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1、第6章 圆锥动力触探实验主讲：崔德山目录1. 概述2. 实验的根本原理3. 仪器设备4. 实验方法和主要技术要求5. 影响要素和实验目的的修正6. 实验资料的整理与成果的运用7. 工程实例8.下节课：第7章 规范贯入实验1. 概 述圆锥动力触探实验(DPT:dynamic penetration test)是利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，然后根据贯入击数或动贯入阻力判别土层的变化，确定土的工程性质，对地基土做出岩土工程评价。实验目的动力触探实验目的主要用于以下几个目的:(1)评定砂土的孔隙比或相对密实度、粉土及粘性土的形状。(2)估算土的强度和变形模量。(3)评定场地地基的
2、均匀性及承载力。(4)探查土洞、滑动面、软硬土层界面等。(5)估算桩基持力层和承载力。(6)检验地基加固与改良的质量效果。适用范围2. 实验的根本原理DPT 的的根根本本原原理理可可以以用用能能量量平平衡衡法法来来分分析析。在在一一次次锤锤击击作作用下的功能转换按能量守恒原理，其关系为：用下的功能转换按能量守恒原理，其关系为：Em-穿心锤下落能量；穿心锤下落能量；Ek-锤与触探器碰幢时损失的能量；锤与触探器碰幢时损失的能量；Ec-触探器弹性变形所耗费的能量；触探器弹性变形所耗费的能量；Ef-贯入时用于抑制杆侧壁摩阻力所耗能量；贯入时用于抑制杆侧壁摩阻力所耗能量；Ep-由于土的塑性变形而耗费的能
3、量；由于土的塑性变形而耗费的能量；Ee-由于土的弹性变形而耗费的能量由于土的弹性变形而耗费的能量Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee动贯入阻力动贯入阻力Rd思索在思索在动力触探力触探测试中，只能量中，只能量测到土的到土的永久永久变形，故将和形，故将和弹性有关的性有关的变形略去，形略去，可推可推导得土的得土的动贯入阻力入阻力Rd为：e贯入度入度mm，每，每击贯入的深度；入的深度；M重重锤质量；量；m触探器触探器质量；量；A圆锥探探头底面底面积m2平均传至探头的能量，耗费于探头贯入土中所作功(Ep=Rd*A*h/N)可见平均传至探头的能量与探头单位面积的动贯入阻力相关。当规定一定的贯入深度，采用一定
4、规格(规定的探头截面、圆锥角和质量)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，实际中常采用贯入土层一定深度的锤击数作为DPT的实验目的。3. 仪器设备导向杆提引器穿心锤锤座探杆探头4. 实验方法和主要技术要求4.1 实验方法圆锥动力触探实验的类型，按贯入才干的大小可分为轻型、重型和超重型3种。4.2 实验技术要求(1)采用自动落锤安装;(2)触探杆最大偏斜度不应超越2%，锤击贯入应延续进展；同时防止锤击偏心、探杆倾斜和侧向晃动，坚持探杆垂直度；锤击速率每分钟宜为15 30击;(3)每贯入1m，宜将探杆转动一圈半;当贯入
5、深度超越10m，每贯入20cm宜转动探杆一次；(4)对轻型动力触探，当N10100或贯入15cm锤击数超越50时，可停顿实验;对重型动力触探，当延续三次N63.5 50时，可停顿实验或改用超重型动力触探。中国动力触探的分类及设备4.1 轻型动力触探(N10)1、实验设备 主要由圆锥头、触探杆、穿心锤三部分组成。触探杆系用直径25mm的金属管，每根长1.01. 5m，穿心锤重10kg。2、实验要点 (1)先用轻便钻具钻至实验土层标高，然后对所需实验土层延续进展触探; (2)实验时，穿心锤落距为50cm，使其自在下落，将探头竖直打入土层中，每打入土层30cm的锤击数即为N10； (3)假设需描画土
6、层时，可将触探杆拔出，取下探头，换上轻便钻头，进展取样; (4)本实验普通用于贯入深度小于4m的土层; (5)当N10100时或贯入0.15m超越50时，可停顿实验; 地基土承载力与变形模量确实定砂土密实度确实定4.2 重型动力触探N63.51、实验设备 设备规格及探头构造，如下图。触探杆普通采用直径42mm、穿心锤重63.5kg。 2、实验要点 (1)实验前，触探架应安装平稳，坚持触探孔垂直，垂直度偏向不超越2%; (2)实验时，应使穿心锤自在下落，落距为76cm; (3)锤击速度宜控制在每分钟1530击，打入过程应是延续的; (4)及时记录每贯入0. 1m的锤击数，也可记录每一阵击的贯入度
7、，然后再换算为每贯入0.10m所需的锤击数; (5)对于普通砂、圆砾和卵石、触探深度不宜超越1216m; (6)当延续三次N63.550击时，假设要继续触探，可思索运用超重型动力触探; (7)每贯入1m，宜将钻杆转动一圈半;当贯入深度超越10m，每贯入20cm宜转动钻杆一次。确定地基土的承载力和变形模量 引荐运用的地基土承载力规范值确定砂土的孔隙比确定砂土的密实度确定桩的持力层和承载力 (1)确定桩基持力层 对有建筑阅历的地域是行之有效的方法，如广州地域，上部为淤泥，底部为红砂岩残积土或直接为基岩，动力触探穿过软土层即到桩的持力层。因此利用动力触探，快速、有效，节约了钻探任务量，得到广泛的运用
8、，但必需是有阅历的地域，并配少量钻孔验证。对没有阅历的地域，要持谨慎的态度，以免产生误判。 (2)确定单桩承载力 沈阳市桩根底实验研讨小组根据沈阳桩的持力层主要为砂层。利用重型动力触探与单桩静载荷实验所得出的单桩允许承载力建立的相关关系，得到用重型动力触探计算单桩承载力规范值的阅历公式。4.3 超重型动力触探(N1201、实验设备及技术规格 穿心锤:质量120kg，落距100cm，自在落锤;探头:圆锥角60，直径74mm ,截面积40cm2；直径60mm，长度1-1.5m/节，质量11.4kg/m;锤垫、导向杆、探头的总质量约15.0kg。2. 适用范围 主要适用于贯入目的N120为6击以上(
9、N63.515击)的中密、密实卵石层和含有少量漂石的卵石层，不适用于砂类土和漂石层。触探最大深度不超越20m。N120动力触探在工程勘察的实际中主要运用于如下方面:(1)查明卵石层的密实度和均匀性，并与钻探和工程物探资料相结合进展分层、定名和地基评价。(2)圈定卵石层内的脆弱夹层，选择桩基持力层和确定需求进展加固处置(如灌浆、振冲等)的范围。(3)评价地基的承载力和变形。(4)查明基岩的埋深和软质岩石强风化带的厚度。 (5)检验砂卵石人工垫层地基和碎石桩地基的施工质量和加固效果。确定卵石土的密实度及均匀性确定卵石土地基承载力和变形模量确定桩端土的承载力实验要点 (1)触探前应仔细检查设备规格，
10、丈量工具、探杆的垂直度，经常维修保养自动脱钩安装，保证自在落锤。不符合规定的部件应及时更新。 (2)触探时，应下入一定长度的套管作为孔口稳定和探杆导向的安装，柴油机中速运转，锤击速率均匀，每分钟锤击18次左右。 (3)探头、探杆、锤垫的丝扣必需拧紧，每接一根钻杆，就应推转，减少摩擦。 (4)探杆显露地表部分的长度应控制在1. 5m以内，以免晃动，影响质量。 (5)丈量探杆和标示刻度应力求准确，计数应仔细担任，记录明晰正确。6. 实验资料的整理与成果的运用 圆锥动力触探实验成果分析应包括以下内容: (1)单孔延续圆锥动力触探实验应绘制锤击数与贯入深度关系曲线; (2)计算单孔分层贯入目的平均值时
11、，应剔除临界深度(不超越1m)以内的数值、超前和滞后影响范围内的异常值; (3)根据各孔分层的贯入目的平均值，用厚度加权平均法计算场地分层贯入目的平均值和变异系数。勘探任务量的布置 1)每一勘察场地动探点的数量不应小于6个。 2)当N120动力触探既作为测试手段又作为勘探手段运用时，触探点的间距应满足勘察规范的要求和符合场地的岩土工程条件。对于桩基或透镜状脆弱夹层较多的场地，触探点的间距普通应到达1224m，必要时可适当加密。 3)每一勘察场地，应根据动探曲线的类型、形状特点及场地工程地质特征，选择13个动探点布置控制性钻探或坑探，经过钻(坑)探、取样、实验、察看等掌握地层的成层特点，作为解释
12、动探曲线和进展分层的地质根据并准确测定地下水位。 4)对于N1205的脆弱夹层，应留意取样和分类实验(颗粒分析、塑(液限)实验)及其他有关工程的室内实验，以便准确分层、定名和评价。必要时，应改用N63.5动力触探，以提高测试精度。 特种类型动力触探5. 影响要素和实验目的的修正影响动力触探的要素很复杂。对有些要素的认识也不完全一致。有些要素经过规范化一致后可得到控制，如机具设备、落锤方式等。但有些要素，如杆长、侧壁摩擦、地下水、上覆压力等，那么在实验时是难以控制的。 一、杆长影响 对杆长的影响存在不同的看法。按牛顿碰撞实际，随着杆长的增长，由探杆传输给圆锥探头的有效能量逐渐减小，使击数偏大。故
13、必需对N值加以修正。而按弹性动摇理沦，随着杆长的增长，开场有效能量是逐渐增大的，超越一定杆长后，有效能量趋于定值，对轻型动力触探，当杆长超越3m;对中型动力触探，当杆长超越5m;对重型动力触探，当杆长超越10m，杆长的影响已不明显，均可忽略不计。二、杆侧摩擦的影响 探杆的侧壁摩擦的影响也很复杂。在有些土层中，特别是软粘土和有机土，侧壁摩擦对击数有重要影响。而对中密密实的砂土，尤其在地下水位以上。由于探头直径比探杆直径大，侧壁摩擦是可以忽略的。 普通情况，重型动力触探深度小于15m,超重型动力触探深度小于20m时，可以不思索杆侧摩擦的影响，如缺乏阅历，应采取措施消除侧摩擦的影响(如用泥浆)，或用
14、泥浆与不用泥浆进展对比实验来认识杆侧摩擦的影响。三、地下水的影响对地下水位以下的中、粗砾石和圆砾、卵石层，动力触探锤击数按下式校正:N63.5=N63.5*1.1+1水利电力部制定的动力触探规程中，不思索地下水的影响，以为地下水位以下砂土饱和后，不仅动贯入阻力降低，而且土的强度、承载力也随之降低。四、上覆压力的影响经过室内实验槽和三轴标定箱的实验研讨，以为上覆压力对触探贯入阻力的影响是显著的。但对于一定相对密度的砂土，上覆压力对DPT实验结果存在一个“临界深度，即锤击数在此深度范围内随着贯入深度的添加而增大，超越此深度后，锤击数趋于稳定值，增长率减小，并且临界深度随着相对密度和探头直径的添加而
15、增大。7. 工程实例产品称号：可变能量动力触探仪产品称号：可变能量动力触探仪 产品编号：产品编号：PANDA 产品厂商：法国产品厂商：法国操作简便操作简便操作过程非常简单，现场测定数据由操作过程非常简单，现场测定数据由PDA记录、储存，测试记录、储存，测试全只需一人便可完成。全只需一人便可完成。 测试范围大测试范围大 触探深度普通可达触探深度普通可达46米，最大可达米，最大可达8米米数据整理、计算方便数据整理、计算方便精度高精度高仪器构造仪器构造 该仪器为装配式构造，包括规范重锤、主机箱、电子手该仪器为装配式构造，包括规范重锤、主机箱、电子手薄、探杆、探头、活塞、手柄、位移传动带和导线。其中探薄、探杆、探头、活塞、手柄、位移传动带和导线。其中探头针对不同土质具有不同截面，分为头针对不同土质具有不同截面，分为2cm2、4cm2、10cm2三种，长度可以根据要求延续，探头阻力可到达三种，长度可以根据要求延续，探头阻力可到达2030MPa。运用轻便动力触探仪测试粉煤灰工程特性8.下节课：第7章 规范贯入实验
