動力觸探試驗

1、2022-2-2112.動力觸探試驗(DPT)2022-2-2122022-2-2132.動力觸探試驗2.1概述2.1.1 基本原理 動力觸探是利用一定的錘擊能量將帶有圓錐探頭的探桿打入土中，根據(jù)打入土中的難易程度（貫入度）來判別土的性質的一種原位測試方法。 貫入度的大小，在一定條件下反映了土層力學性質的差異。2.1.2 特點 1.設備簡單，操作方便； 2.速度快，工效高，費用??； 3.適應范圍廣且可連續(xù)檢測； 4.檢測數(shù)據(jù)試驗誤差較大。 2022-2-2142.1.3 發(fā)展概況1.最早的雛形：用鋼釬貫入土中，根據(jù)貫入的難易程度評價路基、堤壩的填土質量。2.1902年：C.R.Gow用116

2、磅重錘，將直徑1英寸的取土管打入土層取樣。3. 1927年：Hart等設計了一種2英寸的對開取土器，并采用作為探頭。4.1948年：Terzaghi和Peck 在改進后公開推廣。5. 1957年：Palmar和Stuart用圓錐頭代替管靴。（由于標準貫入器的特殊性）6. 我國自1953年引進標準貫入實驗，70年代推廣。2022-2-2152.1.4 現(xiàn)狀及研究方向 我國動力觸探的發(fā)展速度比歐洲和其它國家快，自動力觸探正式列入國家規(guī)范以來，在設備類型上趨于統(tǒng)一和標準化。它已經(jīng)成為我國對粗顆粒土的地基勘察測試的主要手段。 在評價碎石類土的工程性質方面積累了較豐富的經(jīng)驗，應用范圍和功能在不斷拓寬，對

3、動力觸探的影響因素和機理方面研究也有新的進展。 目前研究方向： 1.動力觸探在粘性土方面的應用研究； 2.動力觸探的影響因素和機理方面的研究； 3.電測動力觸探的量測技術和數(shù)據(jù)處理研究； 4.動力觸探在樁基勘察中的應用研究； 5.利用實測貫入阻力、貫入速度等參數(shù)判釋土的特性研究。2022-2-2162.2動力觸探機理分析2.2.1.能量平衡法：認為在一次錘擊作用下的功能轉換遵循能量守衡原理。Em=Ek+Ec+Ef+Ep+EeEm：穿心錘下落能量；Ek ：錘與觸探器碰撞時損失的能量；Ec ：觸探器彈性變形所消耗的能量；Ef ：貫入時用于克服桿側壁摩阻力所消耗的能量；Ep ：由于土的塑性變形而消耗

4、的能量； Ee ：由于土的彈性變形而消耗的能量。各項能量的計算式如下：落錘能量： Em=Mgh * 式中M: 重錘質量; h: 重錘落距 ; g : 重力加速度; : 落錘效率。 2022-2-217碰撞時能耗，根據(jù)牛頓碰撞理論得： Ek=m*Mgh（1-k2）/ （M+m）式中M: 重錘質量； h: 重錘落距 ； g : 重力加速度；m：觸探器質量；k：與碰撞體材料性質有關的碰撞作用恢復系數(shù)。觸探器彈性變形的能耗 （s=NL/EA）Ec=R2*l/2E*al：觸探器長度；E：探桿材料彈性模量；a：探桿截面積；R：土對探頭的貫入阻力。2022-2-218土的塑性變形能：Ep=R*SpR：土對探

5、頭的貫入阻力；Sp ：每錘擊后土的永久變形。土的彈性變形能：Ee=0.5R*SeR：土對探頭的貫入阻力；Se ：每錘擊后土的彈性變形量。2022-2-219合并 各式有：R=Mgh/（ 0.5Se +Sp）*（M+mk2）/（M+m）-R2l/2Ea f式中：f為土對探桿側壁摩擦力（kN）。 如果將探桿假定為剛性體，且不考慮探桿側壁摩擦力影響，則上式變?yōu)楹＠剑篟=Mgh/（ 0.5Se +Sp）*（M+mk2）/（M+m） 考慮在動力觸探中，只能測量到土的永久變形，故將彈性變形省去，則上式變?yōu)楹商m動力公式：R=M2gh/（ M+m） Sp 假設為彈性碰撞，則上式變?yōu)楣こ绦侣劰剑篟=Mgh

6、/ （ 0.5Se +Sp）2022-2-21102.2.2.波動方程法： 動力觸探是將重錘打擊在一根細長桿件上，錘擊會在探桿和土體中產(chǎn)生應力波，如果略去土體震動的影響，那么動力觸探錘擊貫入過程可以用一維波動方程來描述。（類似于打樁）2022-2-21112.2.3.動力觸探的臨界深度1.定義：在地層力學強度基本相近的條件下，動力觸探從地面開始連續(xù)貫入時，在初始階段，動力觸探擊數(shù)(N)或貫入阻力(R)是隨深度(h)的增加而增大,相應地表變形(開裂、隆起）現(xiàn)象也隨之變化。當貫入深度達到某一深度（hcr）之后，N或R趨于穩(wěn)定。此時地表變形也相應地不再繼續(xù)發(fā)展。通常把深度hcr即N-h曲線上第一個明

7、顯拐點處相應的深度稱為動力觸探試驗的臨界深度。2022-2-21122.臨界深度值 根據(jù)大量動力觸探試驗及觀測資料分析有如下結論：在同一均勻地層中，臨界深度值隨探頭直徑增大而加深；在探頭直徑相同時，臨界深度值隨土層的擊數(shù)（N）或貫入阻力（R）增大而加深；重型動力觸探在一般地層中，其臨界深度為0.5-1.0米。3.理論分析 根據(jù)土力學經(jīng)典理論分析：在地面下的臨界深度范圍內，探頭在貫入時，土體是以剪切變形為主；探頭貫入超過臨界深度以后，土體側向約束應力增大，以壓縮變形為主。（也就是說，當探頭的貫入深度超出臨界深度范圍之后，動力觸探每錘擊的貫入度或擊數(shù)主要是受土體的壓縮性和密實程度控制。）2022-

8、2-21132.3試驗方法和主要技術要求 2.3.1 圓錐動力觸探試驗技術要求應符合下列規(guī)定：1 采用自動落錘裝置（重型和超重型）； 2 觸探桿最大偏斜度不應超過2%（最初5米最大偏斜度不應超過1% ），錘擊貫入應連續(xù)進行；同時防止錘擊偏心、探桿傾斜和側向晃動，保持探桿垂直度；錘擊速率每分鐘宜為1530 擊；3 每貫入1m，宜將探桿轉動一圈半；當貫入深度超過30m，每貫入20cm 宜轉動探桿一次； 4 對輕型動力觸探當N10100 或貫入15cm 錘擊數(shù)超過50 時,可停止試驗；對重型動力觸探，當連續(xù)三次N63.550 時，可停止試驗或改用超重型動力觸探。 2022-2-2114 2.3.2

9、圓錐動力觸探試驗成果分析應包括下列內容：1 單孔連續(xù)圓錐動力觸探試驗應繪制錘擊數(shù)與貫入深度關系曲線；2 計算單孔分層貫入指標平均值時，應剔除臨界深度以內的數(shù)值、超前和滯后影響范圍內的異常值；3 根據(jù)各孔分層的貫入指標平均值，用加權平均法計算場地分層貫入指標平均值和變異系數(shù)。2.3.3 根據(jù)圓錐動力觸探試驗指標和地區(qū)經(jīng)驗，可進行力學分層,評定土的均勻性和物理性質(狀態(tài)、密實度)、土的強度、變形參數(shù)、地基承載力、單樁承載力、查明土洞、滑動面、軟硬土層界面,檢測地基處理效果等。應用試驗成果時是否修正或如何修正，應根據(jù)具體情況確定。 2022-2-2115土層界面的影響 我們知道，天然地層一般由多種不

10、同性質的土層組成，因此，研究和分析土層界面附近貫入時的狀態(tài)和特征，對研究動力觸探機理和實際應用方面，都有重要意義。 1）存在現(xiàn)象 當?shù)貙咏缑嫔舷峦翆拥膿魯?shù)有明顯差異時，在界面位置處的擊數(shù)值并無突變。擊數(shù)值的突變點，出現(xiàn)在距界面上下一定距離范圍內，在界面位置附近N值呈漸變過渡。 2）原因分析超前影響滯后影響2022-2-21163）結論當上覆為硬層（如卵石層）、下臥為軟層（如松散中砂）時，其界面影響范圍大，而且超前影響段大于滯后影響段。當上覆為軟層（如粘土層）、下臥為硬層（如中密卵石土）時，其界面影響范圍較小，而且超前影響段小于滯后影響段。當上下土層強度相近，雖有明顯界面存在，但由于界面上下土層

11、擊數(shù)差別不大，此時界面影響不明顯。土層界面影響范圍隨上下土層強度差異增大而擴大，一般小于0.7米。2022-2-2117 圓錐動力觸探試驗的類型可分為輕型、重型和超重型三種，其規(guī)格和適用土類應符合下表規(guī)定：2022-2-21182.4動力觸探設備和實驗方法2.4.1 機械式動力觸探1.動力觸探設備1）動力觸探儀的主要部件導向桿提引器重錘錘座探桿探頭2022-2-21192022-2-21202022-2-21212022-2-21222022-2-21232）動力觸探試驗的主要機具設備動力機承重架提升設備起拔設備2.動力觸探類型2022-2-21242.4.2 電測式動力觸探1.實驗裝置及測試

12、系統(tǒng)1）測試設備量測儀器顯示儀記錄儀數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)2）傳感器電阻式測力傳感器加速度傳感器位移傳感器2022-2-21252.動態(tài)測試儀器1)通用系統(tǒng) 傳感器動態(tài)應變儀光線示波器2) 動測儀系統(tǒng) 傳感器濾波放大采樣轉換存貯3. 現(xiàn)場操作注意事項 1) 儀器調試 2) 是否有強電磁場干擾 3) 外接電源需穩(wěn)壓器 4) 每層測試次數(shù)視波形情況而定 5) 加長探桿時避免破壞信號線 6) 人工量測貫入度,記錄實驗探桿總長度及入土深度2022-2-21262.5動力觸探現(xiàn)場操作及影響因素2.5.1 適應范圍及操作方法1.適應范圍1）輕型:粘性土、粉土、素填土、粉細砂（連續(xù)貫入深度小于4米。）主要用于：提供淺

13、基礎地基承載力、變形模量；檢驗地基土的夯實程度；檢驗基底是否存在下臥軟層。2022-2-21272）重型：中砂碎石土及粘性土、粉土、素填土、粉細砂；特重型：碎石土、粗砂、礫砂及塊石土；主要用于：確定地基承載力、評價地基土變形模量；檢驗地基加固效果；提供土的密實度、空隙比等物理力學參數(shù)；劃分土層及命名。2022-2-2128 模量模量是材料的應力應變關系曲線的斜率，即應力的增量除以應變的增量，其量綱與應力的量綱相同；由不同的材料（如土、混凝土、鋼材）、用不同的試驗方法（如靜力試驗、重復荷載試驗、動荷載試驗、壓縮試驗、載荷試驗、旁壓試驗等），在不同的應力條件下得到的曲線上（如單軸應力條件、三軸應力

14、條件、側向自由膨脹條件、側限條件等）可以求得不同的模量，在曲線的不同部位求得的模量也不相同（如切線模量，割線模量）。2022-2-2129 楊氏模量楊氏模量：固體材料受力后發(fā)生形變,在彈性限度內,材料的應力與應變之比是一個常數(shù),叫楊氏模量。它描述材料抵抗形變能力的大小,與材料的結構,化學成分及制造方法有關,是工程技術中常用的力學參數(shù).揚氏模量又叫彈性模量,用英文E表示。 剪切模量剪切模量：剪應力與剪應變的比G為常數(shù),稱為材料的剪切模量,其物理意義與彈性模量E類似,即說明材料抵抗剪切破壞的能力,其的大小隨材料而異,可由試驗測定。彈性模量E、泊松比、剪切模量G之間的關系為G=E/2（1+），這三個

15、值隨溫度的變化其值也變化。2022-2-2130 壓縮模量壓縮模量是土在側向不能自由膨脹條件下（側限）豎向應力與豎向應變之比，由壓縮試驗求得。 變形模量變形模量是土在側向自由膨脹的條件下應力與應變之比，由載荷試驗求得；對于均質、各向同性的土，各個方向的變形模量是一樣的。旁壓模量旁壓模量的性質是和變形模量一樣的，也是在側向自由膨脹的條件下應力與應變之比，而且是各個方向一樣的，其數(shù)值與試驗條件有關，不一定相等。2022-2-21312.操作方法1）輕型先用輕便鉆具開孔至需試驗地層，然后觸探；重錘重10kg,提升高度為50cm，頻率為15-30擊/分鐘；現(xiàn)場記錄：每貫入30cm的錘擊數(shù)，如遇堅硬地層

16、，可記錄每貫入10cm的錘擊數(shù)，但最終以30cm的錘擊數(shù)為指標。2022-2-21322）重型、超重型：儀器檢查；錘座距孔口不宜超過1.5米；重錘自由下落，重錘重63.5kg,提升高度為76cm，頻率為15-30擊/分鐘；（120kg/100cm)記錄每貫入10cm的錘擊數(shù)，如遇堅硬地層，每貫入10cm的錘擊數(shù)50擊，宜采用超重型，如遇松軟地層，采用超重型每貫入10cm的錘擊數(shù)小于5擊，宜采用重型；采用重型每貫入10cm的錘擊數(shù)小于5擊時，可記錄每陣擊（1-5擊）的貫入度，然后換算： N=n*10/s2022-2-21332022-2-21342.5.2影響因素1.桿長的影響1）理論牛頓碰撞理

17、論彈性波動理論2）是否修正不修正：巖土工程勘察規(guī)范，水利電力部相關動力觸探規(guī)程。修正：建設部、鐵道部、冶金部的動力觸探規(guī)程；修正辦法：N值乘一小于等于1的系數(shù)。 見P632022-2-2135擊數(shù)桿長校正及統(tǒng)計分析1）輕型動力觸探（不考慮桿長修正，據(jù)N-h曲線力學分層計算每層的N）以每層實測擊數(shù)之算術平均值作為該層的最終值。 N10= N10 i/n2）中型動力觸探：貫入時，記錄一陣擊的貫入量及相應錘擊數(shù)（一般粘性土20-30cm為一陣擊；軟土3-5cm為一陣擊）按下式換算為每貫入10cm的實測擊數(shù)再校正。 N28=n*10/s； N28= N283）重型、特重型動力觸探鐵道部門：N63.5=

18、N63.5 N63.5=3N120-0.5建設部、冶金部：N63.5=N63.52022-2-21362.地下水的影響 對地下水位以下的中、粗砂、礫石、卵石層，按下式進行修正： N63.5= 1.1N63.5 +1.03.上覆土壓力的影響 N63.5= N63.5 50/（v+10）4.桿側摩擦的影響 在軟粘土、有機土中，桿側摩擦力的影響較大，對地下水位以上中密-密實砂土，桿側摩擦力的影響可忽略不計。2022-2-21372.6試驗資料整理及成果應用2.6.1資料整理 資料整理包括繪制N-h曲線，土層劃分，計算土層平均貫入擊數(shù)。 1.繪制動力觸探N-h（N-h）曲線圖2022-2-21382.

19、土層力學分層原則：由軟層進入硬層時，分層界線可選在軟層最后一個小值點以下10-20cm處由硬層進入軟層時，分層界線可選在軟層第一個小值點以上10-20cm處。超前影響滯后影響2022-2-21393.計算各層擊數(shù)平均值1）劃出界面影響范圍，確定該層的有效厚度。2）在有效厚度內，剔除少量特殊點。（10%）。保留部分即為有效擊數(shù)，算術平均值即為動力觸探擊數(shù)值。3) 地層中存在夾薄層時,如有效厚度0.3m,則：上、下均為基數(shù)較大的土層時，擊數(shù)平均值取小于或等于該層中間部份擊數(shù)的小值；上、下均為基數(shù)較小的土層時，擊數(shù)平均值取大于或等于該層中間部份擊數(shù)的較大值。2022-2-21404.成果分析1)評定

20、場地地基土的均勻性；2)確定軟弱土層和堅硬土層的分布（進行力學分層）；3)評定地基土的狀態(tài)或密實度；4)估算地基土的力學性質。2022-2-21412.6.2工程應用1.評定地基的承載力與變形模量P651）粘性土建筑地基基礎設計規(guī)范GB50007-2002N10（粘性土）15202530fk（kPa）105145190230N10（素填土）10203040fk（kPa）851151351602022-2-2142廣東省建筑設計院 fk=24+4.5N10鐵二院（容許承載力） fk=41.08+30.3N63.52）碎石土鐵道部動力觸探技術規(guī)程水利水電部N63.5345681012fk（kPa）

21、140170 200 240 320 400 480N1203456810121416fk（kPa）250300 400 500 640 720 800850 9002022-2-21433）砂土 礫、粗、中砂 粉細砂N63.53456810fk（kPa）120150200240320400N63.5234567891012fk（kPa） 80110142 165 187 210 2322552773212022-2-2144 地基承載力地基承載力：廣義地講，地基承載力是地基土單位面積上承受荷載的能力；但在應用時一般是指不產(chǎn)生剪切破壞和不產(chǎn)生過量的沉降變形的承載能力，與水利行業(yè)的允許承載力和公

22、路行業(yè)的容許承載力是一個概念。但在建筑行業(yè)中，地基承載力往往只考慮地基強度的要求，對甲級、乙級及部分丙級建筑還要進行變形方面的驗算。2022-2-2145 極限承載力極限承載力：在外荷作用下，使地基瀕于破壞的荷載稱極限荷載，這時地基對基礎的反力稱為極限承載力。允許承載力允許承載力：也叫容許承載力，指地基土不產(chǎn)生剪切破壞和不產(chǎn)生過量的沉降變形的承載能力，一般用極限承載力除以一定的安全系數(shù)來確定。2022-2-2146 承載力基本值承載力基本值：是指根據(jù)每組載荷試驗或旁壓試驗等確定的該組試驗的承載力和根據(jù)物性指標查表所確定的承載力，是確定承載力標準值(或特征值)的基礎，用f0表示。承載力標準值承載

23、力標準值：是指對某一地層的各組承載力基本值經(jīng)按一定的原則(如變異系數(shù)修正，最小值原則等)經(jīng)統(tǒng)計處理后的地基承載力，所確定的是某一地層的承載力，用fk表示，這是老規(guī)范建筑地基基礎設計規(guī)范GBJ7-79中的說法，目前很多人仍沿用這種說法。 承載力設計值承載力設計值：是指對承載力標準經(jīng)過深度和寬度修正后確定的地基承載力，用f表示，這也是老規(guī)范建筑地基基礎設計規(guī)范GBJ7-79中叫法。 2022-2-2147 地基承載力特征值地基承載力特征值fak概念：“由載荷試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內規(guī)定的變形所對應的壓力值，其最大值為比例界限值。”是由荷載試驗直接測定或由其與原位試驗相關關系間接確定

24、和由此而累積的經(jīng)驗值。它相于載荷試驗時地基土壓力-變形曲線上線性變形段內某一規(guī)定變形所對應的壓力值，其最大值不應超過該壓力-變形曲線上的比例界限值。 修正后的地基承載力特征值修正后的地基承載力特征值fa是考慮了影響承載力的各項因素后，最終采用的相應于正常使用極限狀態(tài)下的設計值的地基允許承載力。 單樁承載力特征值單樁承載力特征值Ra是由載荷試驗直接測定或由其與原位試驗的相關關系間接推定和由此而累積的經(jīng)驗值。它相應于正常使用極限狀態(tài)下允許采用單樁承載力設計值。 2022-2-2148 臨塑荷載臨塑荷載：基礎邊緣地基土體將要出現(xiàn)尚未出現(xiàn)剪切破壞，即塑性區(qū)開展深度為零（=0）時，單位面積上地基所能承受的基底壓力，在ps關系曲線上對應的是從彈性變形階段過渡到塑性變形階段的界限荷載，為不允許地基土產(chǎn)生塑性區(qū)時的基礎底面壓力，一般用pcr表示。 塑性荷載塑性荷載：限制塑性區(qū)的最大開展深度（或允許地基產(chǎn)生一定范圍塑性區(qū)深度）所對應的基底壓力。 臨界荷載臨界荷載：為允許地基土產(chǎn)生一定深度范圍的塑性區(qū)時的基礎底面壓力，常用允許產(chǎn)生塑性變形的深度為基礎寬度的1/4或1/3，對應的臨界荷載分別用p1/4、 p1/3表示。 2022-2-2149影響地基承載力的因素影響地基承載力的因素地基承載力由三項組成：第一項為滑動土體自重所產(chǎn)生的抗力；第二