圆锥动力触探和标准贯入试验岩土工程原位测试技术教学.pptx

1第第3章内章内 容容3.1试验设备和方法试验设备和方法3.2基本测试原理基本测试原理3.3试验成果的整理分析试验成果的整理分析3.4试验成果的应用试验成果的应用3.5小小 结结23.1 试验设备和方法和方法 一、试验设备一、试验设备动动力力触触探探使使用用的的设设备备如如图图3-1，包包括括动动力力设设备备和和贯贯入入系系统统两两大大部部分分。动动力力设设备备的的作作用用是是提提供供动动力力源源，为为便便于于野野外外施施工工，多多采采用用柴柴油油发发动动机机；对对于于轻轻型型动动力力触触探探也也有有采采用用人人力力提提升升方方式式的的。贯贯入入部分是动力触探的核心，由穿心锤、探杆和探头组成。部分是动力触探的核心，由穿心锤、探杆和探头组成。3图图3-1 现场动力触探试验现场动力触探试验4现场动力触探试验现场动力触探试验5根根据据所所用用穿穿心心锤锤的的质质量量将将动动力力触触探探试试验验分分为为轻轻型型、中中型型、重重型型和和超超重重型型等等种种类类。动动力力触触探探类类型型及及相相应应的的探探头头和和探探杆杆规规格格见见表表3-1。6图图3-2 轻型动力触探仪（单位：轻型动力触探仪（单位：mm）偏心轮缩径式脱钩装置偏心轮缩径式脱钩装置7国国际际上上使使用用的的探探头头规规格格较较多多，而而我我国国的的常常用用探探头头直直径径约约5种种，锥锥角角基基本本上上只只有有60 一一种种。图图3-4是是重重型型和和超重型探头的结构图。超重型探头的结构图。标标准准贯贯入入使使用用的的仪仪器器除除贯贯入入器器外外与与重重型型动动力力触触探探的的仪仪器器相相同同。我我国国使使用用的的贯贯入入器如图器如图3-5。89二、试验方法二、试验方法（一）轻型、重型、超重型动力触探的测试程序和要求（一）轻型、重型、超重型动力触探的测试程序和要求1轻型动力触探轻型动力触探（1）先先用用轻轻便便钻钻具具钻钻至至试试验验土土层层标标高高以以上上0.3m处处，然然后后对对所所需试验土层连续进行触探。需试验土层连续进行触探。（2）试试验验时时，穿穿心心锤锤落落距距为为（0.50 0.02）m，使使其其自自由由下下落落。记录每打入土层中记录每打入土层中0.30m时所需的锤击数。时所需的锤击数。（3）若若需需描描述述土土层层情情况况时时，可可将将触触探探杆杆拨拨出出，取取下下探探头头，换换钻头进行取样。钻头进行取样。（4）如如遇遇密密实实坚坚硬硬土土层层，当当贯贯入入0.30m所所需需锤锤击击数数超超过过100击击或或贯贯入入0.15m超超过过50击击时时，即即可可停停止止试试验验。如如需需对对下下卧卧土土层层进进行行试试验时，可用钻具穿透坚实土层后再贯入。验时，可用钻具穿透坚实土层后再贯入。（5）本本试试验验一一般般用用于于贯贯入入深深度度小小于于4m的的土土层层。必必要要时时，也也可可在贯入在贯入4m后，用钻具将孔掏清，再继续贯入后，用钻具将孔掏清，再继续贯入2m。102重型动力触探重型动力触探（1）试试验验前前将将触触探探架架安安装装平平稳稳，使使触触探探保保持持垂垂直直地地进进行行。垂垂直直度的最大偏差不得超过度的最大偏差不得超过2%。触探杆应保持平直，连结牢固。触探杆应保持平直，连结牢固。（2）贯贯 入入 时时，应应 使使 穿穿 心心 锤锤 自自 由由 落落 下下，落落 锤锤 高高 度度 为为（0.76 0.02）m。地地面面上上的的触触探探杆杆的的高高度度不不宜宜过过高高，以以免免倾倾斜斜与与摆摆动太大。动太大。（3）锤锤击击速速率率宜宜为为每每分分钟钟15-30击击。打打入入过过程程应应尽尽可可能能连连续续，所有超过所有超过5min的间断都应在记录中予以注明。的间断都应在记录中予以注明。（4）及及时时记记录录每每贯贯入入0.10m所所需需的的锤锤击击数数。其其方方法法可可在在触触探探杆杆上上每每0.1m划划出出标标记记，然然后后直直接接（或或用用仪仪器器）记记录录锤锤击击数数；也也可可以以记记录录每每一一阵阵击击的的贯贯入入度度，然然后后再再换换算算为为每每贯贯入入0.1m所所需需的的锤锤击击数数。最最初贯入的初贯入的lm内可不记读数。内可不记读数。（5）对对于于一一般般砂砂、圆圆砾砾和和卵卵石石，触触探探深深度度不不宜宜超超过过1215m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻影响。超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻影响。11（6）每每贯贯入入0.1m所所需需锤锤击击数数连连续续三三次次超超过过50击击时时，即即停停止止试试验。如需对下部土层继续进行试验时，可改用超重型动力触探。验。如需对下部土层继续进行试验时，可改用超重型动力触探。（7）本本试试验验也也可可在在钻钻孔孔中中分分段段进进行行，一一般般可可先先进进行行贯贯入入，然然后后进进行行钻钻探探，直直至至动动力力触触探探所所测测深深度度以以上上1m处处，取取出出钻钻具具将将触触探探器器放放入孔内再进行贯入。入孔内再进行贯入。3超重型动力触探超重型动力触探（1）贯贯入入时时穿穿心心锤锤自自由由下下落落，落落距距为为（1.00 0.02）m。贯贯入入深深度度一一般般不不宜宜超超过过20m，超超过过此此深深度度限限值值时时，需需考考虑虑触触探探杆杆侧侧壁壁摩摩阻的影响。阻的影响。（2）其他步骤可参照重型动力触探进行。）其他步骤可参照重型动力触探进行。12（二）标准贯入试验（二）标准贯入试验 1试验方法试验方法（1）先用钻具钻至试验土层标高以上）先用钻具钻至试验土层标高以上0.15m处，清除残土。处，清除残土。（2）将将贯贯入入器器放放入入孔孔内内，避避免免冲冲击击孔孔底底，注注意意保保持持贯贯入入器器、钻钻杆杆、导导向向杆杆联联接接后后的的垂垂直直度度。测测定定贯贯入入器器所所在在深深度度，要要求求残残土土厚度不大于厚度不大于0.1m。（3）将将贯贯入入器器以以每每分分钟钟击击打打1530次次的的频频率率，先先打打入入土土中中0.15m，不不计计锤锤击击数数；然然后后开开始始记记录录每每打打入入0.10m及及累累计计0.30m的的锤锤击击数数N，并并记记录录贯贯入入深深度度与与试试验验情情况况。若若遇遇密密实实土土层层，锤锤击击数数超超过过50击时，不应强行打入，并记录击时，不应强行打入，并记录50击的贯入深度。击的贯入深度。（4）旋旋转转钻钻杆杆，然然后后提提出出贯贯入入器器，取取贯贯入入器器中中的的土土样样进进行行鉴鉴别别、描描述述记记录录，并并测测量量其其长长度度。将将需需要要保保存存的的土土样样仔仔细细包包装装、编编号，以备试验之用。号，以备试验之用。（5）重重复复14步步骤骤，进进行行下下一一深深度度的的标标贯贯测测试试，直直至至所所需需深深度。一般每隔度。一般每隔1m进行一次标贯试验。进行一次标贯试验。132注意事项：注意事项：钻孔时应注意下列各条。钻孔时应注意下列各条。（1）须须保保持持孔孔内内水水位位高高出出地地下下水水位位一一定定高高度度，以以免免塌塌孔孔，保保持孔底土处于平衡状态，不使孔底发生涌砂变松，影响持孔底土处于平衡状态，不使孔底发生涌砂变松，影响N值；值；（2）下套管不要超过试验标高；）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；）须缓慢地下放钻具，避免孔底土的扰动；（4）细细心心清清除除孔孔底底浮浮土土，孔孔底底浮浮土土应应尽尽量量少少，其其厚厚度度不不得得大大于于10cm；（5）如如钻钻进进中中需需取取样样，则则不不应应在在锤锤击击法法取取样样后后立立刻刻做做标标贯贯，而而应应在在继继续续钻钻进进一一定定深深度度（可可根根据据土土层层软软硬硬程程度度而而定定）后后再再做做标标贯，以免人为增大贯，以免人为增大N值；值；（6）钻钻孔孔直直径径不不宜宜过过大大，以以免免加加大大锤锤击击时时探探杆杆的的晃晃动动；钻钻孔孔直直径径过过大大时时，可可减减少少N至至50%，建建议议钻钻孔孔直直径径上上限限为为100mm，以以免免影响影响N值。值。14标标贯贯和和圆圆锥锥动动力力触触探探测测试试方方法法的的不不同同点点，主主要要是是不不能能连连续续贯贯入入，每每贯贯入入0.45m必必须须提提钻钻一一次次，然然后后换换上上钻钻头头进进行行回回转转钻钻进进至至下下一一试试验验深深度度，重重新新开开始始试试验验。另另外外，标标贯贯试试验验不不宜宜在在含含有有碎碎石石的的土土层层中中进进行行，只只宜宜用用于于粘粘性性土土、粉粉土土和和砂砂土土中中，以以免免损损坏坏标标贯贯器器的管靴刃口。的管靴刃口。153.2基本基本测试测试原理原理动动力力触触探探是是将将重重锤锤打打击击在在一一根根细细长长杆杆件件（探探杆杆）上上，锤锤击击会会在在探探杆杆和和土土体体中中产产生生应应力力波波，如如果果略略去去土土体体震震动动的的影影响响，那那么动力触探锤击贯入过程可用一维波动方程来描述。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。动力触探基本原理也可以用能量平衡法来分析。163.3试验试验成果的整理分析成果的整理分析1检查核对现场记录检查核对现场记录在在每每个个动动探探孔孔完完成成后后，应应在在现现场场及及时时核核对对所所记记录录的的击击数数、尺尺寸寸是是否否有有错错漏漏，项项目目是是否否齐齐全全；核核对对完完毕毕后后，在在记记录录表表上上签签上记录者的名字和测试日期。上记录者的名字和测试日期。2实测击数校正实测击数校正（1）轻型动力触探）轻型动力触探1）轻轻型型动动力力触触探探不不考考虑虑杆杆长长修修正正，根根据据每每贯贯入入30cm的的实实测测击数绘制击数绘制N10h曲线图。曲线图。2）根根据据每每贯贯入入30cm的的锤锤击击数数对对地地基基土土进进行行力力学学分分层层，然然后后计算每层实测击数的算术平均值。计算每层实测击数的算术平均值。（2）中型动力触探）中型动力触探贯贯入入时时，应应记记录录一一阵阵击击的的贯贯入入量量及及相相应应锤锤击击数数（一一般般粘粘性性17土土，2030cm为为一一阵阵击击；软软土土，35击击为为一一阵阵击击），并并按按（3-11）式式换换算算为为每每贯贯入入10cm的的实实测测击击数数，再再按按（3-12）式式进进行行杆杆长击数校正。长击数校正。（3-11）N 28=N28 （3-12）可查表可查表3-2。（3）重型、超重型动力触探）重型、超重型动力触探1）铁铁路路动动力力触触探探技技术术规规定定（TBJ8-87）中中规规定定，实实测测击击数数应应按按杆杆长长校校正正。重重型型动动力力触触探探的的实实测测击击数数（N63.5），按按下下式式进行校正：进行校正：N 63.5=N63.5 （3-13）18超超重重型型动动力力触触探探的的实实测测击击数数（N120），应应先先按按公公式式（3-14）换换算算成成相相当当于于重重型型的的实实测测击击数数（N63.5），然然后后再再按按公公式式（3-13）进行杆长击数校正。进行杆长击数校正。N63.5=3N120-0.5 （3-14）2）中国西南建筑勘察院对杆长击数的校正）中国西南建筑勘察院对杆长击数的校正对对超超重重型型动动力力触触探探的的实实测测击击数数N120，直直接接按按（3-15）式式及及表表3-3进行杆长击数校正。进行杆长击数校正。N 120=N120 （3-16）使使用用时时不不但但应应注注意意两两者者在在计计算算结结果果上上的的差差异异，还还应应注注意意两两者使用的探杆直径不同者使用的探杆直径不同。193绘制动力触探击数沿深度分布曲线绘制动力触探击数沿深度分布曲线以以杆杆长长校校正正后后的的击击数数为为横横坐坐标标，以以贯贯入入深深度度为为纵纵坐坐标标绘绘制制曲曲线线图图。因因为为采采集集的的数数据据表表示示每每贯贯入入某某一一深深度度的的锤锤击击数数，故故曲曲线图一般绘制成沿深度方向的直方图。线图一般绘制成沿深度方向的直方图。4标贯测试成果整理标贯测试成果整理（1）求求锤锤击击数数N：如如土土层层不不太太硬硬，并并能能较较容容易易地地贯贯穿穿0.30m的的试试验验段段，则则取取贯贯入入0.30m的的锤锤击击数数N。如如土土层层很很硬硬，不不宜宜强强行行打入时，可用下式换算相应于贯入打入时，可用下式换算相应于贯入0.30m的锤击数的锤击数N。（3-17）（2）绘制）绘制Nh关系曲线关系曲线 20动力触探试验的典型动力触探试验的典型N-h曲线曲线 213.4试验试验成果的成果的应应用用动动力力触触探探在在勘勘察察和和工工程程检检测测中中应应用用甚甚广广，其其主主要要功功能能有有以以下下几方面：几方面：1划分土层划分土层222确定地基土的承载力确定地基土的承载力中中国国建建筑筑西西南南勘勘察察院院采采用用120kg重重锤锤和和直直径径60mm探探杆杆的的超超重重型型动动探探，并并与与载载荷荷试试验验的的比比例例界界限限值值pl进进行行统统计计，对对比比资资料料52组组，得如下公式：得如下公式：f k=80N120 （3 N120 10）（3-18）中国地质大学（武汉）对粘性土也有类似经验公式：中国地质大学（武汉）对粘性土也有类似经验公式：fk=32.3N63.5+89 （2 N63.5 16）（3-19）3求单桩容许承载力求单桩容许承载力动动力力触触探探试试验验对对桩桩基基的的设设计计和和施施工工也也具具有有指指导导意意义义。实实践践证证明明，动动力力触触探探不不易易打打入入时时，桩桩也也不不易易打打入入。这这对对确确定定桩桩基基持持力力层层及及沉沉桩桩的的可可行行性性具具有有重重要要意意义义。用用标标准准贯贯入入击击数数预预估估打打入入桩桩的的极极限承载力在国内外都是比较常用的方法。限承载力在国内外都是比较常用的方法。234按动力触探和标准贯入击数确定粗粒土的密实度按动力触探和标准贯入击数确定粗粒土的密实度动动力力触触探探主主要要用用于于粗粗粒粒土土，用用动动力力触触探探和和标标准准贯贯入入测测定定粗粗粒粒土土的的状状态态有有其其独独特特的的优优势势。标标准准贯贯入入可可用用于于砂砂土土，动动力力触触探探可可用用于于砂砂土土和和碎石土。碎石土。成都地区根据动力触探击数确定碎石土密实度的规定如表成都地区根据动力触探击数确定碎石土密实度的规定如表3-4。24利利用用动动力力触触探探和和标标准准贯贯入入的的测测试试成成果果还还可可以以判判断断砂砂土土液液化化可可能能性性、确确定定粘粘性性土土的的粘粘聚聚力力c及及内内摩摩擦擦角角、确确定定地地基基土土的的变变形模量、检验碎石桩的施工质量等等。形模量、检验碎石桩的施工质量等等。总总之之，动动探探和和标标贯贯的的优优点点很很多多，应应用用广广泛泛。对对难难以以取取原原状状土土样样的的无无粘粘性性土土和和用用静静探探难难以以贯贯入入的的卵卵砾砾石石层层，动动探探是是十十分分有有效效的的勘勘测测和和检检验验手手段段。但但是是，影影响响其其测测试试成成果果精精度度的的因因素素很很多多，所所测测成成果果的的离离散散性性大大。因因此此，它它是是一一种种较较粗粗糙糙的的原原位位测测试试方方法法。在在实实际际应应用用时时，应应与与其其他他测测试试方方法法配配合合；在在整整理理和和应应用用测测试试资资料时，运用数理统计方法，效果会好一些。料时，运用数理统计方法，效果会好一些。253.5小小结1优点优点简易快速、适应性广简易快速、适应性广 2问题问题（1）有效捶击能量）有效捶击能量（2）设备规格类型多，标准不统一）设备规格类型多，标准不统一（3）杆长修正问题）杆长修正问题（4）理论研究滞后）理论研究滞后（5）标准贯入施工方式对结果的影响）标准贯入施工方式对结果的影响总总体体而而言言，动动力力触触探探试试验验适适应应面面较较广广，在在工工程程中中是是十十分分有有效效的的勘勘测测和和检检验验手手段段。但但是是影影响响测测试试成成果果精精度度的的因因素素很很多多，所所测成果的离散性大。因此，它是一种较粗糙的原位测试方法。测成果的离散性大。因此，它是一种较粗糙的原位测试方法。26复复习思考思考题 1理解动力触探试验的工作机理。理解动力触探试验的工作机理。2何为有效锤击能量？何为有效锤击能量？3动动力力触触探探有有那那几几种种类类型型？各各适适用用于于什什么么样样的的土土层层？标标贯贯适适用用于什么样的地层条件？于什么样的地层条件？4用用动动力力触触探探和和标标准准贯贯入入为为何何能能估估计计地地基基土土的的物物理理力力学学参参数数和和地基承载力？地基承载力？5动动力力触触探探和和标标准准贯贯入入存存在在超超前前和和滞滞后后效效应应吗吗？为为何何会会产产生生此此种效应？种效应？6动动力力触触探探的的一一般般测测试试过过程程如如何何？怎怎样样绘绘制制动动探探的的击击数数深深度度关关系曲线？系曲线？7为什么说动力触探是比较粗略的原位测试手段？为什么说动力触探是比较粗略的原位测试手段？8怎怎样样根根据据击击数数深深度度关关系系曲曲线线进进行行土土层层划划分分？土土层层划划分分后后如如何何用平均法求各土层的测试参数？用平均法求各土层的测试参数？27根据教学计划，下一讲课安排自学：根据教学计划，下一讲课安排自学：学习内容：旁压试验学习内容：旁压试验学习要求：学习要求：1.了解旁压试验的设备；了解旁压试验的设备；2.了解试验方法和测试原理；了解试验方法和测试原理；3.了解资料整理分析的基本方法；了解资料整理分析的基本方法；4.了解试验成果的工程应用。了解试验成果的工程应用。