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靜力觸探測試〔static cone penetration test〕簡稱靜探(CPT)。靜力觸探試驗是把一定規(guī)格的圓錐形探頭借助機械勻速壓人土中,并測定探頭阻力等的一種測試方法,實際上是一種準靜力觸探試驗。荷蘭人在20世紀40年代提出了靜力觸探技術(shù)和機械式靜力觸探儀。試驗是用機械裝置把帶有雙層管的圓錐形探頭壓人土中,在地面上用壓力表分別量測套筒側(cè)壁與周圍土層間的摩阻力(fs)和探頭錐尖貫入土層時所受的阻力(qc)。電測靜力觸探試驗于1964年首先在我國研制成功。原建工部綜合勘察院成功地研制了世界上第 一臺電測靜力觸探儀,即我國目前普遍應用的單橋(單用)探頭靜力觸探儀。利用電阻應變測試技術(shù),直接從探頭中量測貫入阻力,并定義為比貫入阻力。20世紀60年代后期,荷蘭開始研制類似的電測靜力觸探儀,探頭為雙橋式的。此項成果發(fā)表于1971年。從20世紀70年代開始,電測靜力觸探的發(fā)展使靜力觸探有了新的活力,發(fā)展迅猛,應用普遍。其中,發(fā)展是國際上于20世紀80年代初成功研制了可測孔隙水壓力的電測式靜力觸探,簡稱孔壓觸探.(CPTU)。它可以同時測量錐頭阻力、側(cè)壁摩擦力和孔隙水壓力,為了解土的更多的工程性質(zhì)及提高測試精度提供了極大的可能性和現(xiàn)實性。
目前在我國使用的靜力觸探儀以電測式為主。 靜力觸探具有下列明顯優(yōu)點:
(1)測試連續(xù)、快速,效率高,功能多,兼有勘探與測試的雙重作用;
(2)采用電測技術(shù)后,易于實現(xiàn)測試過程的自動化,測試成果可由計算機自動處理,大大減輕了人的工作強度。
由于以上原因,電測靜力觸探是目前應用的一種土工原位測試技術(shù),本章將重點加以敘述和討論。
靜力觸探的主要缺點是對碎石類土和密實砂土難以貫入,也不能直接觀測土層。在地質(zhì)勘探工作中,靜力觸探常和鉆探取樣聯(lián)合運用。
試驗設(shè)備
靜力觸探儀一般由三部分構(gòu)成,即:①觸探頭,也即阻力傳感器;②量測記錄儀表;③貫入系統(tǒng):包括觸探主機與反力裝置,共同負責將探頭壓人土中。目前廣泛應用的靜力觸探車集上述三部分為一整體,具有貫入深度大(貫入力一般大于100kN)、效率高和勞動強度低的優(yōu)點。但它僅適用于交通便利、地形較平坦及可開進汽車的勘測場地使用。貫入力等于或小于50kN者,一般為輕型靜力觸探儀,使用時,一般都將上述三部分分開裝運到現(xiàn)場,進行測試時再將三部分有機地聯(lián)接起來。在交通不便、勘測深度不大或土層較軟的地區(qū),輕型靜力觸探應用很廣。它具有便于搬運、測試成本較低及靈活方便之優(yōu)點。靜力觸探儀的貫入力一般為20~100kN,貫入力為200kN,因為細長的探桿受力極限不能太大,太大易彎曲或折斷。貫入力為20~30kN者,一般為手搖鏈式電測十字板-觸探兩用儀。貫入力大于50kN者,一般為液壓式主機。在參考資料中對觸探儀有較為詳盡的介紹。
(一)探頭
1.探頭的種類及規(guī)格
探頭是靜力觸探儀的關(guān)鍵部件。它包括摩擦筒和錐頭兩部分,有嚴格的規(guī)格與質(zhì)量要求。目前,國內(nèi)外使用的探頭可分為三種類型(見圖2-2和2-3)。
(1)單橋探頭:是我國所特有的一種探頭類型。它是將錐頭與外套筒連在一起,因而只能測量一個參數(shù)。這種探頭結(jié)構(gòu)簡單,造價低,堅固耐用。此種探頭曾經(jīng)對推動我國靜力觸探測試技術(shù)的發(fā)展和應用起到了積極的作用,自60年代初開始應用以來,積累了相當豐富的經(jīng)驗,已建立了關(guān)于測試成果和土的工程性質(zhì)之間眾多的經(jīng)驗關(guān)系式。由于測試成本低,被勘測單位廣泛采用。但應指出,這種探頭功能少,其規(guī)格與國際標準也不統(tǒng)一,不便于開展國際交流,其應用受到限制。
(2)雙橋探頭:它是一種將錐頭與摩擦筒分開,可同時測錐頭阻力和側(cè)壁摩擦力兩個參數(shù)的探頭。國內(nèi)外普遍采用,用途很廣。
(3)孔壓探頭:它一般是在雙用探頭基礎(chǔ)上再安裝一種可測觸探時產(chǎn)生的超孔隙水壓力裝置的探頭??讐禾筋^最少可測三種參數(shù),即錐尖阻力、側(cè)壁摩擦力及孔隙水壓力,功能多,用途廣,在國外已得到普遍應用。在我國,也會得到越來越多的應用。
此外,還有可測波速、孔斜、溫度及密度等的多功能探頭,不再一一介紹。常用探頭的規(guī)格見表2-1。
探頭的功能越多,測試成果也越多,用途也越廣;但相應的測試成本及維修費用也越高。因而,應根據(jù)測試目的和條件,選用合適的探頭。表2-1中各類型探頭的底面積不同,主要是為了適應不同的土層強度。探頭底面積越大,能承受的抗壓強度越高;另一個原因是可有更多的空間安裝附加傳感器。但在一般土層中,應優(yōu)先選用符合國際標準的探頭,即探頭頂角為60?,底面積為10cm2,側(cè)壁摩擦筒表面積為150cm2的探頭,其成果才具有較好的可比性和通用性,也便于開展技術(shù)交流。
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