岩土试验--静力触探试验--85页
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• 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。
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
探头种 类
型号
顶角 /
I-1
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
Байду номын сангаас
60
35.7
10
133.7
150
35.7
10
179
200
国际标准
43.7
15
219
• 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 稳定贯入流体理论分析三类。
（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
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。
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。
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
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。
• 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。
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。
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。
• 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。
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。
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
探头种 类
型号
顶角 /
I-1
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
Байду номын сангаас
60
35.7
10
133.7
150
35.7
10
179
200
国际标准
43.7
15
219
• 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 稳定贯入流体理论分析三类。
（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
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。
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。
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
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。
• 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。
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。
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。
• 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。