-動(dòng)力觸探試驗(yàn)課件

主要內(nèi)容

一、概述

二、試驗(yàn)原理

三、試驗(yàn)的儀器設(shè)備

四、試驗(yàn)方法及技術(shù)要求

五、試驗(yàn)資料的整理與分析

六、試驗(yàn)成果的工程應(yīng)用1第1頁(yè)/共57頁(yè)一、概述（一）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的定義（二）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的發(fā)展（三）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的分類(lèi)（四）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性（五）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的應(yīng)用2第2頁(yè)/共57頁(yè)一、概述（一）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的定義（DPT）利用一定的錘擊能量，將一定規(guī)格的圓錐探頭打

入土中，根據(jù)打入土中的

難易程度來(lái)判別土層工程

性質(zhì)的一種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法。判別指標(biāo)采用的是貫入一定深度的錘擊數(shù)。3第3頁(yè)/共57頁(yè)4第4頁(yè)/共57頁(yè)國(guó)際上:動(dòng)力觸探的發(fā)展歷史較長(zhǎng)。最先在歐洲各國(guó)得到廣泛應(yīng)用，就是因?yàn)檫@些國(guó)家廣泛分布著粗顆粒土層及冰積層，取土樣比較困難，適合采用動(dòng)力觸探方法。在國(guó)內(nèi)（1）50年代初由南京水利實(shí)驗(yàn)處引進(jìn)推廣。（2）至50年代后期得到普及，很多單位做了很有價(jià)值的試驗(yàn)研究， 積累了大量的使用經(jīng)驗(yàn)。（3）70年代制定了相應(yīng)的規(guī)范，在試驗(yàn)設(shè)備類(lèi)型上趨于統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn) 化，加快了發(fā)展進(jìn)程。（4）目前，已成為我國(guó)粗顆粒土的地基勘察測(cè)試的主要手段。5第5頁(yè)/共57頁(yè)（二）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的發(fā)展1．國(guó)際分類(lèi)1974年和1982年在歐洲召開(kāi)的二次國(guó)際觸探學(xué)術(shù)會(huì)議，對(duì)動(dòng)力觸探測(cè)試方法的統(tǒng)一起了推動(dòng)作用。會(huì)議建議按使

用穿心錘的重量（或錘擊能量）的不同，將動(dòng)力觸探分為：輕型（≤10kg）、中型（10～40kg）、重型（40～60kg）及超重型（>60kg）。6第6頁(yè)/共57頁(yè)（三）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的分類(lèi)2．我國(guó)分類(lèi)7第7頁(yè)/共57頁(yè)我國(guó)《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SD128－86）將動(dòng)力觸探分為輕型、重型、超重型三種。其規(guī)格及適用土類(lèi)見(jiàn)下表。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/mm407474錐角606060探桿直徑/mm254250~60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)N1208第8頁(yè)/共57頁(yè)優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，操作方便，適應(yīng)土類(lèi)較廣，并且可以連續(xù)貫入。缺點(diǎn)：試驗(yàn)誤差較大，再現(xiàn)性較差。適用土類(lèi)：對(duì)難以取樣的各種填土、砂土、粉土、碎石 土、砂礫土、卵石、礫石等含粗顆粒的土類(lèi)。9第9頁(yè)/共57頁(yè)（四）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性試驗(yàn)成果（1）進(jìn)行地基土的力學(xué)分層；（2）定性評(píng)價(jià)地基土的均勻性和物理性質(zhì)（密實(shí)度等）；（3）查明土洞、滑動(dòng)面、軟硬土層界面的位置。成果應(yīng)用（1）評(píng)定地基土的強(qiáng)度和變形參數(shù)；（2）評(píng)定天然地基的承載力；（3）估算單樁承載力。10第10頁(yè)/共57頁(yè)（五）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的應(yīng)用二、試驗(yàn)原理（一）公式推導(dǎo)（二）原理表述11第11頁(yè)/共57頁(yè)（1）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的理想自由落錘能量計(jì)算M——落錘的質(zhì)量（kg）；v——錘自由下落碰撞探桿前的速度（m/s）。（一）公式推導(dǎo)12第12頁(yè)/共57頁(yè)DPT

的基本原理可以用能量平衡法來(lái)分析。在一次錘擊作用下的功能轉(zhuǎn)換按能量守恒原理，其關(guān)系為：Em----穿心錘下落能量；Ek----錘與觸探器碰幢時(shí)損失的能量；

Ec----觸探器彈性變形所消耗的能量；Ef

----貫入時(shí)用于克服桿側(cè)壁摩阻力所耗能量；

Ep----平均每擊傳遞給探頭的能量；M

----落錘的質(zhì)量（kg）；V

----落錘下落碰撞探桿前的速度（m/s）。13第13頁(yè)/共57頁(yè)Em=Ek+Ec+Ef+Ep=Mv2/2（一）公式推導(dǎo)Ep（2）能量損失修正實(shí)際的錘擊能量與理想的落

錘能量不同，受落錘方式、導(dǎo)桿

摩擦、錘擊偏心、探頭材質(zhì)、形

狀、大小、桿件傳輸能量效率等

因素的影響，要損失一部分能量，應(yīng)進(jìn)行修正：（一）公式推導(dǎo)14第14頁(yè)/共57頁(yè)Ep＝e1

e2

e3EM或直接采用勢(shì)能定義：Ep＝H×Mg（H表示落距）或近似為

Ep＝0.6EMEp——平均每擊傳遞給圓錐探頭的能量；

e1——落錘效率系數(shù)，對(duì)自由落錘，e1≈0.92；e2——能量輸入探桿系統(tǒng)的傳輸效率系數(shù)，對(duì)于國(guó)內(nèi)通用的大鋼探頭，e2≈0.65e3——桿長(zhǎng)傳輸能量的效率系數(shù)，隨桿長(zhǎng)的增大而增大，桿長(zhǎng)大于3m時(shí)，e3≈1。15第15頁(yè)/共57頁(yè)（一）公式推導(dǎo)（3）探頭貫入土中所作的功h——貫入度；N——貫入度為h的錘擊數(shù)。（因此，h/N表示錘擊一次的貫入度）Rd——探頭單位面積的動(dòng)貫入阻力（J/cm2）；A——探頭的截面積（cm2）。（一）公式推導(dǎo)16第16頁(yè)/共57頁(yè)（4）能量轉(zhuǎn)換與守恒根據(jù)能量轉(zhuǎn)換與守恒定律，落錘的勢(shì)能→錘擊動(dòng)能→探頭做功，因此，能量平衡：（h/N＝s，表示平均每擊的貫入度）或17第17頁(yè)/共57頁(yè)（一）公式推導(dǎo)當(dāng)規(guī)定一定的貫入深度h

，采用一定規(guī)格（規(guī)定的探頭截面、圓錐角、重量）的落錘和規(guī)定的落距，那么錘擊數(shù)N的大小就直接反映了動(dòng)貫入阻力Rd的大小，即直接反映被貫入土層的密實(shí)程度和力學(xué)性質(zhì)。因此，實(shí)踐中常采用貫入土層一定深度的錘擊數(shù)作為圓錐動(dòng)力觸探的試驗(yàn)指標(biāo)。18第18頁(yè)/共57頁(yè)（二）原理表述三、試驗(yàn)的儀器設(shè)備（一）試驗(yàn)的基本儀器設(shè)備（二）輕型動(dòng)力觸探（三）重型動(dòng)力觸探19第19頁(yè)/共57頁(yè)導(dǎo)向桿提引器穿心錘錘座探桿探頭20第20頁(yè)/共57頁(yè)（一）試驗(yàn)的基本儀器設(shè)備（二）輕型動(dòng)力觸探輕型動(dòng)力觸探的主要儀器設(shè)備包括：導(dǎo)向桿、穿心錘、錘墊、探桿和圓錐探頭五部分，見(jiàn)右

圖。重錘的提升有人力和機(jī)械

兩種。輕型動(dòng)力觸探儀（單位：mm）

1－穿心錘；2—鋼砧與錘墊；3－觸探桿；4－圓錐探頭；5－導(dǎo)向桿21第21頁(yè)/共57頁(yè)重型、超重型設(shè)備與輕型設(shè)備相似，只是在尺寸和重量上有差別。另外，重型動(dòng)探試驗(yàn)一般都采用自動(dòng)落錘方式，在錘上增加了提引器。提引器可分為內(nèi)掛式和外掛式兩種。內(nèi)掛式提引器：利用導(dǎo)桿的徑縮，使提引器內(nèi)的活動(dòng)裝置（鋼珠、偏心輪或掛鉤）發(fā)生變位，完成掛錘、脫鉤及自由落錘的過(guò)程。外掛式提引器：利用上提力完成掛錘，靠導(dǎo)桿頂端所設(shè)彈簧錐或凸塊強(qiáng)制掛鉤張開(kāi)，使重錘自由落下。22第22頁(yè)/共57頁(yè)（三）重型動(dòng)力觸探23第23頁(yè)/共57頁(yè)24第24頁(yè)/共57頁(yè)25第25頁(yè)/共57頁(yè)26第26頁(yè)/共57頁(yè)四、試驗(yàn)方法和技術(shù)要求（一）試驗(yàn)方法（二）技術(shù)要求（三）影響因素分析27第27頁(yè)/共57頁(yè)（一）試驗(yàn)方法28第28頁(yè)/共57頁(yè)1、輕型動(dòng)力觸探（1）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，記錄每打入0.30m所需的錘擊數(shù)；（2）試驗(yàn)時(shí)，將10kg的穿心錘提升0.50±0.02m，錘擊頻率控制在15～30擊/min；（3）如需取樣，則需把觸探桿拔出，換鉆頭進(jìn)行取樣。（4）當(dāng)N10>100時(shí)或貫入0.15m超過(guò)50時(shí)，可停止試驗(yàn);（5）用于觸探深度小于4m的土層。（一）試驗(yàn)方法29第29頁(yè)/共57頁(yè)2、重型動(dòng)力觸探（1）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%；（2）貫入時(shí)應(yīng)使63.5kg穿心錘自由落下。地面上的觸探桿的高度不宜過(guò)高，不超過(guò)1.5m，以免傾斜與擺動(dòng)太大；（3）錘擊速率宜為每分鐘15~30擊；（4）及時(shí)記錄每貫入0.10m所需的錘擊數(shù)，每貫入1m轉(zhuǎn)動(dòng)探桿一圈半，深度超過(guò)10m，每貫入20cm轉(zhuǎn)動(dòng)探桿一次，以減少探桿的摩擦；（一）試驗(yàn)方法30第30頁(yè)/共57頁(yè)2、重型動(dòng)力觸探（5）對(duì)于一般砂、圓礫和卵石，觸探深度不宜超過(guò)12~15m；超過(guò)該深度時(shí)，需考慮觸探桿的側(cè)壁摩阻的影響；（6）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)。觸探試驗(yàn)深度1~16m。1．為確保恒定的錘擊能量，應(yīng)采用固定落距的自動(dòng)落錘裝置。

2．錘擊時(shí)應(yīng)保持探桿的垂直，錘擊過(guò)程應(yīng)防止錘擊偏心、探桿歪斜和探桿側(cè)向晃動(dòng)。因此，要求探桿連接后的最初5m最大偏斜度不應(yīng)超過(guò)1％，大于5m后的最大偏斜度不應(yīng)超過(guò)2％。每貫入1m，應(yīng)將探桿轉(zhuǎn)一圈半，使觸探能保持垂直貫入，并減少探桿的側(cè)阻力。貫入深度超過(guò)10m后，每貫入0.2m即旋轉(zhuǎn)一次。31第31頁(yè)/共57頁(yè)（二）技術(shù)要求

3．每一觸探孔應(yīng)連續(xù)貫入，只是在接探桿時(shí)才允許停頓。

4．對(duì)輕、重型圓錐動(dòng)力觸探N10、N63.5正常范圍是3~50擊，對(duì)超重型N120的正常范圍是3～40擊。當(dāng)擊數(shù)超過(guò)正常范圍，如遇軟粘土層，可記錄每擊的貫入度；如遇硬土層，可記錄一定擊數(shù)下的貫入度。

5．當(dāng)N10>50即可停止試驗(yàn)；當(dāng)N63.5>50，可停止試驗(yàn)改用超重型試驗(yàn)。

6．我國(guó)一般采用貫入錘擊速率為15～30擊/min。32第32頁(yè)/共57頁(yè)（二）技術(shù)要求

7．貫入深度的一般限制：對(duì)輕型，一般應(yīng)<4m，主要用于測(cè)試并提供淺基礎(chǔ)的地基承載力參數(shù)；檢驗(yàn)建筑物地基的夯實(shí)程度；檢驗(yàn)建筑物基槽開(kāi)挖后，基底以下是否存在軟弱下臥層等。重型<12~15m，超重型<20m，超過(guò)此深度應(yīng)考慮側(cè)壁摩阻力的影響。主要用于查明地層在垂直方向和水平方向上的均勻程度。33第33頁(yè)/共57頁(yè)（二）技術(shù)要求1、桿長(zhǎng)修正對(duì)桿長(zhǎng)的影響，我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的規(guī)范或規(guī)程不盡相同。（1）《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001），對(duì)動(dòng)力觸探試驗(yàn)指標(biāo)均不進(jìn)行桿長(zhǎng)修正。（2）鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》（TB10041-2003），規(guī)定需進(jìn)行桿長(zhǎng)修正。因此，在進(jìn)行成果整理時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖土參數(shù)與動(dòng)力觸探指標(biāo)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的具體條件，決定是否對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行桿長(zhǎng)修正。34第34頁(yè)/共57頁(yè)（三）影響因素分析采用牛頓碰撞理論，建立桿長(zhǎng)修正公式：N=αN’可以對(duì)重型、超重型動(dòng)力觸探結(jié)果進(jìn)行修正。

N——經(jīng)修正后的圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)；

N’——實(shí)測(cè)的圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)。表1，2分別給出了重型、超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果的桿長(zhǎng)修正系數(shù)。35第35頁(yè)/共57頁(yè)1、桿長(zhǎng)修正表1 N63.5的桿長(zhǎng)修正系數(shù)36第36頁(yè)/共57頁(yè)表2 N120的桿長(zhǎng)修正系數(shù)37第37頁(yè)/共57頁(yè)2、桿側(cè)摩擦的影響第38頁(yè)/共57頁(yè)（1）中密-密實(shí)砂土，尤其在地下水位以上，由于探頭直徑比探桿直徑大，可不考慮側(cè)壁摩擦；（2）軟粘土和有機(jī)土，側(cè)壁摩擦對(duì)擊數(shù)有重要影響。（3）在一般土層條件下，重型觸探在深度15m范圍內(nèi)，超重型觸探在20m深度范圍內(nèi)，可不考慮側(cè)壁摩阻的影響。在此深度之外，可采用泥漿或加套管以消除側(cè)壁摩阻的影響。383、上覆壓力的影響39第39頁(yè)/共57頁(yè)隨著貫入深度的增加，土的有效上覆壓力和側(cè)壓力都會(huì)增加。實(shí)驗(yàn)也表明，上覆壓力對(duì)觸探貫入阻力的影響也是顯著的。但對(duì)于一定相對(duì)密實(shí)度的砂土，上覆壓力對(duì)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果存在一個(gè)“臨界深度”，即錘擊數(shù)在此深度范圍內(nèi)隨著灌入深度的增加而增大，超過(guò)此深度后，錘擊數(shù)趨于穩(wěn)定，并且臨界深度隨著相對(duì)密度和探頭直徑的增加而增大。對(duì)于一定密度組成的砂土，動(dòng)力觸探擊數(shù)N與相對(duì)密度Dr和有效上覆壓力σ’v存在著一定的相關(guān)關(guān)系，即：40第40頁(yè)/共57頁(yè)N/Dr

=a+bσ’v2式中，a，b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，隨砂土的粒度組成變化?；蛘卟捎脴?biāo)貫試驗(yàn)深度影響修正公式：CN=1-1.25lgσ’vN63.5=CN

N’63.5CN——修正系數(shù)；N63.5——修正后的擊數(shù)；

N’63.5——實(shí)測(cè)的擊數(shù)；σ’v——實(shí)測(cè)N’63.5處土的有效上覆壓力。錘的高度、錘擊的速度和操作方法；讀數(shù)量測(cè)方法和精度；觸探孔的垂直程度、探桿的偏斜度；鉆孔的護(hù)壁、清孔。41第41頁(yè)/共57頁(yè)4、人為因素五、試驗(yàn)資料的整理與分析（一）繪制動(dòng)力觸探曲線（二）劃分土層界線（三）計(jì)算各層的擊數(shù)平均值42第42頁(yè)/共57頁(yè)繪制錘擊數(shù)沿深度的變化曲線，不論是實(shí)測(cè)的N還是修正的N’，處理方法都相同。以錘擊數(shù)為橫坐標(biāo)，貫入深度為縱坐標(biāo)。對(duì)輕型動(dòng)力觸探按每貫入30cm的擊數(shù)繪制N10—h曲線，重型動(dòng)力觸探每貫入10cm的擊數(shù)繪制N63.5—h曲線或N’63.5—h曲線。43第43頁(yè)/共57頁(yè)（一）繪制動(dòng)力觸探N—h或N’—h曲線圖44第44頁(yè)/共57頁(yè)（二）劃分土層界限45第45頁(yè)/共57頁(yè)劃分力學(xué)分層的原則：考慮動(dòng)貫入阻力在土層變化附近的“超前效應(yīng)”。超前效應(yīng)指的是當(dāng)探頭從軟層進(jìn)入硬層或從硬層進(jìn)入軟層之前，動(dòng)貫入阻力就已感知土層的變化，提前變大或變小，反應(yīng)的范圍約為探頭直徑的2~3倍。實(shí)際中可以這樣處理：當(dāng)擊數(shù)由小變大（軟層進(jìn)入硬層）時(shí)，分層界限可選在軟層最后一個(gè)小值點(diǎn)以下2~3倍探頭直徑處；當(dāng)擊數(shù)由大變?。ㄓ矊舆M(jìn)入軟層）時(shí)，分層界限可選在軟層第一個(gè)小值點(diǎn)以上2~3倍探頭直徑處。（三）計(jì)算各層的擊數(shù)平均值按單孔統(tǒng)計(jì)各層貫入指標(biāo)平均值及變異系數(shù)，用厚度加權(quán)平均法計(jì)算。統(tǒng)計(jì)時(shí)，應(yīng)剔除個(gè)別異常點(diǎn)，且不包括“超前”和“滯后”范圍的測(cè)試點(diǎn)?！狽x

的平均值；Nx—實(shí)測(cè)錘擊數(shù)；n—參加統(tǒng)計(jì)的測(cè)點(diǎn)數(shù)。46第46頁(yè)/共57頁(yè)六、試驗(yàn)成果的應(yīng)用（一）評(píng)定地基土的狀態(tài)或密實(shí)程度（二）確定地基土的承載力（三）估算地基的變形模量E0（四）預(yù)估單樁承載力47第47頁(yè)/共57頁(yè)（一）評(píng)定地基土的狀態(tài)或密實(shí)程度根據(jù)我國(guó)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ50007-2002），可采用重型圓錐動(dòng)力觸探的錘擊數(shù)N63.5評(píng)定碎石土的密實(shí)度，見(jiàn)下表。注：（1）本表適用于平均粒徑小于50且最大粒徑不超過(guò)100mm的卵石、碎石、圓礫、角礫。（2）表內(nèi)N63.5為修正后的平均值。48第48頁(yè)/共57頁(yè)碎石土的密實(shí)度（二）確定地基土的承載力49第49頁(yè)/共57頁(yè)利用動(dòng)力觸探的試驗(yàn)成果評(píng)價(jià)地基的承載力和變形模量，主要是依靠當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)積累，以及在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立的統(tǒng)計(jì)關(guān)系式。我國(guó)原來(lái)的《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ7—89）曾以附表的形式給出采用動(dòng)力觸探錘擊數(shù)估算地基土承載力基本值的有關(guān)成果，但在新規(guī)范中（GBJ50007—2002）中刪去了，主要原因是用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式很難概括不同地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)和成果。N10估計(jì)粘性土和素填土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值N63.5估計(jì)中、粗、礫砂及碎石土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值50第50頁(yè)/共57頁(yè)N120估計(jì)碎石土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值51第51頁(yè)/共57頁(yè)（三）估算圓礫、卵石土地基的變形模量E0鐵道部第二設(shè)計(jì)院基于在四川、東北、廣西、甘肅等地的試驗(yàn)資料得N63.5、N120和E0的關(guān)系，見(jiàn)下表。52第52頁(yè)/共57頁(yè)（四）預(yù)估單樁承載力和