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1、04-圆锥动力触探试验-139.4 圆锥动力触探试验9.4.1 圆锥动力触探试验的原理1(概述圆锥动力触探试验是用肯定质量的穿心锤，以肯定的高度(称为落距)自由下 落，将肯定规格的圆锥形金属探头打入土中，依据探头贯入土中肯定距离(可称为规定贯入量)所需的锤击数，判定土的力学特性。圆锥动力触探可自地面起(也可自钻孔底部)连续贯入土中，其触探成果可反映地基土的力学性质沿深度的变化情况，因而具有勘探和测试双重功能，是碎石土地区岩土工程勘察中广泛应用的勘探兼原位测试技术手段。圆锥动力触探试验的类型可分为轻型、重型和超重型三种，其规格和适用的岩土类型见表 1.6,2。表 圆锥动力触探类型类 型 轻 型
2、重 型 超 重 型锤的质量 10 63.5 120 落 (kg)锤 落距(cm) 50 76 100直径(mm) 40 74 74 探头 锥角() 60 60 60探杆直径(mm) 25 42 50,60贯入 3Ocm 的贯入 10cm 的 贯入 1Ocm 的 指 标 读数 N 读数 N 读数 N 1063.5120浅部的填土、 砂土、中密以密实和很密的主要适用岩土 砂土、粉土、 下的碎石土、碎石土、软黏性土 极软岩 岩、极软岩2(圆锥动力触探试验的原理圆锥动力触探由于承受打入式，土的贯入阻力是一个瞬间力，一般只能冲量或功来描述其作用效应。每一击的理论锤击能量，即穿心锤自由下落前相对于锤垫 (
3、也称打头，实际上是被打)的势能，可表示为:,2 E,MgH，10i式中 -理论锤击能量(J); Ei-锤的质量(kg); M-落距(cm); H2 -重力加速度(m/s); g实际传至土中每一击的有效锤击能量可表示为:E,eeeE,eE p123iri式中 E-有效锤击能量(J); p-落锤效率系数(用于表示穿心锤下落过程中的能量 e1损失，与落锤方式、锤与导向杆的摩擦、锤击偏心等有关，对自由落锤约为0.92);-锤击能量传输效率系数(用于表示穿心锤传至锤垫 e2的能量，与锤垫的材质、外形和大小等有关，一般为 0.65,0.90);e -杆长能量传输效率系数(用于表示锤垫传至探头的 3 能量，
4、与探杆的长度有关);e -综合能量传输比，即有效锤击能量与理论锤击能量 r 之比。规定贯入量内每一击对土做的平均功可表示为: RAh,3d W,，10pN式中 -平均功(J); Wp-动贯入阻力(kPa)，即规定贯入量内探头单位面积的平 Rd 均贯入阻力;2 -探头的截面积(cm); Ah规定贯入量(cm);N与规定贯入量相应的贯入击数。由，即每一击的平均功等于每一击的有效锤击能量，可得: W,Epp RAh3d,eE，10,eMgH，10 rirN或MgHMgHR,eN，10,eeeN，10 dr123AhAh从上可见，当锤的质量、落距、探头的截面积及规定贯入量给定，且综合能量传输比也能确定
5、，则规定贯入量的贯入击数与土的动贯入阻力成正比，而动贯入阻力又与土的密实度和力学性质亲热相关。因此，可用规定贯入量的贯入击数来判定土的力学特性，这就是圆锥动力触探试验最根本的原理。实际上影响动力触探的因素是很简单的。其中有些因素，如机具设备、落锤方式、试验方法等，可通过标准化的方法使其统一，削减对试验成果的影响。但另一些因素，如杆长、杆侧与土的摩擦、地下水、上覆压力等，则是无法人为掌握的。需要说明的是关于动力触探贯入击数的杆长修正问题。对杆长的影响，有两个代表性的分析理论，不同理论的修正方法也不一样。按牛顿碰撞理论，随着杆长的增大，杆件系统受锤击碰撞后可用于贯入土中的有效能量渐渐变小。而按弹性
6、杆件中波动理论，随着杆长的增大，有效能量却是渐渐增大的，超过肯定杆长后，有效能量趋于定值。国内以前曾长期按牛顿碰撞理论进展杆长修正， 并建立了大量阅历关系。通过动力触探锤击后有效能量的实测，觉察弹性波动理论是比较符合实测结果的。不过，在应用由以前经杆长修正所建立的阅历关系时，仍得将现在的实测值按牛顿碰撞理论进展杆长修正后再查表或代入阅历公式。但这并不意味着对应用牛顿碰撞理论的连续认可。至于动力触探试验的贯入机理，即触探指标与土的力学性质的关系，则比静力触探更简单。无论是动贯入阻力还是贯入击数，给出其与土的力学性质的理论关系是格外困难的。因此，如同静力触探一样，圆锥动力触探试验指标与土的力学性质
7、的关系也是依靠阅历关系给出的。9.4.2 圆锥动力触探试验的仪器设备圆锥动力触探试验设备主要由触探头、触探杆(钻杆)、锤垫(带导向杆)和穿心锤等局部组成。图 4-2 轻型触探设备1,穿心锤;2,锤垫;3,探杆;4,圆锥探头图 4-3 钢球缩径式自动落锤装置1,上导杆 2,下导杆 3,吊环 4,偏心轮 5,穿心锤 6,锤座9.4.3 圆锥动力触探试验的方法和技术要求1)应承受自动落锤装置。2) 触探杆最大偏斜度不应超过 2%，锤击贯入应连续进展。同时防止锤击偏心、探杆倾斜和侧向晃动，保持探杆垂直度。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。当贯入深度超过 10m
8、，每贯入 20cm 宜转动探杆一次。4) 对轻型动力触探，当 N,100 或贯入 15cm 锤击数超过 50 时，10可停顿试验。对重型动力触探，当连续三次 N,50 时，可停顿试验 63.5 或改用超重型动力触探。锤击能量是最重要的因素，承受掌握落距的自动落锤，使锤击能量比较恒定。触探杆与土间的侧摩阻力是另一重要因素，试验过程中可实行旋转探杆等措施削减侧摩阻力的影响。贯入过程应不连续地连续击入，主要是考虑到黏性土中击入的间歇会使侧摩阻力增大。9.4.4 圆锥动力触探试验的资料整理1(圆锥动力触探试验的资料整理的步骤和要求1) 单孔连续圆锥动力触探试验应绘制锤击数与贯入深度关系曲线。2) 计算
9、单孔分层贯入指标平均值时，应剔除临界深度以内的数值、超前和滞后影响范围内的特别值。3) 依据各孔分层的贯入指标平均值，用厚度加权平均法计算场地分层贯入指标平均值和变异系数。9.4.5 圆锥动力触探试验的成果应用圆锥动力触探试验具有勘探和测试双重功能，最根本的成果应用就是作为勘探手段，用来判别土类和划分土层。作为测试手段，圆锥动力触探试验的成果应用主要有以下几方面:?评价土的状态或密实度，是碎石土密实度最主要的评价方法;?估算土的强度指标;?估算土的压缩性指标;?评价地基承载力;?估算单桩承载力;?查明土洞、滑动面及软硬土层界面等;?进展地基处理效果的检测。应用试验成果时是否修正或如何修正，应依据建立统计关系时的具体状况确定。9.4.6 圆锥动力触探试验的适用范围和影响因素1(圆锥动力触探试验的适用范围圆锥动力触探试验适用的岩土类型可见表 1.6.,2。重型和超重型圆锥动力触探主要用于碎石土的勘探和测试，也可用于极软岩或软岩，其规定贯入量为 10cm， 便于划分地层。当重型动力触探难以贯入时，可承受超重型动力触探。轻型动力触探的优点是轻松，其规定贯入量为30cm，主要用于施工验槽、填土勘察、查明局部脆弱土层或地窖等分布以及地基处理检测。2(圆锥动力触探试验的影响因素