靜力觸探技術(shù)

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1、一．概念靜力觸探方法是工程中常用的,其工作原理:借助靜壓力將圓錐形金屬探頭壓入土中,利用電測(cè)技術(shù)測(cè)得貫入阻力來(lái)判定土體的力學(xué)特性。靜力觸探試驗(yàn)是利用準(zhǔn)靜力,以一恒定的貫入速率將圓錐探頭通過(guò)一系列探桿壓入土中,根據(jù)測(cè)得的探頭貫入阻力大小來(lái)間接判定土的物理力學(xué)性質(zhì)。這種方法對(duì)不易鉆孔取樣的飽和砂土、砂質(zhì)粉土、高靈敏性軟土,以及土層豎向變化復(fù)雜、不宜密集取樣的土層可在現(xiàn)場(chǎng)快速地測(cè)得土層對(duì)觸探頭的貫入阻力qc、探頭側(cè)壁與土體的摩擦阻力fs等參數(shù)。與傳統(tǒng)的鉆探方法相比,具有速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低、清潔、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。在原孔位中,利用不同傳感

2、器能取得連續(xù)地層的各種物理參數(shù),并可由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和綜合分析評(píng)價(jià)。靜力觸探技術(shù)不能對(duì)土進(jìn)行直接的觀察、鑒別,不適用于含碎石、礫石的土層和很密實(shí)的砂層。目前在我國(guó)靜力觸探方法主要有單橋靜力觸探、雙橋靜力觸探以及孔壓靜力觸探三種[2-4],主要以單橋靜力觸探為主,雙橋靜力觸探雖然已經(jīng)應(yīng)用,但發(fā)展緩慢,孔壓靜力觸探只有少數(shù)單位在使用。1）單橋靜力觸探早在20世紀(jì)60年代我國(guó)就成功地研制了電測(cè)式單橋靜力觸探儀,由于應(yīng)用歷史較長(zhǎng),相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式較多,且已列入相關(guān)規(guī)范,故目前在土體工程勘察、監(jiān)測(cè)及檢測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用。但單橋靜力觸探

3、只能測(cè)得一個(gè)指標(biāo)比貫入阻力Ps,故只能根據(jù)Ps)h曲線形態(tài)變化和Ps值的大小對(duì)土體進(jìn)行定名分層。工程實(shí)踐中,對(duì)同一層土,由于其形成年代、成因、受荷歷時(shí)不同,其Ps值可相差很多,另外,不同土層也可能具有相同的Ps值。毫無(wú)疑問(wèn),只用一個(gè)指標(biāo)Ps值對(duì)土層定名分層的分辨率是較低的,工程實(shí)踐中往往還要借助于鉆孔取樣對(duì)比來(lái)劃分土層。2）雙橋靜力觸探雙橋靜力觸探可測(cè)得兩個(gè)參數(shù),即錐尖阻力qc和側(cè)摩阻力fs,又可計(jì)算出摩阻比FR(FR=fs/qc@100%),由此可劃分土類。根據(jù)該現(xiàn)測(cè)試資料可得兩條曲線,即qc-h和fs-h關(guān)系曲線,兩相對(duì)

4、比,分辨率自然就高的多。此外,摩阻比FR也是劃分土層極好的參數(shù),一般砂質(zhì)土的FR<=1%,而粘性土則大于2%。3)孔壓靜力觸探20世紀(jì)60年代,開(kāi)始應(yīng)用孔隙壓力探頭測(cè)孔隙壓力及其消散,至20世紀(jì)70年代末,將孔隙壓力傳感器與電測(cè)靜力觸探儀結(jié)合起來(lái),命名為孔壓靜力觸探。由于該項(xiàng)技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn),在國(guó)際上得到迅速的發(fā)展?？讐红o力觸探可以測(cè)得三個(gè)指標(biāo),即錐尖阻力qc和側(cè)摩阻力fs、孔隙水壓力指標(biāo)u。故其對(duì)土層的分辨率又要比雙橋觸探高的多,尤其對(duì)粘性土層和砂層,孔壓靜力觸探有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)榭讐禾筋^所測(cè)得的孔隙水壓力值u的大小與

5、土的滲透性密切相關(guān),如探頭進(jìn)入粘土層時(shí),會(huì)產(chǎn)生很大的超孔隙水壓力,而當(dāng)探頭由粘土層進(jìn)入砂層時(shí),u值將急劇下降甚至為負(fù)值。據(jù)此可十分方便地區(qū)分出粘性土與砂土?？讐红o探的主要優(yōu)越性:1.靈敏度很高,能分辨1~2cm薄土層的土性變化,極大提高了判別土類和劃分土層的能力。2.可修正孔隙水壓力對(duì)錐尖阻力qc和側(cè)壁摩擦阻力fs的影響。3.可進(jìn)行有效應(yīng)力的分析。4.可估算土的滲透系數(shù)和固結(jié)系數(shù)。5.可測(cè)定土層不同深度處的靜止水壓力。6.可評(píng)定土的應(yīng)力歷史(超固結(jié)比OCR)。7.對(duì)評(píng)定砂土和粉土的液化勢(shì)有潛在的優(yōu)勢(shì)。8.可估算土的靜止側(cè)壓力

6、系數(shù)。二．應(yīng)用-9-1.靜力觸探在福建沿海城市工程地持勘察中的應(yīng)用研究靜力觸探頭錐尖阻力qc值及錐側(cè)摩阻力fs值的分布曲線特征如圖1所示,由隨深度而增大的臨界段、隨深度變化很小或沒(méi)有變化的常數(shù)段和隨深度而漸大(下臥硬土層)或漸小(下臥軟土層)的滯后段組成[1,2].由上一層的滯后段和下一層的臨界段構(gòu)成不同土層間的過(guò)渡段,這種過(guò)渡段的平分面可以作為不同土層的力學(xué)界面[3,4].對(duì)福建沿海城市近500孔較完整的靜探曲線及相關(guān)的地質(zhì)資料分析結(jié)果表明:任一較厚(>215m)土層的靜探阻力分布曲線都可以分出上述3個(gè)組成段,但是,過(guò)渡段

7、的范圍及力學(xué)界面位置變化較大,它隨土層類型、密度和軟硬狀態(tài)、含水量等因素的差異而不同[3].依據(jù)靜探曲線形態(tài)特征、阻力參數(shù)qc、fs、Rf的特征值及其與土層的物理力學(xué)性狀指標(biāo)的關(guān)系,筆者提出適用于福建沿海城市地區(qū)的,利用靜力觸探成果資料劃分與命名土層的綜合標(biāo)志,如表3所示.同時(shí),也給出利用靜探參數(shù)qc(fs)直接推算地區(qū)各常見(jiàn)土層物理力學(xué)性狀指標(biāo)的一元回歸方程,如表4所示.運(yùn)用這些綜合標(biāo)志及回歸方程在福建沿海城市許多建設(shè)場(chǎng)地的工程地質(zhì)勘察中進(jìn)行實(shí)踐與檢驗(yàn),結(jié)果表明是較準(zhǔn)確、快速、有效的.因此,筆者建議,在福州、廈門、漳州、泉

8、州等沿海城市地區(qū)大量一般性場(chǎng)地的工程地質(zhì)勘察中,可考慮推廣采用以靜探為主輔以少量鉆探的勘察工作法,這對(duì)縮短工程地質(zhì)勘察工期,提高勘察工作的準(zhǔn)確性,降低勘察成本和減輕勘察工作強(qiáng)度等方面將產(chǎn)生較好的效益.當(dāng)然,對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜或?qū)Ρ尘扒闆r缺乏了解或靜探法不適用的地段,或有許多超常規(guī)評(píng)價(jià)工作要求