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1、土的原位测试第一章 绪论,本章内容简介,土的原位测试（in-site testing of soils），一般指的是在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层的一种土工勘察技术。在这一章中我们从土体原位测试技术的优缺点以及测试技术的种类与适用范围等方面探讨了土体原位测试概念、范畴及在工程（地质）勘察中的重要作用。,重难点简介,土体原位测试的概念，土的原位测试技术的优缺点，土的原位测试方法两个类别（土层剖面测试法和专门测试法）的含义。,第一节 土的原位测试概念,试验工作在工程（地质）勘察中占有很重要的位置。它不仅为学科理论的研究
2、与发展所必需，而且也为岩土工程设计提供资料所必需。就土工试验而论，可分为室内试验和原位试验（或原位测试）。两者合称为实验土力学（experimental soil mechanics）。虽然土的室内试验具有很多优点，但由于室内试验需要取样，样品小，受扰动，代表性差，所测力学指标严重“失真”，且费时费力。为了克服室内试验的致命弱点，土的原位测试技术就应运而生了。土的原位测试（insite testing of soils），一般指的是在工程地质勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层的一种土工勘察技术。这里的土层包括粘性土、粉土、砂性土
3、、碎石土及软弱岩层等。,室内试验,室内岩土试验可分为土体的室内试验和岩石的室内试验。土体的室内试验（Laboratory Soil Test）包括土的物理性质指标的测定、土的力学性质指标的测定、土的动力特性试验、粘土矿物分析等等。岩石的室内试验（Laboratory Rock Test）包括岩石水理性质试验、岩石强度和变形试验、岩石结构面抗剪强度试验、岩石软弱夹层剪切蠕变试验、岩石点荷载强度试验等等。优点:土的室内试验，历史较久，经验也比较丰富，其主要优点是，试验时的边界条件和排水条件都很易控制，清楚明了，试验中的应力路径可事先选定；对小应变来说，土样中的应变场是均一的，所测土的物理力学性质指
4、标已得到公认。,原位试验,实验室一般使用小尺寸试件，不能完全确切地反映天然状态下的岩土性质，特别是对难于采取原状结构样品的岩土体。因而有必要在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学性质及其他指标，以弥补实验室测试的不足。许多试验方法是随着对岩土体的深入研究而发展起来的。野外试验亦称现场试验、就地试验、原位测试。In-situ Testing or Field Testing 原位测试：是指在岩土体原有的位置上，在保持岩土的天然结构、天然含水量以及天然应力状态条件下测定岩土性质。原位测试可分为土体原位测试和岩体原位测试,第二节 土的原位测试技术的优缺点,1优点土的原位测试技术在工程勘察中占有
5、很重要的位置。这是因为它与钻探、取样、室内试验的传统方法比较起来，具有下列明显的优点：（1）可在拟建工程场地进行测试，不用取样。避免由于钻探取样产生的不同程度扰动（取样时的应力解除、样品运输中的碰撞及制样中的扰动等）。因此，室内试验所测“原状土”的物理力学性质指标往往不能代表土层的原始状态指标，大大降低了所测指标的工程应用价值。（2）原位测试涉及的土体积比室内试验样品要大得多，因而更能反映土的宏观结构（如裂隙、夹层等）对土的性质的影响。（3）很多土的原位测试技术方法可连续进行，因而可以得到完整的土层剖面及其物理力学性质指标，因而它是一门自成体系的实验科学。（4）土的原位测试，一般具有快速、经济
6、的优点。如用静力触探车进行测试8h可触探120-300m，并可自动记录、打印和处理成果，速度之快是钻探、取样、室内试验所无法比拟的。,2缺点,土的原位测试技术的主要缺点：（1）难于控制测试中的边界条件，如测试周围土层的排水条件和应力条件。（2）测试成果和边界条件的关系和测试机理的科学解释有待于进一步明确，但到目前为止，土的原位测试技术所测出的数据和土的工程性质之间的关系，仍是建立在大量统计的经验关系之上的。3土的原位测试与传统的钻探、取样、室内试验的关系在工程地质勘测中，可以大量使用土的原位测试技术，只须对需要做对比的土层或关键部位配以少量钻探和室内试验即可。这样做的目的是，可以建立很多适合勘
7、测现场的经验关系，提高土的原位测试精度，大量减少工程地质钻探和室内试验费用，缩短勘测周期。,第三节 土的原位测试技术的种类,土的原位测试方法很多，但可以归纳为下列两类：（1）土层剖面测试法（logging or stratigraphic profiling methods）：可获得连续的土层剖面，具有可连续进行测试、快速、经济的优点。它主要包括静力触探、动力触探、土的压入式板状膨胀仪测试及电阻率法等。（2）专门测试法（specific test methods）。可得到土层中关键部位土的各种工程性质指标，精度高，测试成果可直接供设计部门使用，其精度一般可超过钻探和室内试验成果的精度。它主要包
8、括载荷测试、旁压测试、标准贯入测试、抽水和注水实验及十字板剪切测试等。土的专门测试法和土层剖面测试法，经常配合使用，点面结合，既提高了勘测精度，又加快了勘测进度。在所有土体原位测试技术中，静力触探测试和旁压测试应用得最广，精度也高，也是我们学习的重点章节,本章小结,工程设计中的土工计算成果的可靠性，主要取决于所选计算参数，所选参数精度的重要性远比所选的计算方法要重要得多。而正如沈珠江院士认为，可靠的土质参数，只能通过原位测试取得。因此，在工程勘察中，不进行原位测试是没有质量保证的；特别是在大型工程勘察中，它是不可缺少的手段。原位测试技术的重要性正在逐渐被广泛承认，测试技术逐渐成熟，相应法规日趋
9、完善，它将发挥越来越大的作用。在本章中，我们从土的室内试验的优缺点分析入手，谈到了土的原位测试技术产生的必要性，接着学习了土体原位测试的概念，重点学习了土体原位测试技术的优缺点，最后介绍了土体原位测试的两个种类，即土层剖面测试法和专门测试法。通过对本章的学习，我们应该对土体原位测试技术有一个初步的认识，应该了解到土的原位测试技术种类较多，及其在工程勘察中所起的作用。,第一章 静力触探,本章内容简介,静力触探（Static Cone Penetration Test，简称CPT）是借助机械把一定规格的圆锥形探头匀速压入土中，通过测定探头阻力确定土体的物理力学参数、划分土层的一种土体勘测技术。电测
10、式静力触探具有测试速度快、精度高等优点，兼具勘察与测试双重功能，是目前应用最广的一种土的原位测试技术。依据探头功能的不同，将静力触探分为单桥静力触探、双桥静力触探和孔压静力触探。单桥静力触探是我国研制成功的，在国内应用广泛。双桥静力触探可测试端阻 和侧壁摩阻力，为国内外普遍采用。孔压静力触探为可测孔隙水压力的静力触探，它可测探头贯入产生的超孔隙水压力及其消散过程，用途更为广泛，在国外（特别是欧洲国家）得到广泛应用，在我国也将有越来越多的应用。本章将从静力触探的测试原理、仪器设备、测试步骤、数据处理、影响因素和工程应用等方面对静力触探方法作一详细的介绍。,重难点简介,静力触探的概念，静力触探测试
11、法的基本原理，静力触探测试成果的应用。重点：第一节概述中的测试原理，第七节成果应用中的土层划分，测定土的压缩模量，浅基承载力以及在桩基勘察中的应用，尤其是地区性与行业性的经验公式。,第一节 概述,一、静力触探定义 静力触探（Static Cone Penetration Test，简称CPT）首先在荷兰研制成功，因此静力触探也叫“荷兰锥”试验（Dutch Cone Penetration Test）。静力触探是借助机械把规格的圆锥形探头匀速压入土中，通过测定探头阻力确定土体的物理力学参数、划分土层的一种土体勘测技术，实际上是一种准静力触探试验,静力触探示意图及其曲线,二、静力触探类型,静力触探
12、可分为机械式静力触探（mechanical static cone penetration test）和电测式静力触探（electrical cone penetration test）试验两种。现在一般采用电测式静力触探。机械式静力触探优点是，仪器坚固耐用，易操作，设备价格低，缺点是测试精度低，效率不高。电测式静力触探于1964年在我国研制成功，原建工部综合勘察院成功地研制了世界上第一台电测式静力触探仪，也就是现在仍广泛的应用于我国的单桥式静力触探。电测式静力触探的优点：（1）测试连续、快速，效率高，功能多，兼具勘探与测试双重作用；（2）测试数据精度高，再现性好；（3）采用电测技术，便于实现
13、测试工程的自动化，测试成果可由计算机自动处理，减少了工作强度。电测式静力触探的缺点：对碎石类土和密实砂土难贯入。,三、孔隙水压力静力触探,按探头功能又可将静力触探分为单桥静力触探、双桥静力触探、孔压静力触探。单桥静力触探是1964年在我国研制成功的，在国内应用广泛。双桥静力触探可测试端阻qc 和侧壁摩阻力fs，为国内外普遍采用。孔压静力触探是与80年代初研制成功的可测孔隙水压力的电测式静力触探，它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，使电测静力触探技术的精度和应用进入了一个新阶段。孔隙水压力静力触探（piezo cone penetration test），简称孔压
14、触探（CPTU），是指在普通的CPT探头上安装了可以测量孔隙水压力的传感器，使贯入时能在测量qc、fs 的同时，测量贯入引起的超孔隙水压力，当停止贯入时，可测量超孔隙水压力的消散过程及完全消散时的静止孔隙水压力U0的静力触探。,优点,孔压触探与一般的静力触探相比，具有下面一些突出优点：（1）由于不同土体的渗透性差别很大，CPTU量测孔隙水压力的灵敏度很高，能够分辨12cm厚的薄土层土性的变化，因而可以详细分层。特别是在区分砂层和粘土层方面精度很高。（2）可以量测到孔隙水压力，从而有可能进行有效应力分析。（3）可以估算土体的渗透系数和固结系数。（4）可以测定土层不同深度的静止水压力，获得地下水条
15、件的资料。（5）可以区分排水、部分排水和不排水的贯入条件。（6）可计算土的超固结比，评价土层应力历史，计算静止侧压力系数k0等。,第二节 静力触探测试法的基本原理,一、静力触探机理 由于土体本身的不定性和复杂性以及静力触探探头的贯入时产生的土体大变形等因素，使得静力触探的机理研究变得异常复杂，至今国内外这方面的研究都不能够较为圆满的解释触探机理，其应用大部分仍处于套用经验或半经验公式基础上，这种状况制约了静力触探的发展，因此，触探机理研究是很有意义的。静力触探机理的研究包括试验研究和理论研究，这两个方面对静力触探测试方法和成果应用都有直接关系。在理论上求解探头贯入过程是一个相当复杂的力学问题，
16、已有的理论包括：承载力理论、孔穴扩张理论、应变路径法。在模型试验方面，国内外许多学者和研究单位以纯砂为介质进行了大量的试验研究工作，中国地质大学以粘土为介质对孔压静探的测试机理进行了研究，具体内容参 见前期模型试验研究和孔压静探机理模型研究资料。,承载力理论,1方法简介由于CPT类似于桩的作用过程，很早就有人尝试借用深基础极限承载力的理论来求解CPT的端阻qc，这就是所谓的承载力理论（bearing capacity theories），简称BCT。该法把土体作为刚塑性材料，根据边界受力条件给出滑移线场，或根据试验或经验假定滑动面，用应力特征线法或按极限平衡法求出极限承载力。BCT得到的 一般
17、可以表达为（1）qc=cuNc+vNq式中：cu土的不排水抗剪强度；v上覆压力，和土层深度有关，；Nc、Nq一无量纲，承载力系数，依赖于滑动（面）的选择。BCT思路的发展是从平面应变、修正平面应变到轴对称承载力理论。,孔穴扩张理论,孔穴扩张法（cavities expansion methods，简称CEM），源于弹性理论无限均质各向同性弹性体中圆柱形或球形孔穴受均布压力作用问题。该理论最初用于金属压力加工分析，随后引入土力学中，用柱状孔穴扩张解释旁压试验机理和沉桩，用球形孔穴扩张来估算深基础承载力和沉桩对周围土体的影响。,应变路径法,应变路径法（strain path methods，简称S
18、PM）由Baligh领导的小组经过10多年的研究，于1985年正式提出。SPM旨在为合理解释和预估桩的贯入、静力触探、取土器取土等深层岩土工程问题（相对浅基而言）提供一套集成化、系统化的分析方法。应变路径法的基本思想 通过观察探头在饱和软粘土中的不排水贯入，Baligh（1975）假设，由于深贯入过程中存在严格的运动限制（上覆压力大，探头周围土体在高应力水平下深度重塑、强制性流动及不排水条件下土体不可压缩等），探头周围土体的变形和应变受土的抗剪性质影响很小。于是，Baligh称该类问题是由应变控制的（strain-controlled）。因此，用相对简单的土性（如各向同性）来估算贯入引起的变形
19、和应变，所带来的误差在预期合理的范围内。再利用估算的应变，采用符合实际情形的本构模型，并满足平衡条件。就可以计算出近似的应力和孔压。当首先所估算的变形和应变与实测一致时，就认为计算的应力是准确的。对于轴对称探头在饱和粘土中的准静力贯入，忽略粘性、惯性效应，可将这类由不排水剪切造成的塑性破坏看作是定向流动问题，即视探头为静止不动，土颗粒沿探头周围分布的流线向探头贯入的反方向流动，可求出不同流线上每个单元的变形、应变、应力和孔压。,前期模型试验研究,纵观国内外的这些试验，一般都是用纯砂做为试验介质。1凯里泽（Kerisel）模型试验2长沙铁道学院模型槽试验,1凯里泽（Kerisel）模型试验,19
20、62年凯里泽（Kerisel）在深10.4m，直径6.4m的大型坑内所作的触探试验，得到在砂土中存在临界深度，且临界深度与探头直径和砂土密实度有关，如图所示。,2长沙铁道学院模型槽试验,1981年以来，长沙铁道学院在两个大型刚性砂槽（即高5m，净直径1.3m的圆模和另一高5m，净面积33m2的方模），用直径为2.0cm的半模探头在小型平面砂箱中，用白光散斑法测得了探头周围土中的位移场，如图所示。,孔压静探机理模型研究,二、静力触探仪测试的机电原理,静力触探是将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信
21、号输入到记录仪表记录下来。电阻应变式传感器最为常见，它应用了虎克定律、电阻定律和电桥原理，如图所示。,探头被压入土中，受地层阻力作用引起装在探头内部的传感器变形，则阻力与变形的关系可用虎克定律表达为:,L长的电阻丝，产生L长的变化，相应电阻R值的变化为R，根据电阻定律有：,电阻的变化引起电压的变化，即测量仪表读数的变化，根据电桥原理，有电压变化：,第三节 静力触探测试法的仪器设备,本节概述 静力触探设备，俗称静力触探仪，一般由贯入系统、静力触探头、量测记录仪表、探杆、电缆线等组成。我国常用的静力触探仪有三种，分别是CLD型静力触探十字板剪切两用仪；托挂式静探仪（小型液压式）；静力触探车。,一、
22、贯入系统,贯入系统包括触探主机与反力装置，共同负责将探头压入土中；触探主机借助探杆将装在其底端的探头压入土中；反力装置则提供主机在贯入探头过程中所需之反力。触探主机按其传动方式的不同，可分为机械式和液压式；反力装置可分为自重式和锚式。CLD型静力触探-十字板剪切两用仪触探主机为机械传动式的，反力装置为地锚式。小型液压式静力触探仪触探主机为液压式的。反力装置为地锚式；大型的静力触探车触探主机为液压式的，反力装置为自重式。,二、静力触探探头,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。它包括摩擦筒和锥头两部分，有严格的规格与质量要求。目前，国内外使用的探头可分为三种类型。探头结构、规格及
23、照片参见（静力触探探头材料）。,静力触探探头,（1）单用（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PS比贯入阻力。这种探头结构简单，造价低，坚固耐用，是我国使用最多的一种探头。（2）双用（桥）探头：它是一种将锥头与摩擦筒分开，可同时测锥头阻力 qC和侧壁摩擦力fS两个参数的探头。国内外普遍采用，用途很广。（3）多用（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，即锥头阻力 qC、侧壁摩擦力 fS及孔隙水压力u，功能多，用途广，在国外已得到普遍应用。国际标准探头的规格：锥头顶角60、底
24、面积10cm2、侧壁摩擦筒面积150cm2、透水石在锥底。,静力触探探头,1锥头；2顶柱；3电阻应变片；4传感器；5外套筒；6单用探头的探头管或双用探头侧壁传感器；7单用探头的探杆接头或双用探头的摩擦筒；8探杆接头；L单用探头有效侧壁长度；D锥头直径；锥角,静力触探探头,南光地质仪器有限公司生产的探头照片,三、量测记录仪表,量测记录仪表测量与记录探头所受各种阻力。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：电阻应变仪；自动记录绘图仪；数字式测力仪；数据采集仪（微机）。,四、探杆,探杆也有一定的规格和要求，应有足够的强度，应采用高强度无缝管材，其屈服强
25、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；但单用探头探杆直径应比探头直径小。,五、电缆,电缆的作用是连接探头和量测记录仪表。由于探头功能不同，相应电缆的蕊数也不同，最少的为配单桥探头的四蕊电缆，多则几十蕊，各蕊之间应互相屏蔽。电缆应有良好的防水性和绝缘性，接头处应密封。,第四节 静力触探测试法的程序和要求,本节概述 进行静力触探试验，应根据测试要求和土层软硬情况选用静力触探探头。如果需要进行孔压静力触探，在试验前除对测各贯入阻力值的传感器进行率定外，还需进行饱和及孔压传感器的率定。,一、探头率定（probe calibratio
26、n）,在使用前，必须先率定，新探头或使用一段时间（如3个月）后的探头都应进行率定。其目的是求出测量仪表读数与荷载之间的关系率定系数。将率定系数乘以仪表读数，就可求出各贯入阻力值的大小。,率定装置,1活动架上粱；2顶帽；3探头；4活动架；5底座；6百分表；7钢环；8传动箱；9手柄；10顶针,率定的设备可分为两个主要部分：1可移动的活动架，2量力环。,固定桥压法探头率定一般步骤,（1）在固定的供桥电压下，对探头加荷和卸荷，应逐级进行。每级荷载增量可取探头最大加载量的11017；但在第一级荷载区间内，宜进一步细分成三级。（2）旋转手轮施加压力，边记录仪表上的读数。（3）每级加荷或卸荷均应记录仪表输出
27、值。（4）转动顶柱或传力垫，再进入下一个加、卸荷循环过程。每次率定，其加、卸荷不得少于3个循环。在分级加荷（或卸荷）过程中，当出现加荷（或卸荷）过量时，应将荷载回复到预定荷载的前一级荷载，再加（或卸）至预定荷载。探头率定率定后，应按下列步骤计算其率定系数：分别计算同级荷载下各次加荷和卸荷的仪表平均输出值。以荷载为横轴，以仪表输出值为纵轴，根据各级荷载下算得的平均输出值，点绘荷载（P）输出值（x）的关系曲线。此曲线应是一条过原点的直线，如图所示。,固定桥压法探头率定一般步骤,式中：K率定系数；第i级荷载（kN）；A探头的工作面积（cm2）；第i级荷载下，仪表的平均输出值，；第i级荷载加上后，仪表
28、的平均输出值；卸至第i级荷载时，仪表的平均输出值。,按下式计算探头的率定系数：,二、孔压探头饱和与标定,在测试开始前，应对孔隙水压力探头进行饱和，这是保证孔压测量正确的关键。,1、探头饱和原因,由于气体的压缩性远大于水的压缩性，如果探头孔压量测系统通道未被水饱和，测量孔压时，则有一部分孔隙水压力在传递过程中会消耗在压缩空气上，使所测孔隙水压力值比实际值小，且滞后。,2、饱和方法和装置,排除水中空气的方法有加热排气法和真空排气法。加热排气的水在冷却过程中仍有空气溶解于水中；真空排气法是对充有水的透水滤器（也称滤水器）及空腔施加真空，同时施加振动，达到排气的目的。现在常用的是真空排气法。,除了用水
29、饱和孔压量测系统外，也可采用其他液体，如硅油、甘油和酒精等。,3、孔压静探探头量测系统的检验与标定,孔压静探探头测力传感器的检验与率定（非线性误差、滞后误差、归零误差、与测力传感器的相互干扰、绝缘电阻等），与常规的静探探头相同。对孔压探头，还应进行以下检验与标定。a孔压量测系统饱和度检验，采用孔压响应试验。在排气饱和标定装置中的密封容器内设置一个孔压传感器，记录密封容器压力与探头孔压传感器的变化。如两者同步变化，无时间上滞后，幅值（大小）相等，即认为完全达到饱和；否则，应检查原因，重新对探头进行饱和。b测力传感器与孔压传感器之间相互干扰检验。c探头孔压传感器在高孔隙水压力下的绝缘性检验,三、仪
30、器安装、检查与调试,1、仪器安装、检查与调试 将测量电缆穿入各节探杆，探杆根数或总长度要满足所测地层的最大深度要求，后将探头通过电缆与测量仪表联接起来。注意检查各部件应附合质量要求。检查内容如下：（1）探头、探杆和信号电缆检查：探头锥尖、顶柱和摩擦筒应滑动灵活；否则，将其拆下擦洗上油或换新。久用的探头，其尺寸会变小，其误差超过1时应换新。探杆应平直无损伤。电缆外皮应无损坏，如局部有轻微损伤，可涂防水胶，并用防水胶布包裹。（2）测量记录仪表检查：检查测量记录仪表工作是否正常。2、其它准备工作（1）现场作业前应了解：工程类型、名称、孔位分布和孔深要求；测试区地形、交通、地层情况；测试区地表有无杂物
31、及地下设施，以及它们的确切位置，有无高压电线、强磁场源；使用外接电源工作时，了解其供电情况。（2）使用触探车进行测试时，须做以下准备工作：检查、维修汽车，重点是刹车、方向盘，轮胎、电气及供油系统，使整个汽车处于良好状态；对油路系统，主要是检查油泵、触探油缸和支腿油缸、各换向阀、油马达等是否正常，各接头、管路有无漏油现象，压力表是否完好等。,四、野外测试,野外测试的关键步骤：a、布孔位，平整场地；b、安装触探机，并调平机座（为使贯入压力保持垂直方向），把机座与反力装置衔接；c、将探头、测量电缆、探杆连接起来，并检查测量仪表，并调零；d、将连着探杆的探头压入地下，同时记录深度值和测量仪表的数据。,
32、注意事项,（1）触探机就位后，应调平机座，并使用水平尺校准，使贯入压力保持竖直方向，并使机座与反力装置衔接、锁定。（2）触探机的贯入速率应控制在1-2cm/s内，一般为2cm/s；使用手摇式触探机时，手把转速应力求均匀。（3）使用记读式仪器时，每贯入0.1m或0.2m时应记录一次读数。（4）遇下列情况时应停止贯入：a、触探主机负荷达到其额定荷载的120%时；b、贯入时探杆出现明显弯曲；c、反力装置失效；d、探头负荷达到额定荷载时；e、记录仪器显示异常。,对于孔压静力触探除上述内容外，在测试时还必须注意的事项：,（1）在地下水埋藏较深的地区使用探头触探时，应先使用外径不小于孔压探头的单或双桥探头
33、开孔至地下水位以下，而后向孔内注水与地面平，再换用孔压探头触探。（2）使用孔压探头时，在整个贯入过程中不得提升探头。（3）当在预定深度进行孔压消散试验时，应从探头停止贯入之时起，用秒表记时。（4）当移位于第二个孔时，应对孔压探头的应变腔和滤水器重新进行脱气处理。,第五节静力触探测试法的成果整理,单孔触探成果图件应包括以下几项基本内容（1）各触探参数随深度的分布曲线；（2）土层名称及潮湿程度（或稠度状态）；（3）各层土的触探参数值和地基参数值；（4）对于孔压触探，如果进行了孔压消散试验，尚应附上孔压随时间而变化的过程曲线；必要时，可附锥尖阻力随时间而改变的过程曲线。,1、原始数据的整理,原始数据
34、的修正及触探参数计算，可按TBJ3793规则进行。（1）对读数方式取得的原始数据，当记录深度与实际贯入深度有出入时，应根据记录表所标注的数值和深度误差出现的深度范围，按等距修正法予以调整；多余的读数记录，应根据实际贯入情况予以删除。2剔除异常数据（如在填土中测试探头碰到石块等引起的个别极大数据）。（3）回零修正：当零漂值在该深度测试值的10以内时，可将此零漂值依归零检查的深度间隔，按线性内插法对测试值予以平差。当零漂值大于该深度测试值的10时，宜在相邻两次归零检查的时间间隔内，按贯入行程所占时间段落按比例进行线性平差。各深度的测试值按下面的公式修正：=某深度h读数的修正值；该深度h的测试值（读
35、数）；相应该深度处的零漂修正量（平差值），分正、负。,（4）触探参数的计算：各深度的触探参数应按下列诸式计算。,经过修正后的某深度h的读数；,率定系数。,探头贯入产生的超孔隙水压力 u 可用下式计算：u=u-uwu 探头贯入某深度h时探头测试的孔隙水压力；uw 探头贯入深度h的静止或均衡孔隙水压力。,摩阻比FR 和孔压参数比 Bq,摩阻比：FR=fsqc100%不同的土有不同的 FR，砂类土通常小于或等于1，粘性土常大于2。孔压参数比：Umxa在某一深度测得的最大孔隙水压力（kPa）；U0假定的静水压力（kPa）；U0=pw hv土层上覆压力,3绘制静力触探成果曲线,（1）绘制触探参数随深度的
36、变化曲线 包括：qch、fsh、uh、FRh,（2）绘制孔压消散曲线 a、绘制归一化超孔压消散曲线 静止孔隙水压力及均衡孔隙水压力 静止孔隙水压力按测试土层中的静水压力计值 均衡孔隙水压力取孔压消散达稳定时的孔压值 各时刻的归一化超孔压比 按下式计算 以 为纵轴，以时间t(s)的对数lgt为横轴，绘制归一化的超孔压消散曲线 b、绘制超孔压随时间的消散过程曲线（可以utt和ut lgt两种格式），各种孔压消散曲线形态,第六节影响静力触探测试成果精度的主要因素及对策,影响静力触探测试成果的因素很多，只有深入地了解这些影响因素，才能更好地校正和应用测试成果；同时，对测试设备的标准化及测试方法的科学化
37、也会有很大的促进作用。下面将对一些主要影响因素进行叙述和讨论。,1探头及探杆的规格,探头形状及尺寸的标准化与科学化对测试成果的应用、交流和对比都有很重要的意义。单桥Ps 双桥qc、fs Ps qc qc、fs 都随锥底面积的增大而减小；侧壁摩擦筒长度增大时，qc增大，fs减小。探杆外径、摩擦筒与锥底面直径应保持一致。因此，国外普遍使用直径相同的锥头、摩擦筒及探杆。国内原有的标准不统一，现已向同径方向发展。目前，国内、外已普遍规定静力触探的锥头为圆锥形，其顶角为60，所不同的是锥头底面积。国际上建议锥头底面积一般为10cm2；仅对坚硬土层才允许使用15cm2：或20cm2的锥头。,2贯入速率,贯
38、入速率不同，贯入阻力也不同。但在常用贯入速率（2cms左右）的情况下，对贯入阻力的影响很小（具体影响参考静力触探贯入速率对其测试成果影响的关系曲线）。事实上，静力触探的贯入速率一般采用12cm/s。,3孔压探头的饱和问题,如用可测孔隙水压力的探头进行触探时，必须对探头进行严格饱和。这样才能准确测量出触探时所产生的超孔隙水压力及超孔隙水压力消散值。如果未饱和或饱和不彻底，则会滞缓孔隙水压力的传递速度，使部分超孔隙水压力消耗于压缩在探头中的未排尽的空气上，严重影响测试成果的准确性（如图所示）。,4温度影响,温度变化会引起探头内部的电阻应变片变长，从而使其阻值发生变化，导致测量结果的大误差。产生温度
39、变化的重要原因之一是地面温度与地下温度的不同，特别在夏天与冬天。此外还有应变片通电时间过长，产生电阻热；探头所摩擦。措施：（1）采用温度补偿或自动温度补偿应变片来补偿温度变化对探头测试数据的影响；（2）防止暴晒与受冻；（3）探头贯入地下约0.51.0m，停止贯入510min，使探头的温度与地下的温度一致，然后调零。,5透水滤器位置的影响,孔压探头上透水滤器的安装位置不同，所测孔隙水压力值也不同（见图）。一般认为，当将透水滤器装在锥尖或圆锥侧面上时，对孔隙水压力的变化反应灵敏，但易遭受破坏和磨损；装在圆锥底面上也可以较灵敏地反映孔隙水压力的变化，并且使用寿命较长。在饱和土层中进行触探时，会产生超
40、孔隙水压力。在不同土层中，这种孔隙水压力u值差别很大，因而对锥尖阻力 值的影响也不同，如在饱和软粘土中，u对 的影响十分显著。不同土层的U值，可相差很大。在砂土中，qt与qc 仅相差1；但在淤泥质土中，qt与qc 相差达50以上，不容忽视。,6其他影响因素,其它影响因素包括探杆倾斜弯曲、地层软硬相间或变化较大及含有孤石、砖瓦等。它们使探孔偏斜，量测成果不能如实反映地层贯入阻力的变化情况，影响成果精度，有时会得出错误结论。禁止使用弯曲的探杆，特别是靠近探头处的5节探杆应非常平直，以保证触探孔的垂直性。其它影响因素还包括仪器量测精度、操作人员熟练程度及所使用的规范等。,第七节静力触探测试成果的应用
41、,静力触探是应用很广的一种原位测试技术，其用途可归纳为以下几方面：一、土层划分（1）对每一个静力触探孔都要绘制各种贯入阻力曲线图(qc h，fs h，FR h，Uh)，然后根据相近的 qc、FR、Bq（孔隙水压力系数，意义见后）等，将触探孔分层，并计算每一分层参数的平均值。其计算公式可统一表示为：式中：各触探参数每层平均值代号；各层触探参数；n 各层触探参数统计数。,（2）力学分层与工程地质分层：单纯根据贯入阻力曲线(触探阻力的大小)或参数的分层为力学分层。必须结合钻探取样资料或当地经验，进一步将力学分层变为工程分层(工程地质分层)，其办法是：,根据贯入曲线特征和参数值大小，结合下述土类划分的
42、具体标准进行下一步工程地质分层。如图 A硬壳层；B非粘性土表层；C软粘土；D砂填土；E中密粉土，砂；F密实粉砂，砂或砾石；G密实砾石或冰碛土；H向冰碛土过渡；J粘土与砂土互层：K粉砂；L冰碛粘土,各土层锥头阻力曲线特征,在确定土层分界面时需考虑临界深度和层面影响段。模型试验及实测表明：地表厚层均质土的贯入阻力自地面向下是逐渐增大的。当超过一定深度后，阻值才趋于近似常数值。这个土层表面下的“一定深度”，称为临界深度（hcr）。如下层土硬，阻值随探头贯入深度增大而继续增大；如下层土软，则变小。这一变化称为滞后段。同样下层也有一个变化段，称为超前段，可统称为层面影响段。土层分界面应基本位于层面影响段
43、（滞后段和超前段曲线）的中间位置。如图所示。需要说明的是，临界深度在砂土中表现比较明显，而在粘土中基本不存在。这主要是由于砂土颗粒之间无或少内聚力，其抗剪强度主要由砂土的内摩擦角决定的。,土类划分,静力触探测试表明，土类及其成因、时代、密实度不同，一般其锥尖阻力或比贯入阻力也会有明显不同；也有不同土类由于某种原因（如砂层和老粘土）可能有相同的锥尖阻力（或比贯入阻力），而侧壁摩擦力和孔压值可大不相同。因而在划分土类时，要求以qc 为主，结合 fs（或 FR）和孔压值（或孔压参数比）予以划分，并以同一分层内的触探参数值基本相近为原则。目前，三种探头所测土层或土类参数均可用来划分土层或土类，但其划分
44、精度有很大差别。（1）单桥探头法由于单桥探头只能测Ps 一个参数，而用双桥或孔压探头能测多个参数，因此用前者划分土类的精度就低。根据工程勘察实践，如 Ps h曲线平缓，且 Ps值较小，一般为粘性土层；如曲线呈锯齿状，值又大者，一般为砂层。,2双桥探头法：在划分土类时，以 qc为主，结合fs（或 FR），并在同一层内的触探参数值基本相近为原则。不同的土有不同的 FR，砂类土FR 通常小于或等于1，粘性土FR 常大于2。常用的有以下几种方法：,a）铁道部TBJ3793规则法 此法的优点是，建立了土类划分边界方程，便于计算机处理；其缺点是划分土类太粗。,b）中国地质大学法：因为 qc、fs、FR 三
45、个参数对划分土类均有影响，将其联合运用，效果更好。对正常固结土而言，颗粒直径变大，qc和 fs也随之增大，而 FR却随着变小。但对同一类土，FR值却相对固定，如砂土的 FR值一般小于1。,根据作者的大量实践，将 qc、fs、FR 三种实测数据与土类对比，制成图，以供划分土类之用。具体用法是平行各参数(qc，fs)0线边查各参数具体值、FR查底边。平行线(qc，fs)交点落在所要求的土类范围内。,c）双桥静力触探确定土类的其它方法 国外方法：以Roberston和Campanella所推荐的方法为代表，根据锥尖阻力和摩阻比来划分土类，参见图。用此法对一般土进行分类，效果良好。图2为图1曲线的修正
46、型，其应用范围更广一些。,（3）孔压探头法：用孔压探头所测的参数（一般为锥尖阻力、孔隙水压力及侧壁摩擦阻力）在划分土类方面都很有用。它比用双用探头法划分土类的精度又有了很大提高，特别是在区分砂（层）和粘土（层）方面的精度极高。孔隙水压力值随土类、深度等的不同而异。为了便于比较，一般采取孔隙水压力参数比 Bq来划分土类。常用的有以下几种方法：,a）铁道部TBJ3793规则法；使用透水滤器置于锥面的孔压探头时，可按如图所示划分土类。当透水滤器置于锥底以上圆柱面部位时，将其数据uT 通过公式=uT/ud（与土质、状态有关，根据表格查得）转换为ud，然后计算出Bq，再按图判定土类。,b）国外法以Rob
47、erston和Campanella所推荐的方法为代表，根据锥尖阻力和摩阻比来划分土类。其他还有Senneset和Janbu所推荐的方法根据锥尖阻力和孔压参数比来划分土类。Jones和Rust根据超孔压u 与qcv0 来划分土类。,根据根据锥尖阻力和摩阻比来划分土类,根据锥尖阻力和孔压参数比来划分土类,根据超孔压u 与qcv0 来划分土类,二、确定土的物理力学性质指标 室内土工试验指标（如压缩模量 Es，液性指数 IL，孔隙比e，天然重力密度，含水量W，抗剪强度指标C、Cu，砂土的相对密度Dr 等）与静力触探参数qc、Ps、FR 等之间的关系也呈现出一定的规律性。如 Es、Dr、和 qc（或 P
48、s）都反映土的强度特性，一个会随着另一个的增大而增大。e、IL、W形的增大，表明土的强度在降低；相应地，qc（或 Ps）也会随之减小。的增大表明土的密实度增大，土的强度随之增高，qc（或 Ps）也增高。因此，可以建立静力触探参数与土的物理力学性质之间的关系。在建立上述关系时，应注意砂类土和粘性土的差异而有所区别。,（1）砂类土：CPT可以确定砂土内摩擦角、相对密实度 Dr，下面以铁道部静探规范（TBJ3793）为例说明。,砂土的内摩擦角,石英质砂土的相对密度,（2）粘性土：CPT可以确定粘性土的内聚力C和内摩擦角、软粘土的不排水抗剪强度 Cu和灵敏度 St，判断粘性土的稠度状态，求解粘性土地饱
49、和重度sat、压缩模量Es 及变形模量E0 等。求粘性土的内聚力C和内摩擦角：孟高头作者在大量工程实践的基础上，将双桥静力触探成果（qc和 fs）和室内直剪（或三轴）试验成果（C和）进行统计分析，结果发现：土的内摩擦角的正切函数与锥尖阻力的平方根之间呈现良好的线性相关：,对于粘性土，C与 之间存在着如下关系式：式中，a、b为系数，与土类有关。当16 fs80kPa时，a12.14，b32.77；当1 fs9时，a 5.47，b3.80。确定粘性土的不排水抗剪强度：一般按 式求粘性土不排水抗剪强度。NK经验系数，NK随软粘土灵敏度的增高而降低，一般为510。,求软粘土灵敏度：根据中国地质大学在深
50、圳和武汉软土地基的勘察和研究中，发现双桥静力触探和十字板测试的软土灵敏度（St）之间存在如下关系：St=100FR,判断土的潮湿程度（稠度状态）：土越潮湿，含水量越大，其强度越低，贯入阻力越小，所以 Ps（qc）和，IL或W之间也存在一定关系。判断方法如表所示。,单桥探头法（ps）（MPa）,孔压探头法（TBJ3793）,求饱和重力密度sat：粘性土饱和重力密度值取决于土粒相对密度，而d和土的密实度呈正相关（西南交大研究成果），则和 Ps也呈正相关，由此可得：,当0.2 Ps2.5（MPa）,当2.5 Ps6.9（MPa）,求土的压缩模量：压缩模量值愈高，表明土的压缩性愈低。铁道部规范（TBJ
