简论动力触探试验工程应用

摘要: 动力触探试验野外现场作业简单、方便,测试需时短,被广泛应用于土的原位测试。本文包含动力触探试验的原理、设备及应用范围,并就其各项工程应用进行了详细介绍和实例分析。
Abstract: Dynamic sounding test works simply and conveniently in the field site and its test time is short. So it is applied in in-situ soil test. Principle, equipments and application range were included in this paper. In addition, it introduced the engineering applications and example analysis in detail.
关键词: 动力触探试验;工程;应用
Key words: dynamic sounding test;engineering;application
1006-4311(2014)17-0151-02

1 动力触探试验介绍

所谓动力触探试验就是一种对土进行粗略的力学分层的原位测试策略,其英文简写为DPT,这种测试策略是借助锤击动能,在土中打入一定规格的探头,根据每打入土中一定深度的锤击数对土的性质进行判断。在国内外,动力触探技术得到广泛的应用,是一种对土进行原位测试的主要技术。对于这种测试技术来说,其优点主要表现为:设备简单且坚固耐用;便于操作,测试容易;在砂土、粉土等性质的土体中都可以应用,适应性强;可以对土层进行快速、经济、连续地测试;标准贯入等动力触探测试,可以同时进行取样观察描述。通常情况下,动力触探试验策略可以分为圆锥动力触探试验和标准贯入试验两类。根据所用穿心锤的重量,可以将圆锥动力触探试验分为轻型、重型及超重型动力触探试验,所以圆锥动力触探试验又称动力触探或动探,将标准贯入试验简称为标贯。从上世纪50年代后期,我国开始使用动力触探,锤重在10kg属于轻型动力触探,在基坑检验中应用比较广泛。到了70年代初期,为了对粗颗粒土地基的基本承载力进行确定,开始引进重型动力触探,同时开展卵石土地基承载力的对比试验,并利用大型真模试验坑进一步观察分析动力触探贯入破坏机理和影响因素。

2 动力触探贯入机理

所谓动力触探贯入机理,就是土体在冲击荷载的作用下,按照孔穴扩张理论,在不排水条件下,检测设触探头贯入,土体作为弹塑性介质,在临界深度内,贯入触探头时,土体的破坏以整体剪切为主;贯入触探头后,由于周围应力的不断增大,土中不再出现整体剪切破坏,剪切破坏或孔穴扩张的破坏只在锥头附近出现,如图1所示,在黏性土中,由于超孔隙水压消散比较慢,随着深度的不断增加,超孔隙水压也在逐渐增加。
在冲击荷载方面,由于自由落锤产生的强度比较大,而持续时间短,通常情况下可以表示为:
p(t)=p0?准(t/t0)
式中:p0、?准(t/t0)分别代表冲击荷载的峰值以及冲击荷载形态的无因次时间描述。
在工作过程中,在导杆摩擦、锤击偏心等因素的影响和制约下,与理论计算值相比,自由落锤能量比较小。因探杆本身长度、质量、弹性变形及探杆周围土体摩阻力的影响,传到探头的能量也被消耗一部分,所以,根据荷兰的动贯入阻力公式计算土对探头贯入的阻力:
Rd=■■
式中:Rd、M、m、H、A、e、D、N63.5、g分别代表动贯入阻力(kPa)、落锤质量(kg)、圆锥探头及杆件系统的质量(kg)、落距(m)、圆锥探头截面积(cm2)、贯入度(mm),e=D/N63.5、规定贯入深度、规定贯入深度的击数、重力加速度,g=9.8m/s2。
通过上式分析可知,对于同一种设备来说,在测试深度D内,M、m、H、A等为常数,动贯入阻力与锤击数呈正比关系,故地基土的工程性质可以通过锤击数来测定。

3 动力触探设备及应用范围

在使用动力触探种类方面国外比较多,根据锤击能量,国内将动力触探分为轻型(N10)、中型(N28)、重型(N63.5)、超重型(N120)等4种。触探头、触探杆、穿心锤3部分共同组成我国动力触探设备,根据重锤质量、落距所组成的动力能量之间的差异,可以将动力触探分为轻—特重型。在测试过程中,为了充分发挥一机多能的作用,80年代以后,63.5kg类型的锤重得到广泛使用。根据研究成果,铁道第二勘察设计院提出动力触探系列类型,该分类方式被纳入到铁道部颁布的TB10041-2003《铁路公动力触探试验的工程应用由优秀论文网站www.shuoshilunwen.com提供,助您写好论文.路地质原位测试规程》中,其技术指标如表1所示。
表1中,在一般粘性土、粘性素填土及粉细砂中,轻型动力初探应用比较广泛,通常情况下连续贯入深度为4.0m,对提供浅基础地基承载力进行测试,同时对填筑地基土的夯实程度、均匀性等进行检验;在中砂—碎石类土中,重型动力初探比较适用,在碎石类土及部分漂块石土中,特重型动力初探比较适用。在贯入过程中,根据贯入的难易程度,可以将二者进行互换,贯入深度一般为1-20m。成果资料可以对地基的承载力进行确定,对地基土的变形模量进行评价,在垂直及水平方向上,查明地层的均匀程度,同时对地基的加固效果进行检验,并且与钻探资料配合,进一步划分土层及定名。

4 动力触探试验的工程应用

某水利工程在初步设计阶段进行地质勘察工作,勘察以结果满足水利工程初步设计阶段精度为目标。勘察工作主要采用资料收集、整理,工程地址测绘、沿堤线及建筑物工程地质钻探,现场原位试验和室内土工试验等综合勘察手段。原位试验选用的设备为重型(N63.5)动力触探设备。执行的国家有关规范、规程包括《堤防工程地质勘察规程》(SL188-2005)、《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55-2005)、《水利水电工程地质测绘规程》(SL299-2005)、《土工试验规程》(SL237-2000)、《岩土工程地质勘察规范》(GB50021-2001)、《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》(SL251-2000)、《工程地质手册》等。4.1 临界深度her 在贯入设备的初始阶段,随着贯入深度h的增加,动探击数N63.5逐渐增大,导致地面出现隆起、开裂现象,当贯入达到一定深度后,N63.5值趋于稳定,地表不再继续变形,在N63.5-h曲线上出现明显的变化点,该深度值就是动力探触临界深度(her)。
在地面以下,临界深度范围之内,在贯入探头的过程中,土体以剪切变形为主,土的侧向约束力随着贯入深度的增加逐渐增大,压缩变形逐渐取代剪切变形。当贯入深度超过临界深度后,土体的压缩性或者密实度将影响和制约动力触探击数。在“动力初探试验技术的研究与应用”一文中,赵昭熔,曹化平指出:①在同一均匀土层中,随着探头直径增大,临界深度不断加深;②当探头直径相同,随着N6

3.5增大,临界深度逐渐加深;

在一般地层(N63.5在2-50击/cm)中,对于重型动力触探来说,临界深度通常为0.5-

1.0m,相当于探头直径的7-14倍。

4.2 判断土的密实度 密实程度作为最主要的指标,可以对非粘性土地基强度进行评定。对于非粘性土的密实程度来说,如何进行判定。目前,通过相对密度对砂土进行评定,通过目测观察的方式对碎石类土进行评定。对于同一级配的非粘性土来说,如果密度越大,那么对应的土层越密实。对于地基土密实程度通过采用密度可以进行间接的判定。通过对50组资料进行综合统计,统计结果显示,对于砂土来说,N63.5随着密实程度的增大逐渐增大,相应的地基强度呈线性增长的关系。在低密实度时,卵石土也呈线性关系,击数N63.5随着密实程度的增加其增大值明显增大,与地基强度的增长率相比,其增长率明显偏大。在较密实状态下,击数N63.5与地基强度呈非线性关系。
动力探触的试验成果包括标贯击数和修正标贯击数,确定砂土的液化性时,采用未修正的标贯击数,而确定承载力时,采用了修正后的击数。这样试验主要是因为主要因为用标准贯入击数查地基承载力的经验关系统计时所用的标准贯入击数是经过修正的;而液化判别公式中已经包含了深度的影响,只采用未修正的标贯击数即可。
粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土,粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%,粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的称为砂土。碎石土和砂土密实度分类标准见表2。

4.3 其他应用

4.3.1 液化判定:砂土层的密度通过原位标准贯入试验的击数可很好地反映,然后结合砂土层和地下水位的埋藏深度,进行局部的调整和修正,砂土液化的可能性通过查表即可判定。根据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》的相关规定,需要进行液化判别时,通过采用标准贯入试验进行相应的判别。但是,在对饱和砂土层作标贯试验时,由于某些工程项目将快速提升孔内钻具换成标准贯入器作标试验,进而在一定程度上造成孔内水位接近孔底,与地下水位之差大则孔底发生涌砂,特别是埋深较大且又是纯净的中细涌砂最严重,进一步造成误判。
4.3.2 土层划分:静力触探试验的主要作用之一就是精确分层、确定土体的类型,为工程建设提供设计依据与参数。依据钻进和取土情况以及锤击数差异变化,并按照沉积规律综合判定。我们认为并非是单一的厚层砂和砾卵石简单结构,而是由多个沉积韵律动力触探试验的工程应用论文资料由论文网www.shuoshilunwen.com提供,转载请保留地址.组成的不均匀复杂土层结构,并依此作为土层划分的依据。

5 结束语

动力触探试验野外现场作业简单、方便,测试需时短,可以缩短勘察工期,进行土体岩性划分及确定土体力学参数效果良好。比较客观地测试土层的工程特性,为工程地质地基评价和设计基础型式的选取提供合理、科学的依据。
参考文献:
[1]赵昭熔,曹化平.动力触探试验技术的研究与应用[J].铁道工程学报,2005(12):431-439.
[2]郑宝平.重型(N_(6

3.5))动力触探试验的应用[J].甘肃水利水电技术,2007(03).

[3]陈立忠.瑞雷面波与动力触探联合法检测强夯效果[J].公路与汽运,2010(09).
[4]王婷灏.动力触探试验有关理由商榷[J].西部探矿工程,2007(01).

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