压力的上升来评估渗透性能。
2.改进渗透试验：在常规渗透试验的基础上，通过增加试验时间、提高压力、增加观测点等方法，来提高试验结果的准确性和可靠性。
渗透测定是通过测量土壤或混凝土的渗透性能参数，如渗透系数、渗透速率等，来评估其渗透性能的方法。
渗透测定可以使用现场测试或实验室测试进行。
渗透测定的常用方法有：
1.斯托克斯法：通过测量孔隙介质中水的渗透速率来计算土壤或混凝土的渗透系数。
该方法适用于孔隙介质为颗粒状或多孔性结构的土壤或混凝土。
2.触点电阻法：通过测量孔隙介质中水的电阻变化来评估土壤或混凝土的渗透性能。
该方法适用于含水量较低的土壤或混凝土。
3.核磁共振法：通过测量孔隙介质中水的核磁共振信号来评估土壤或混凝土的渗透性能。
该方法适用于含水量较高的土壤或混凝土。
需要注意的是，不同的渗透性测试方法适用于不同类型的土壤或混凝土，具体选择何种方法应根据实际情况综合考虑。
同时，为了得到准确可靠的测试结果，还应注意采样及试样制备的规范、试验环境的控制等方面的要求。
4.3__静力触探试验
4.3__静力触探试验4.3 静力触探试验§4.3.1 概述静力触探试验（Static Cone Penetration, CPT）是把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。
静力触探首先在荷兰研制成功，因此静力触探也叫“荷兰锥”试验。
按测量机理分：机械式静力触探和电测式静力触探。
按探头功能分：单用（桥）静力触探、双用（桥）静力触探、多用（孔压）静力触探。
电测式静力触探的优点：①兼有勘探和测试双重作用②测试数据精度高，再现性好，且测试快速、连续、效率高、功能多③采用电子技术，便于实现过程自动化根据静力触探，包括孔压静力触探试验结果，结合地区经验，可以用于以下目的：1）土类定名，并划分土层的界面；2）评定地基土的物理、力学、渗透性质的相关参数；3）确定地基承载力；4）确定单桩极限承载力；静力触探试验适应于软土、一般粘性土、粉土、砂土和含有少量碎石的土。
与传统的钻探方法相比，静力触探试验具有速度快、劳动强度低、清洁、经济等优点，而且可以连续获得地层的强度和其他方面的信息，不受取样扰动等人为因素的影响。
静力触探试验中不能对土进行直接的观察、鉴别，而且不适用于含较多碎石、砾石的土层和很密实的砂层。
§4.3.2 静力触探试验的仪器设备一、贯入系统1.贯入装置1）液压式静力触探机(贯入力一般为10-20t)3）电动机械式静力触探机(4-5t)。
2.探杆探杆是将机械力传递给探头以使探头贯入的装置，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。
探杆有严格的规格和要求，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。
3.反力装置地锚、重物（车辆）或地锚与重物（车辆）联合使用，作用是固定触探主机，提供探头在贯入过程中所需之反力。
土 渗透系数试验
土渗透系数试验
土的渗透系数试验是用于测定土的渗透能力的一种试验，其结果对于渗流计算等工程应用具有重要意义。
该试验可分为室内渗透试验和现场渗透试验两大类。
室内渗透试验主要使用常水头法和变水头法两种方法进行测定。
常水头法是在整个试验过程中保持水头不变，通过测量一定时间内通过试样的水量来计算渗透系数。
而变水头法则是通过改变水头高度，测量对应的水流速度来计算渗透系数。
现场渗透试验则是在实际工程现场进行的试验，主要包括注水试验、抽水试验和压水试验等方法。
这些方法通过在实际土壤中注入或抽取水，观测水位变化和水流速度等数据，进而计算出土的渗透系数。
需要注意的是，在进行土的渗透系数试验时，需要遵循一定的试验规范和操作要求，以保证试验结果的准确性和可靠性。
同时，由于土的渗透系数受到多种因素的影响，如土壤类型、密度、含水量等，因此在进行试验时需要充分考虑这些因素对结果的影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
附录F基于孔压静力触探(CPTU)的场地土层渗透系数测试方法
F.0准备工作
F.0.1孔压静力触探测试前的情况调查、资料收集应包括下列内容：
1工程类型、测试孔位分布和孔深要求；
2测试作业区地形、交通和供电情况；
3场地地层概况及勘探资料；
4作业区及附近地下管线、人防工程等情况；
5作业区范围内高压电线、强磁场源等。
F.0.2测试用电缆应按探杆顺序一次穿杆连接，电缆长度应满足测试要求。
F.0.3孔压过滤环应采用室内真空抽吸法进行饱和，抽真空时间不得少于24h。
F.0.4测试作业前，应检査使用的探头是否符合使用要求规定，并核对探头标定记录，调零试压。
F.0.5探头在贯入前，应采用注射器对孔压传感器的应变腔注入脱气液体（硅油或甘油）进行饱和。
F.0.6探头、电缆、数据采集仪和深度编码器的接插与调试，应符合孔压静力触探仪的使用规定。
F.0.7孔压静力触探主机的安放位置应场地平整。
主机就位后，应调平机座并使用水平尺校准，使之与反力装置衔接、锁定；当孔压静力触探主机不能按指定孔位安装时，应记录移动后的孔位和地面高程。
F.1现场测试
F.1.1现场测试应同时测试锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力及贯入深度。
F.1.2在贯入过程中应采取有效措施保证匀速贯入和探杆的垂直度要求。
F.1.3贯入操作过程必须匀速，速率应为（1.2±0.3）m/min，应有保证匀速贯入的控制装置。
F.1.4在正常贯入过程中不应提拔探杆。
F.1.5孔压消散试验，应符合下列规定：
1孔压消散试验前，宜查明地下水位情况；
2当贯入到预定深度时，应从探头停止贯入之时起记录不同时刻的孔压值。
在测试过程中，不得松动、碰撞及对探杆施加外力。
3孔压消散试验数据的记录时间间隔应符合表F.1.5的规定。
表F.1.5孔压消散试验数据记录时间间隔
4当测试场地地下水位未知时，至少应有一个触探孔做到孔压消散达到稳定值为止。
F.1.6当孔压静力触探孔位附近已有其他勘探孔时，应将触探孔布置在距原勘探孔1.1m 以外的范围。
当需与其他勘探孔结果进行对比试验时，两孔间距不宜大于2m，并应先进行孔压静力触探，然后进行其他勘探。
F.1.7软黏土中孔压静力触探测试应做孔压消散试验。
孔压消散试验的持续时间不应少于超静孔隙水压力消散达到50%的时间。
F.1.8孔压静力触探现场测试遇下列情况之一时，应停止贯入：
1孔压静力触探主机负荷达到其额定荷载的120%；
2贯入时探杆出现明显弯曲；
3贯入时探杆出现明显的倾斜，或者探头偏离铅垂线的角度达到10°；
4反力装置失效；
5探头负荷达到额定荷载；
6记录仪器显示异常。
F.1.9贯入结束起拔探杆、取回探头，应符合下列规定：
1探头拔出后，探头的侧壁摩擦筒应能进行360°旋转；
2探头拔出地面后，应对探头进行清理；
3探头应避免阳光直射，读取基线读数，并将此次基线读数与初始基线读数进行对比。
4孔压静力触探测试完成后应封孔。
F.1.10孔压静力触探测试移位时，探头的应变腔必须重新进行饱和，并应更换经饱和的孔压过滤环。
F.2数据采集
F.2.1测试数据的采集应采用自动数据采集仪。
当采用多功能探头时，数据采集仪应具有相应测试数据采集功能。
F.2.2测试数据采集前，数据采集仪应先调零。
F.2.3测试数据采集内容应包括下列内容：
1贯入深度；
2锥尖阻力；
3侧壁摩阻力；
4 孔隙水压力；
5 孔压消散测试等。
F.2.4 测试数据保存格式宜与数据后处理软件相匹配。
F.3 成果应用
F.3.1 黏性土水平向固结系数可根据孔压消散试验结果，并按下式计算：
50
r
2*h t I r t c ⋅⋅=
（F.3.1）
式中 c h —— 水平向固结系数（cm 2/s ）；
r —— 探头半径，取值17.85mm ；
I r —— 刚度指数，u
r 1000
S G I =； G 0 —— 小应变动剪切模量（MPa ）； S u —— 不排水抗剪强度（kPa ）；
t 50 —— 超孔压消散达50%时对应的时间（s ）； t *—— 相应于t 50的时间因数，取值0.245。
F.3.2 黏性土水平向渗透系数可根据孔压消散试验结果，并按下式计算：
()
25
.150h 251-=t k （F.3.2）
式中 k h ——水平向渗透系数（cm/s ）；
t 50 ——超孔压消散达50%时对应的时间（s ）。