圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的基本原理與試驗(yàn)方法

1、錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的基本原理與試驗(yàn)方法摘要：本文從圓錐動(dòng)力觸探的原理、應(yīng)用入手，以工程實(shí)例分析動(dòng)力觸探數(shù)值常常偏大的原因及處理辦法， 實(shí)現(xiàn)動(dòng)力觸探成果與地基土力學(xué)參數(shù)之間合理的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以推進(jìn)對(duì)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)在巖土工程勘察中 更好、更準(zhǔn)確地應(yīng)用。關(guān)鍵詞：勘查技術(shù)；圓錐動(dòng)力觸探；試驗(yàn)研究；錘擊數(shù)；應(yīng)用技巧Abstract:Based on the principle of cone dynamic penetration testa reasonable relationship between theKey words:dynamic penetration test results and t

2、he parameters of foundation soil mechanics is presented through analyzing the reason why dynamic penetration test results are often much larger than their normal values. Therefore, the cone dynamic penetration tests could be better applied to geotechnical engineering exploration.exploration technolo

3、gy; cone dynamic penetration test; experimental research; the number of hammering (numerical result); application skills前曰：圓錐動(dòng)力觸探(D P T)是利用一定的錘擊動(dòng)能，將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土中，根 據(jù)每打入土中一定深度的錘擊數(shù)(或動(dòng)貫入阻力)判別土層的變化，確定土的工程性質(zhì)，對(duì) 地基土進(jìn)行巖土工程評(píng)價(jià)的一種原位測(cè)試方法。國(guó)外使用的動(dòng)力觸探種類(lèi)繁多，國(guó)內(nèi)按其錘 擊能量劃分為輕型(N )、中型(N )、重型(N6 3)、超重型(N- 8 )等4種類(lèi)型的動(dòng) 力觸探。圓錐動(dòng)

4、力觸探試驗(yàn)2.1圓錐動(dòng)力觸探測(cè)試(DPT)利用一定質(zhì)量的落錘，以一定高度的自由落距將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓錐形探頭打入土層中，根 據(jù)探頭貫入的難易程度(可用貫入度、錘擊數(shù)或探頭單位面積動(dòng)貫入阻力來(lái)表示)判定土層 性質(zhì)。簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)力觸探或動(dòng)探。2.2技術(shù)特點(diǎn)可以獲得地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)；判定地基土的均勻性；具有鉆探和測(cè)試的雙重功能。2.3圓錐動(dòng)力觸探測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用；操作及測(cè)試方法容易；適用性廣;快速，經(jīng)濟(jì)，能連續(xù)測(cè)試土層；有些動(dòng)力觸探，可同時(shí)取樣，觀察描述;經(jīng)驗(yàn)豐富，使用廣泛。2.4圓錐動(dòng)力觸探的類(lèi)型類(lèi)型輕型重型超重型落錘錘的質(zhì)量/kg1063.5120落距/cm5076100探 頭直徑/

5、mm407474錐角606060探桿直徑/mm25425060指標(biāo)貫入30cm的錘擊數(shù)N10貫入10cm的錘擊數(shù)N63.5貫入10cm的錘 擊數(shù)N120圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)基本原理動(dòng)力觸探的基本原理，可用能量平衡法來(lái) 分析12。動(dòng)力觸探能量平衡模型如圖1所 示。按能量守恒原理，一次錘擊作用下的功能 轉(zhuǎn)換，其關(guān)系可寫(xiě)成：Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee( 1)式中：Em為穿心錘下落能量；Ek為錘與觸探 器碰撞時(shí)損失的能量；Ec為觸探器彈性變形所 消耗的能量；Ef為貫入時(shí)用于克服探桿側(cè)壁的 摩阻力所耗的能量；EP為由于土的塑性變形而 消耗的能量；Ee為由于土的彈性變形而消耗的 能量。通過(guò)一系列的假定

6、，可得出土的動(dòng)貫入阻力 Rd的表達(dá)公式(2)，該式亦稱(chēng)荷蘭動(dòng)力公式：R =M 2 g (kPa)d e( M + m) A(2)式中：e為貫入度(單位：mm)，即每擊的 貫入深度e=As/n； As為每貫入一陣擊的深 度(單位：mm)； n為相應(yīng)的一陣擊錘擊數(shù)；A 為圓錐探頭底面積(單位：武)。荷蘭公式(2 )是建立在古典牛頓碰撞理論基 礎(chǔ)之上的，而且還假定，對(duì)于絕對(duì)非彈性碰撞， 完全不考慮彈性變形能量的消耗。所以在應(yīng)用 動(dòng)貫入阻力計(jì)算公式時(shí)，應(yīng)考慮下列條件限制： 每擊貫入度在0.25.0 cm之間；貫入的深 度一般不超過(guò)12 cm；觸探器質(zhì)量m與落錘質(zhì)量M之比不大于2。荷蘭公式是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)

7、用最廣泛的動(dòng)貫入阻力計(jì)算公式，我國(guó)巖 土工程勘察規(guī)范和水利電力部土工試驗(yàn)規(guī)程的條文說(shuō)明中都推薦該公式。從式(2)中可知，對(duì)于同一種設(shè)備，M、m、h、A等為常數(shù)，在測(cè)試As深度內(nèi)，動(dòng)貫 入阻力與錘擊數(shù)n呈正比關(guān)系，故可用錘擊數(shù)來(lái)測(cè)定地基土的工程性質(zhì)。雖是從荷蘭公式 中可以由動(dòng)力觸探錘擊數(shù)直接求取帶有量綱的動(dòng)貫入阻力Rd，但由于本理論公式的假定甚 多，再加上碎石土的不均勻性及地基土受力機(jī)制的復(fù)雜性，所求動(dòng)阻力仍然是不可靠的，即 使在同一層地基土中，亦無(wú)可比性。圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的試驗(yàn)方法4.1輕型動(dòng)力觸探先用輕便鉆具鉆至試驗(yàn)土層標(biāo)高以上0.3m處，然后對(duì)土層進(jìn)行連續(xù)觸探；試驗(yàn)時(shí)，穿心錘落距為0.50

8、0.02m，記錄每打入0.30m所需的錘擊數(shù)；如想取樣，則需把觸探桿拔出，換鉆頭進(jìn)行取樣。用于觸探深度小于4m的土層。4.2重型、超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)前將觸探架安裝平穩(wěn)，使觸探保持垂直地進(jìn)行。垂直度的最大偏差不得超過(guò)2%；貫入時(shí)應(yīng)使穿心錘自由落下。地面上的觸探桿的高度不宜過(guò)高，以免傾斜與擺動(dòng)太大;錘擊速率宜為每分鐘1530擊；及時(shí)記錄每貫入0.10m所需的錘擊數(shù)；對(duì)于一般砂、圓礫和卵石，觸探深度不宜超過(guò)1215m ；超過(guò)該深度時(shí)，需考慮觸探 桿的側(cè)壁摩阻的影響；每貫入0.1m所需錘擊數(shù)連續(xù)三次超過(guò)50擊時(shí)，應(yīng)停止試驗(yàn)。輕型動(dòng)力觸探儀(單位：mm)1一穿心錘；2一鋼砧與錘墊；3一觸探桿；重型、超重

9、型動(dòng)力觸探探頭（單位：mm）4一圓錐探頭；5 一導(dǎo)向桿測(cè)試精度影響因素5.1設(shè)備因素（1）穿心錘的形狀和質(zhì)量；（2）探頭的形狀和大??；（3）觸探桿的截面尺寸、長(zhǎng)度和質(zhì)量；（4）導(dǎo)向錘座的構(gòu)造及尺寸；（5）所用材料的材型及性能。5.2人為因素（1）落錘的高度、錘擊的速度和操作方法；（2）讀數(shù)量測(cè)方法和精度；（3）觸探孔的垂直程度、探桿的偏斜度（4）鉆孔的護(hù)壁、清孔清孔5.3其他因素（1）土的性質(zhì)（2）觸探深度（3）地下水結(jié)論圓錐動(dòng)力觸探是利用一定的錘擊動(dòng)能，將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土中，根據(jù)打入土中 的阻力大小判別土層的變化，對(duì)土層進(jìn)行力學(xué)分層，并確定土層的物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)地基土 做出工程地質(zhì)評(píng)價(jià)的測(cè)試方法。此法能清楚地反映不同地層的物理力學(xué)性質(zhì)，判斷地層的密 實(shí)度，準(zhǔn)確提供設(shè)計(jì)所需地基土參數(shù)，提高勘察資料的質(zhì)量，大大縮短勘察周期，降低成本， 其普遍的適用性將會(huì)帶來(lái)廣闊的發(fā)展前景。而圓錐動(dòng)力觸探的缺點(diǎn)是不能采樣并對(duì)土進(jìn)行直接鑒別描述，試驗(yàn)的人為誤差較大，再 現(xiàn)性差，因此規(guī)范試驗(yàn)方法，進(jìn)一步總結(jié)試驗(yàn)成果與地基土的工程力學(xué)參數(shù)的關(guān)系，將會(huì)使 動(dòng)力觸探試驗(yàn)的優(yōu)越性得以更廣泛更深入地發(fā)揮。參考文獻(xiàn)：王清.土體原位測(cè)試與工程勘察M.北京:地