动力触探试验

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1、第 4章 圆锥动力触探试验 第一节 概述 第二节 试验的基本原理 第三节 试验的技术要求 第四节 试验影响因素分析 第五节 试验的资料整理及应用 第一节 概 述 一、动力触探试验的定义 二、动力触探试验的优点及适用性 三、动力触探技术的发展 四、动力触探试验的分类 五、动力触探试验的目的 一、动力触探试验的定义 （ dynamic penetration test， DPT ） 利用一定的锤击能量 ， 将一定规格的圆锥探头打入土中 ， 根据打入土中的难易程度来判别土层工程性质的一种现场测试方法 。 判别指标采用的是贯入一定深度的锤击数 。 第一节 概 述 二、动力触探试验的优点及适用性 优点

2、： 试验设备相对简单，操作方便，适应土类较广， 并且可以连续贯入 。 缺点 ： 试验误差较大，再现性较差 。 适用土类 ： 对难以取样的各种填土、砂土、粉土、碎石 土、砂砾土、卵石、砾石等含粗颗粒的土类 。 三、动力触探技术的发展 1. 国际上 动力触探的发展历史较长。最先在欧洲各国得到广泛应用，就是因为这些国家广泛分布着粗颗粒土层及冰积层，取土样比较困难，适合采用动力触探方法。 2. 在国内 （ 1） 50年代初由南京水利实验处引进推广。 （ 2）至 50年代后期得到普及，很多单位做了很有价值的试验研究，积累了大量的使用经验。 （ 3） 70年代制定了相应的规范，在试验设备类型上趋于统一和标

3、准化，加快了发展进程。 （ 4）目前，已成为我国粗颗粒土的地基勘察测试的主要手段。 四、动力触探试验的分类 1国际分类 1974年和 1982年在欧洲召开的二次国际触探学术会议，对动力触探测试方法的统一起了推动作用。会议建议按使用穿心锤的重量（或锤击能量）的不同，将动力触探分为：轻型（ 10kg） 、 中型（ 10 40kg） 、 重型（ 40 60kg）及超重型（ 60kg） 。 2我国分类 我国 土工试验规程 （ SD128 86）将动力触探分为 轻型、重型、超重型 三种。其规格及适用土类见表 4 1。 表 4 1 圆锥动力触探的类型及规格 类 型 轻 型 重 型 超重型 直径（ mm ）

4、 40 74 74 截面积（ cm2） 12.6 43 43 探头规格 锥角（） 60 60 60 锤质量（ kg ） 10 63.5 120 落锤 落距（ cm ） 50 76 100 探杆直径（ mm ） 25 42 50 60 试验指标 N 贯入 30c m 击数 N 1 0 贯入 10c m 击数 N 6 3 . 5 贯入 10c m 击数 N 120 主要适用土类 浅部填土、砂土、粉土和粘性土 砂土、中密以下的碎石土和极软岩 密实和很密的碎石土、极软岩、软岩 五、动力触探试验的目的 1试验成果 （ 1） 进行地基土的力学分层 ； （ 2） 定性评价地基土的均匀性和物理性质 （状态、密

5、实度等）； （ 3） 查明土洞、滑动面、软硬土层界面的位置 。 2成果应用 （ 1）评定地基土的强度和变形参数 ； （ 2）评定天然地基的承载力 ； （ 3）估算单桩承载力 。 第二节 试验原理 二、原理表述 一、公式推导 （ 1） 动力触探试验的理想自由落锤能量计算 M 落锤的质量 （ kg） ； v 锤自由下落碰撞探杆前的速度（ m/s）。 （ 2）能量损失修正 实际的锤击能量与理想的落锤能量不同，受落锤方式、导杆摩擦、锤击偏心、打头材质、形状、大小、杆件传输能量效率等因素的影响，要损失一部分能量，应进行修正： 第二节 试验的基本原理 一、公式推导 221 MvEm Ep e1 e2 e3

6、EM 或直接采用势能定义： Ep H Mg（ H表示落距） 或近似为 Ep 0.6EM Ep 平均每击传递给圆锥探头的能量； e1 落锤效率系数，对自由落锤， e10.92； e2 能量输入探杆系统的传输效率系数，对于国内通用的大钢探头， e20.65 e3 杆长传输能量的效率系数，随杆长的增大而增大，杆长大于 3m时， e31。 图 4-1 动力触探功能转换原理示意图 （ 3）探头贯入土中所作的功 h 贯入度； N 贯入度为 h的锤击数。（因此，h/N表示锤击一次的贯入度） Rd 探头单位面积的动贯入阻力（ J/cm2）； A 探头的截面积（ cm2）。 NAhRW dWEmEphH（ 4）

7、能量转换与守恒 根据能量转换与守恒定律，落锤的势能 锤击动能 探头做功，因此，能量平衡：（见图 4 1） NAhRWE dp AsEhNAER ppd （ h/N s，表示平均每击的贯入度） pdEAhRN 或 二、原理表述 当规定一定的贯入深度 h， 采用一定规格 （ 规定的探头截面 、 圆锥角 、 重量 ） 的落锤和规定的落距 ， 那么锤击数 N的大小就直接反映了动贯入阻力 Rd的大小 ， 即直接反映被贯入土层的密实程度和力学性质 。 因此 ， 实践中常采用 贯入土层一定深度的锤击数 作为圆锥动力触探的 试验指标 。 第三节 仪器设备、试验方法 及技术要求 一、仪器设备 二、试验方法 三、

8、技术要求 一、仪器设备 1轻型动力触探 包括 导向杆、穿心锤、锤垫、探杆和圆锥探头 五部分，见图 4-2。重锤的提升有人力和机械两种。 第三节 试验技术要求 2重型动力触探 重型、超重型设备与轻型设备相似，只是在尺寸和重量上有差别。另外，重型动探试验一般都采用自动落锤方式，在锤上增加了提引器。提引器可分为 内挂式和外挂式 两种。 （ 1）内挂式提引器：利用导杆的颈缩，使提引器内的活动装置（钢珠、偏心轮或挂钩）发生变位，完成挂锤、脱钩及自由落锤的过程。 （ 2）外挂式提引器：利用上提力完成挂锤，靠导杆顶端所设弹簧锥或凸块强制挂钩张开，使重锤自由落下。 二、试验方法 （ 1）将穿心锤穿入带钢砧与锤

9、垫的触探杆上； （ 2）将探头及探杆垂直地面放于测试地点； （ 3）提升穿心锤至预定高度，使其自由下落撞击锤垫，将探头打入土中； （ 4）记录每贯入 30cm（或 10cm）的锤击数； （ 5）重复上述步骤，直至预定试验深度。 三、技术要求 1为确保恒定的锤击能量，应采用固定落距的自动落锤装置。 2锤击时应保持探杆的垂直，锤击过程应防止锤击偏心、探杆歪斜和探杆侧向晃动。 因此，要求探杆连接后的最初 5m最大偏斜度不应超过 1，大于 5m后的最大偏斜度不应超过 2。每贯入 1m，应将探杆转一圈半，使触探能保持垂直贯入，并减少探杆的侧阻力。贯入深度超过 10m后，每贯入0.2m即旋转一次。 3每一

10、触探孔应连续贯入，只是在接探杆时才允许停顿。 4对轻、重型圆锥动力触探 N10、 N63.5正常范围是 350击，对超重型 N120的正常范围是 3 40击。 当击数超过正常范围，如遇软粘土层，可记录每击的贯入度；如遇硬土层，可记录一定击数下的贯入度。 5当 N1050即可停止试验；当 N63.550，可停止试验改用超重型试验。 6我国一般采用贯入锤击速率为 15 30击 /min。 7贯入深度的一般限制： 对轻型，一般应 = 20 密实 注：（ 1）本表适用于平均粒径小于 50且最大粒径不超过 100mm的卵石、碎石、圆砾、角砾。 （ 2）表内 N63.5为修正后的平均值。 表 4-4 碎石

11、土的密实度 2确定地基土的承载力 利用动力触探的试验成果评价地基的承载力和变形模量，主要是依靠当地的经验积累，以及在经验基础上建立的统计关系是。 我国原来的 建筑地基基础设计规范 （ GBJ7 89）曾以附表的形式给出采用动力触探锤击数估算地基土承载力基本值的有关成果，但在新规范中（ GBJ500072002）中删去了，主要原因是用一个经验关系式很难概括不同地区的经验和成果。 （ 1）用 N10估计粘性土和素填土的承载力标准值，见表 4-5。 （ 2）用 N63.5估计中、粗、砾砂及碎石土的承载力标准值，见表 4-6。 （ 3）用 N120估计碎石土的承载力标准值，见表 4-7。（原水利电力部

12、试验规程） 土类 粘性土 素填土 N 10 15 20 25 30 10 20 30 40 f k （ k P a ） 105 145 190 230 85 1 15 135 160 土类 中、粗、砾砂土 碎石土 N 6 3 . 5 3 4 5 6 8 10 3 4 5 6 8 10 12 f k （ k P a ） 120 150 200 240 320 400 140 170 200 240 320 400 480 N 120 3 4 5 6 8 10 12 14 = 16 f k （ k P a ） 250 300 400 500 640 720 800 850 900 表 4-5 N1

13、0估计粘性土和素填土的承载力标准值 表 4-6 N63.5估计中、粗、砾砂及碎石土的承载力标准值 表 4-7 N120估计碎石土的承载力标准值 3 估算圆砾 、 卵石土地基的变形模量 E0 铁道部第二设计院基于在四川、东北、广西、甘肃等地的试验资料得 N63.5和 E0的关系，见表 4-7。 N 6 3 . 5 3 4 5 6 8 10 12 14 16 E 0（ kP a ） 10 12 14 16 21 26 30 34 37.5 N 6 3 . 5 18 20 22 24 26 28 30 35 40 E 0（ kP a ） 41 44.5 48 51 54 56.5 59 62 64

14、4预估单桩承载力和确定桩基持力层的位置 动力触探试验与打桩过程极其相似，因而用于桩基勘察时，对打入式的端承桩效果较为显著，可用于确定桩基持力层的位置和单桩承载力。 （ 1）确定桩基持力层的位置 利用 N h曲线，结合钻孔资料，可以较准确地编制出勘察场地的工程地质剖面，据此选择桩基持力层，确定在勘察范围内各部位的桩长。 持力层位置的确定，各地区都有自己的经验值。如成都地区，对 300mm*300mm方桩， N63.5应大于 1520击/10cm，此卵石层的厚度不应小于 2.01.5m。 （ 2）单桩承载力的确定 主要用于确定桩端承力为主的短桩（因为动探测试无法实测地基土的极限侧壁摩阻力）。由桩的静载荷试验确定承载力标准值与桩尖平面处的动力触探指标进行统计分析，提出单桩承载力公式： a沈阳地区经验 通过 N63.5与桩的载荷试验的统计分析，得以下经验关系式： ssLhRpk 式中， Rk 单桩承载力标准值（ kN）； L 桩长（ m）； h 桩进入持力层的深度（ m）； sp 桩最后 10击的平