在巖土工程勘察領域，靜力觸探、動力觸探和標準灌入試驗是三種常用的原位測試方法。它們各有特點，在不同的工程場景中發(fā)揮著重要作用。本文將詳細介紹這三種試驗方法的原理、儀器設備、試驗步驟，并重點分析它們的適用范圍與優(yōu)缺點，幫助大家更好地理解和選擇適合的測試手段。
一、靜力觸探
（一）原理
靜力觸探(Static Cone Penetration Test，簡稱CPT)?是通過借助機械將裝有傳感器的觸探桿壓入試驗土層通過量測系統(tǒng)測土的貫入阻力。由于地層中各種土的軟硬不同，探頭所受的阻力也不同。傳感器將這種大小不同的貫入阻力通過電信號輸入到記錄儀表中記錄下來，再通過貫入阻力與土的工程地質(zhì)特征之間的定性關系和統(tǒng)計相關關系，來實現(xiàn)取得土層剖面、提供淺基承載力、選擇樁端持力層和預估單樁承載力等工程地質(zhì)勘察目的。
（二）儀器設備
1、探頭：關鍵部件，有單橋探頭和雙橋探頭。單橋探頭測量比貫入阻力，雙橋探頭可分別測量錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力，錐角一般為60°，尺寸和規(guī)格需符合標準。
2、貫入設備：包括手搖式觸探儀和機械式靜力觸探儀。手搖式適用于淺層土測試，操作簡單但深度有限;機械式可通過液壓或機械傳動裝置貫入較深土層，滿足多數(shù)工程要求。
3、量測系統(tǒng)：由傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置組成，傳感器將力轉(zhuǎn)換為電信號，數(shù)據(jù)采集裝置進行信號處理、顯示和存儲。
（三）試驗步驟
1、場地準備：清理平整場地，清除雜物植被，松軟場地需鋪設墊板保證設備穩(wěn)定性，確保探頭能夠垂直地貫入土中。
2、設備安裝與調(diào)試：安裝貫入設備，連接探頭，檢查傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進行校準調(diào)試。
3、貫入操作：啟動設備，以1-50px/s的勻速壓入探頭，持續(xù)采集數(shù)據(jù)，記錄不同深度阻力值，貫入深度依工程確定。
4、試驗結束與設備撤離：達到預定深度后，停止貫入，拔出探頭，拆卸設備，清理并妥善保管儀器。
（四）適用范圍與優(yōu)缺點
1、適用范圍：
適用于判定軟土、一般黏性土、粉土和砂土的天然地基及采用換填墊層、預壓、壓實、擠密、夯實處理的人工地基以及少量的碎石土層。
2、靜力觸探試驗的優(yōu)點：
① 測試連續(xù)、快速且效率高?：靜力觸探試驗可以在現(xiàn)場快速、連續(xù)地進行，測試數(shù)據(jù)精度高且再現(xiàn)性好?。
② 數(shù)據(jù)采集自動化?：采用電測技術，便于實現(xiàn)測試工程的自動化，測試成果可由計算機自動處理，減少了工作強度?。
③ 適用范圍廣?：特別適用于不易取樣的飽和砂土、高靈敏的軟土層以及土層豎向變化復雜的情況?。
④ 提高勘探質(zhì)量?：作為原位測試，靜力觸探試驗能在一定程度上提高勘察的質(zhì)量，尤其是在淤泥質(zhì)土或沙土中更為顯著?。
⑤ 提供設計參數(shù)?：靜力觸探試驗可以直接提供地基設計參數(shù)，解決了樁基勘察中的關鍵問題?。
3、靜力觸探試驗的缺點：
① 機理尚不完全清楚?：貫入機理尚難搞清，無數(shù)理模型，目前對靜探成果的解釋主要還是經(jīng)驗性的?。
② 不能直接識別土層?：不能直接取土觀察鑒別，對于碎石類土和較密實砂土層不適用?。
③ 測試深度有限?：測試深度通常小于50米，對于基巖和碎石類土層不適用?。
二、動力觸探
（一）原理
動力觸探試驗(DPT)利用一定的錘擊能量，將特定規(guī)格的探頭打入土中。在錘擊過程中，重錘自由下落產(chǎn)生的動能一部分用于克服土對探頭的貫入阻力，使探頭能夠貫入土中;另一部分能量則消耗于錘與觸探桿的碰撞、探桿的彈性變形、克服探桿與孔壁土的摩擦，以及觸探器貫入時地基土產(chǎn)生塑性變形和彈性變形所消耗的能量。通過記錄每打入土中一定深度的錘擊數(shù)(如每貫入250px、500px或750px的錘擊數(shù))，或者根據(jù)能量的消耗情況來間接反映土的力學性質(zhì)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)與土的力學指標建立經(jīng)驗相關關系，從而對地基土的承載力、密實度、均勻性等工程性質(zhì)進行評價。
（二）儀器設備
1、落錘：動力觸探動力源，質(zhì)量依觸探類型不同，如輕型10kg、重型63.5kg，通過導向裝置自由下落，確保錘擊方向垂直。
2、探頭和探桿：探頭形狀尺寸因目的和土層類型而異，一般為圓錐頭或圓筒形。探桿材質(zhì)需足夠強度剛度，承受錘擊力并傳遞給探頭，螺紋連接便于組裝拆卸。
3、錘擊數(shù)記錄裝置：有人工計數(shù)和自動計數(shù)兩種方式，人工計數(shù)簡單但易產(chǎn)生誤差，自動計數(shù)裝置通過傳感器檢測錘擊動作，準確性高。
（三）試驗步驟
1、場地和設備準備：清理平整場地，檢查設備完好，組裝探桿和探頭，安裝在預定位置，確保探桿垂直。
2、錘擊操作：提升落錘至預定高度自由下落，錘擊探頭使其貫入土中，記錄錘擊數(shù)和貫入深度。輕型貫入深度一般750px，記錄每貫入250px錘擊數(shù);重型可達1-2m，記錄每貫入250px錘擊數(shù)。
3、試驗結束和設備清理：達到預定深度或出現(xiàn)異常情況時停止試驗，拔出探桿和探頭，清理設備并妥善保管。
（四）適用范圍與優(yōu)缺點
1、適用范圍：
① 輕型動力觸探試驗：適用于評價黏性土、粉土、粉砂、細砂地基及其人工地基的地基土性狀、地基處理效果和判定地基承載力。具體操作步驟包括使用輕便鉆具將土層鉆至試驗所需標高以上0.3m的位置，然后進行連續(xù)觸探，記錄每打入0.3m所需的錘擊數(shù)。
② 重型動力觸探試驗：適用于評價黏性土、粉土、砂土、中密以下的碎石土及其人工地基，以及極軟巖的地基土性狀、地基處理效果和判定地基承載力。操作時需確保觸探架安裝平穩(wěn)，貫入深度不宜超過12～15m。
③ 超重型動力觸探試驗：適用于評價密實碎石土、極軟巖和軟巖等地基土性狀和判定地基承載力，也可用于評價強夯置換效果及置換墩著底情況。貫入深度一般不超過20m，超過該深度時需考慮觸探桿側(cè)壁摩阻的影響。
2、動力觸探試驗的優(yōu)點?：
① 操作簡便?：動力觸探試驗設備簡單，操作方便，能夠快速進行連續(xù)測試?。
② 適用范圍廣?：適用于各種土層，包括砂土、粉土、礫石土、軟巖、強風化巖石及粘性土等地層?。
③ 勘察與測試雙重功能?：動力觸探試驗不僅可以用于勘察，還可以通過記錄探頭貫入土中的錘擊數(shù)來測試土的力學特性?。
④ 經(jīng)濟高效?：相比其他地質(zhì)勘探方法，動力觸探試驗成本較低，且能夠快速得出結果?。
3、動力觸探試驗的缺點?：
① 設備因素引起的誤差?：由于設備加工簡單、材質(zhì)要求不明確、設備損耗較快等因素，可能導致試驗結果存在誤差?。
② 適用條件限制?：輕型動力觸探適用于粘性土和粉土，重型和超重型動力觸探適用于砂土和礫卵石，標準貫入試驗適用于粘性土、粉土和砂土?。
③ 對較硬土層效果有限?：對于非常堅硬的土層，動力觸探的效果可能不如其他方法?。
三、標準貫入試驗
（一）原理
標準貫入試驗(standard penetration test，SPT)是動力觸探的一種，它利用一定的錘擊功能，將一定規(guī)格的對開管式的貫入器打入鉆孔孔底的土中，根據(jù)打入土中的貫入阻抗，判別土層的變化和土的工程性質(zhì)。
標準貫入試驗是一種原位測試方法，用質(zhì)量63.5kg的落錘，在1900px高度自由下落，將標準貫入器打入土中，記錄貫入750px的錘擊數(shù)，以此評價土物理力學性質(zhì)。
（二）儀器設備
1、落錘和導向桿：落錘質(zhì)量63.5kg，導向桿保證落錘垂直下落，需安裝牢固，確保下落準確性。
2、標準貫入器：由兩個半圓管組成取土器，外徑51mm，內(nèi)徑35mm，可貫入試驗也可取土樣用于室內(nèi)試驗，刃口需保持鋒利。
3、鉆桿：連接貫入器和落錘裝置，材質(zhì)需足夠強度剛度，連接緊密，防止錘擊過程松動。
（三）試驗步驟
1、鉆孔：用鉆機在試驗地點鉆孔，直徑大于貫入器外徑，一般150mm左右，保持垂直，深度達預定試驗深度。
2、貫入器安裝與試驗準備：將貫入器連接鉆桿放入鉆孔，使靴刃接觸孔底，安裝導向桿和落錘裝置，檢查設備安裝。
3、錘擊操作：提升落錘至1900px高度自由下落，錘擊貫入器，記錄每貫入250px錘擊數(shù)，累計750px錘擊數(shù)作為指標，注意觀察貫入情況，遇異常停止試驗。
4、土樣采取(可選)：若需取土樣，貫入試驗完成后，提升貫入器，取出土樣用于室內(nèi)試驗。
5、試驗結束與清理：試驗完成后，拆卸設備，清理鉆桿、貫入器等，回填鉆孔。
（四）適用范圍與優(yōu)缺點
1、適用范圍：
標準貫入試驗主要適用于砂土、粉土及一般黏性土風化巖及冰磧土，但不適用于軟塑-流塑軟土、碎石土及巖層。
2、標準貫入試驗的優(yōu)點：
① 操作簡單?：標準貫入試驗的操作相對簡單，設備也較為簡單，適合現(xiàn)場快速進行?。
② 適用范圍廣?：該試驗適用于多種土層，包括砂性土和粘性土，但對碎石類土及巖層不適用?。
③ 土層適應性強?：通過貫入器可以采取擾動土樣，進行直接鑒別描述和相關的室內(nèi)土工試驗，如顆粒分析試驗，特別適用于不易鉆探取樣的砂土和砂質(zhì)粉土?。
④ 數(shù)據(jù)獲取方便?：通過記錄打入750px的錘擊數(shù)(即標準貫入擊數(shù)N)，可以方便地評價土的工程性質(zhì)?。
3、標準貫入試驗的缺點：
① 數(shù)據(jù)離散性大?：試驗數(shù)據(jù)的離散性較大，精度較低，對于飽和軟粘土，其精度不如十字板剪切試驗及靜力觸探等方法?。
② 應用限制?：由于數(shù)據(jù)精度較低，對于缺乏使用經(jīng)驗的地區(qū)，需要與其他測試方法配合使用?。
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