发布时间 : 星期一 文章圆锥动力触探和标准贯入试验（简介及存在问题） - 图文更新完毕开始阅读5e1d8f88de80d4d8d15a4fd2
钻杆、导向杆联接后的垂直度。孔口宜加导向器，以保证穿心锤中心施力。贯入器放入孔内后，应测定贯入器所在深度，要求残土厚度不大于0.1m。
（3）将贯入器以每分钟击打15~30次的频率，先打入土中0.15m，不计锤击数；然后开始记录每打入0.10m及累计0.30m的锤击数N，并记录贯入深度与试验情况。若遇密实土层，锤击数超过50击时，不应强行打入，并记录50击的贯入深度。
（4）旋转钻杆，然后提出贯入器，取贯入器中的土样进行鉴别、描述记录，并测量其长度。将需要保存的土样仔细包装、编号，以备试验之用。
（5）重复1~4步骤，进行下一深度的标贯测试，直至所需深度。一般每隔1m进行一次标贯试验。
2．注意事项：
钻孔时应注意下列各条。
（1）须保持孔内水位高出地下水位一定高度，以免塌孔，保持孔底土处于平衡状态，不使孔底发生涌砂变松，影响N值；
（2）下套管不要超过试验标高；
（3）须缓慢地下放钻具，避免孔底土的扰动；
（4）细心清除孔底浮土，孔底浮土应尽量少，其厚度不得大于10cm；
（5）如钻进中需取样，则不应在锤击法取样后立刻做标贯，而应在继续钻进一定深度（可根据土层软硬程度而定）后再做标贯，以免人为增大N值；
（6）钻孔直径不宜过大，以免加大锤击时探杆的晃动；钻孔直径过大时，可减少N至50%，建议钻孔直径上限为100mm，以免影响N值。
标贯和圆锥动力触探测试方法的不同点，主要是不能连续贯入，每贯入0.45m必须提钻一次，然后换上钻头进行回转钻进至下一试验深度，重新开始试验。另外，标贯试验不宜在含有碎石的土层中进行，只宜用于粘性土、粉土和砂土中，以免损坏标贯器的管靴刃口。
基本测试原理
动力触探是将重锤打击在一根细长杆件（探杆）上，锤击会在探杆和土体中产生应力波，如果略去土体震动的影响，那么动力触探锤击贯入过程可用一维波动方程来描述。
动力触探基本原理也可以用能量平衡法来分析，现将分析方法叙述如下。 对于一次锤击作用下的功能转换，按能量守恒原理，其关系可写成：
Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee （3-1）
式中：Em——穿心锤下落能量；
Ek——锤与触探器碰撞时损失的能量； Ee——触探器弹性变形所消耗的能量；
Ef——贯入时用于克服杆侧壁摩阻力所耗能量； Ep——由于土的塑性变形而消耗的能量； Ee——由于土的弹性变形而消耗的能量。 各项能量的计算式如下： 落锤能量：
Em=Mgh·? （3-2）
式中：M——重锤质量；
h——重锤落距； g——重力加速度；
?——落锤效率（考虑受绳索、卷筒等摩擦的影响，当采用自动脱钩装置时?=1）。
碰撞时的能耗，根据牛顿碰撞理论得：
m?Mgh(1?k2)Ek? （3-3）
M?m式中：M，g，h——意义同（3-2）式；
m——触探器质量；
k——与碰撞体材料性质有关的碰撞作用恢复系数。
触探器弹性变形的能耗：
R2?lEc? （3-4）
2Ea式中：l——触探器贯入部分长度；
E——探杆材料弹性模量： a——探杆截面积：
R——土对探头的贯入总阻力（kN）。 土的塑性变形能：
EP=R·SP （3-5）
式中：R——意义同（3-4）式：
Sp——每锤击后土的永久变形量（可按每锤击时实测贯入度e计）。 土的弹性变形能：
Ee=0.5R·Se （3-6）
式中：R——意义同（3-4）式；
Se——每锤击时土的弹性变形量。
Se值在试验时未测出，可利用无限半空间上作用集中荷载时的明德林（Mindlin）解答并通过击数与土的刚度建立的如下关系确定。
0.66R?DSe? （3-7）
A?N?p0??式中：R——意义同（3-4）式；
D——探头直径（m）； A——探头截面积（m2）：
N——永久贯入量为0.1m时的击数； p0——基准压力，p0=1kPa；
?——土的刚度系数（经验值：粘性土，?=800；砂土，?=4000）。
将式（3-1）至式（3-6）合并整理得：
MghM?mk2R2lR????f （3-8）
SP?0.5SeM?m2Ea式中：f为土对探杆侧壁摩擦力（kN）；其他符号意义同（3-1）至（3-6）式。 如果将探杆假定为刚性体（即杆无变形），不考虑杆侧壁摩擦力影响，则（3-8）式变成海利（Hiley A.）动力公式：
MghM?mk2 （3-9） R??SP?0.5SeM?m考虑在动力触探测试中，只能量测到土的永久变形，故将和弹性有关的变形略去，因此，土的动贯入阻力Rd也可表示为（3-10）式，称荷兰动力公式。
M2ghRd? （kPa） （3-10）
e(M?m)A式中：e——贯入度（mm），即每击的贯入深度，e=?S/n，?S为每一阵击（n击）的贯入深度（mm）；
A——圆锥探头的底面积（m2）。
试验成果的整理分析
目前使用较多的是机械式动力触探，数据采集使用人工读数记录的方式。现将其数据整理的一般过程和要求列出于下。
1．检查核对现场记录
在每个动探孔完成后，应在现场及时核对所记录的击数、尺寸是否有错漏，项目是否齐全；核对完毕后，在记录表上签上记录者的名字和测试日期。
2．实测击数校正 （1）轻型动力触探
1）轻型动力触探不考虑杆长修正，根据每贯入30cm的实测击数绘制N10~h曲线图。 2）根据每贯入30cm的锤击数对地基土进行力学分层，然后计算每层实测击数的算术平均值。
（2）中型动力触探
在《工业与民用建筑工程地质勘察规范》（TJ21-77）附录三中规定：贯入时，应记录一阵击的贯入量及相应锤击数（一般粘性土，20~30cm为一阵击；软土，3~5击为一阵击），并按（3-11）式换算为每贯入10cm的实测击数，再按（3-12）式进行杆长击数校正。
N28?n?10 （3-11） SN?28=?N28 （3-12）
上列式中：N28——相当于贯入10cm时的实测锤击数（击/10cm）；
n——每阵击的锤击数；
S——每阵击时相应的贯入量（cm）； N '28——校正后的击数（击/10cm）；
?——杆长校正系数，见相应规范。
（3）重型、超重型动力触探
1）铁路《动力触探技术规定》（TBJ8-87）中规定，实测击数应按杆长校正。 重型动力触探的实测击数（N63.5），按下式进行校正：
N?63。5=?N63。5 （3-13）
式中：N?63。5——校正后的击数（击/l0cm）；
?——杆长校正系数，，查表3-2；
N63。5——实测击数（击/10cm）。
表3-2 重型动力触探杆长击数校正系数? ? N63.5 l ?2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 5 1.0 0.96 0.93 0.90 0.88 0.85 0.82 0.79 0.77 0.75 10 1.0 0.95 0.90 0.86 0.83 0.79 0.76 0.73 0.70 0.67 15 1.0 0.93 0.88 0.83 0.79 0.75 0.71 0.67 0.63 0.59 20 1.0 0.92 0.85 0.80 0.75 0.70 0.66 0.62 0.57 0.53 25 1.0 0.90 0.83 0.77 0.72 0.67 0.62 0.57 0.53 0.48 30 1.0 0.89 0.81 0.75 0.69 0.64 0.58 0.54 0.49 0.44 35 1.0 0.87 0.79 0.73 0.67 0.61 0.56 0.51 0.46 0.41 40 1.0 0.86 0.78 0.71 0.64 0.59 0.53 0.48 0.43 0.39 ?50 -- 0.84 0.75 0.67 0.61 0.55 0.50 0.45 0.40 0.36 注：l为探杆总长度（m）；本表可以内插取值。
超重型动力触探的实测击数（N120），应先按公式（3-14）换算成相当于重型的实测击数（N63.5），然后再按公式（3-13）进行杆长击数校正。
N63.5=3N120-0.5 （3-14）
式中：N63.5——相当于重型实测击数（击/10cm）；
N120——超重型实测击数（击/10cm）。 2）中国西南建筑勘察院对杆长击数的校正
对超重型动力触探的实测击数（N120），无须换算成重型动力触探的实测击数，可直接按（3-15）式及表3-3进行杆长击数校正。
N?120=?N120 （3-16）
式中：N?120——修正后的超重型击数（击/10cm）；
N120——超重型实测击数（击/10cm）。
关于超重型动力触探的杆长修正问题，铁路规范与西南勘察院的不同之处有两点： a. 铁路规范需将N120的实测击数换算成相当于N63.5的实测击数后再作杆长修正。西南勘察院则直接用N120的实测击数进行修正。
b. 铁路规范N120所用探杆直径为50mm，每延米质量为7.5kg，可与N63.5共用，并能在工作过程中互换重锤。西南勘探院所用探杆直径为60mm，每延米质量为11.4kg，工作过程中不能与N63.5进行重锤互换。除以上两点外，二者的其他设备参数基本相同。
3．绘制动力触探击数沿深度分布曲线
以杆长校正后的击数为横坐标，以贯入深度为纵坐标绘制曲线图。因为采集的数据表示每贯入某一深度的锤击数，故曲线图一般绘制成沿深度方向的直方图。
表3-3 西勘院采用的超重型动力触探杆长击数校正系数? ? N120 l 1 2 3 5 7 9 1 1.0 0.963 0.942 0.915 0.897 0.884 3 1.0 0.961 0.875 0.817 0.778 0.750 5 1.0 0.910 0.858 0.792 0.749 0.716 7 1.0 0.905 0.850 0.781 0.735 0.700 9 1.0 0.902 0.845 0.773 0.726 0.690 10 1.0 0.901 0.843 0.770 0.722 0.680 15 1.0 0.896 0.835 0.758 0.707 0.670 20 1.0 0.891 0.828 0.748 0.695 0.656 25 1.0 0.888 0.822 0.739 0.685 0.644 30 1.0 0.884 0.817 0.732 0.676 0.634 35 1.0 0.881 0.812 0.725 0.667 0.624 40 1.0 0.879 0.808 0.719 0.660 0.616