動力觸探試驗有關(guān)問題商榷

吳玉梅

摘 要：動力觸探（DPT）是工程地質(zhì)原位測試的主要方法之一，它是利用一定的錘擊能量，將一定規(guī)格的探頭打入土中，被貫入的難易程度來評價土的力學(xué)性質(zhì)，特別對難以取樣的碎石類土及靜力觸探難以貫入的土層，動力觸探是十分有效的測試手段。本文就動力觸探試驗有關(guān)問題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：動力觸探；試驗；問題

一、動力觸探貫入機(jī)理

所謂動力觸探貫入機(jī)理，就是土體在沖擊荷載的作用下，按照孔穴擴(kuò)張理論，在不排水條件下，假設(shè)觸探頭貫入，土體作為彈塑性介質(zhì)，在臨界深度內(nèi)，貫入觸探頭時，土體的破壞以整體剪切為主；貫入觸探頭后，由于周圍應(yīng)力的不斷增大，土中不再出現(xiàn)整體剪切破壞，剪切破壞或孔穴擴(kuò)張的破壞只在錐頭附近出現(xiàn)，在黏性土中，由于超孔隙水壓消散比較慢，隨著深度的不斷增加，超孔隙水壓也在逐漸增加。

在工作過程中，在導(dǎo)桿摩擦、錘擊偏心等因素的影響和制約下，與理論計算值相比，自由落錘能量比較小。因探桿本身長度、質(zhì)量、彈性變形及探桿周圍土體摩阻力的影響，傳到探頭的能量也被消耗一部分，所以，根據(jù)荷蘭的動貫入阻力公式計算土對探頭貫入的阻力：

式中：Rd、M、m、H、A、e、D、N63.5、g 分別代表動貫入阻力（kPa）、落錘質(zhì)量（kg）、圓錐探頭及桿件系統(tǒng)的質(zhì)量（kg）、落距（m）、圓錐探頭截面積（cm2）、貫入度（mm），e=D/N63.5、規(guī)定貫入深度、規(guī)定貫入深度的擊數(shù)、重力加速度， g=9.8m/s2。

二、動力觸探設(shè)備及應(yīng)用范圍

在使用動力觸探種類方面國外比較多，根據(jù)錘擊能量，國內(nèi)將動力觸探分為輕型（N10）、中型（N28）、重型（N63.5）、超重型（N120）等4 種。觸探頭、觸探桿、穿心錘3 部分共同組成我國動力觸探設(shè)備，根據(jù)重錘質(zhì)量、落距所組成的動力能量之間的差異，可以將動力觸探分為輕—特重型。在測試過程中，為了充分發(fā)揮一機(jī)多能的作用，80 年代以后，63.5kg 類型的錘重得到廣泛使用。

三、動力觸探試驗的工程應(yīng)用

某水利工程在初步設(shè)計階段進(jìn)行地質(zhì)勘察工作，勘察以結(jié)果滿足水利工程初步設(shè)計階段精度為目標(biāo)。勘察工作主要采用資料收集、整理，工程地址測繪、沿堤線及建筑物工程地質(zhì)鉆探，現(xiàn)場原位試驗和室內(nèi)土工試驗等綜合勘察手段。原位試驗選用的設(shè)備為重型（N63.5）動力觸探設(shè)備。執(zhí)行的國家有關(guān)規(guī)范、規(guī)程包括《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》（SL188-2005）、《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（SL55-2005）、《水利水電工程地質(zhì)測繪規(guī)程》（SL299-2005）、《土工試驗規(guī)程》（SL237-2000）、《巖土工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50021-2001）、《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）、《工程地質(zhì)手冊》等。

3.1臨界深度her在貫入設(shè)備的初始階段，隨著貫入深度h的增加，動探擊數(shù)N63.5逐漸增大，導(dǎo)致地面出現(xiàn)隆起、開裂現(xiàn)象，當(dāng)貫入達(dá)到一定深度后，N63.5值趨于穩(wěn)定，地表不再繼續(xù)變形，在N63.5-h曲線上出現(xiàn)明顯的變化點(diǎn)，該深度值就是動力探觸臨界深度（her）。

在地面以下，臨界深度范圍之內(nèi)，在貫入探頭的過程中，土體以剪切變形為主，土的側(cè)向約束力隨著貫入深度的增加逐漸增大，壓縮變形逐漸取代剪切變形。當(dāng)貫入深度超過臨界深度后，土體的壓縮性或者密實度將影響和制約動力觸探擊數(shù)。在“動力初探試驗技術(shù)的研究與應(yīng)用”一文中，趙昭熔，曹化平指出：①在同一均勻土層中，隨著探頭直徑增大，臨界深度不斷加深；②當(dāng)探頭直徑相同，隨著N63.5增大，臨界深度逐漸加深；

在一般地層（N63.5在2-50擊/cm）中，對于重型動力觸探來說，臨界深度通常為0.5-1.0m，相當(dāng)于探頭直徑的7-14倍。

3.2判斷土的密實度密實程度作為最主要的指標(biāo)，可以對非粘性土地基強(qiáng)度進(jìn)行評定。對于非粘性土的密實程度來說，如何進(jìn)行判定。目前，通過相對密度對砂土進(jìn)行評定，通過目測觀察的方式對碎石類土進(jìn)行評定。對于同一級配的非粘性土來說，如果密度越大，那么對應(yīng)的土層越密實。對于地基土密實程度通過采用密度可以進(jìn)行間接的判定。通過對50組資料進(jìn)行綜合統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果顯示，對于砂土來說，N63.5隨著密實程度的增大逐漸增大，相應(yīng)的地基強(qiáng)度呈線性增長的關(guān)系。在低密實度時，卵石土也呈線性關(guān)系，擊數(shù)N63.5隨著密實程度的增加其增大值明顯增大，與地基強(qiáng)度的增長率相比，其增長率明顯偏大。在較密實狀態(tài)下，擊數(shù)N63.5與地基強(qiáng)度呈非線性關(guān)系。動力探觸的試驗成果包括標(biāo)貫擊數(shù)和修正標(biāo)貫擊數(shù)，確定砂土的液化性時，采用未修正的標(biāo)貫擊數(shù)，而確定承載力時，采用了修正后的擊數(shù)。這樣試驗主要是因為主要因為用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)查地基承載力的經(jīng)驗關(guān)系統(tǒng)計時所用的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)是經(jīng)過修正的；而液化判別公式中已經(jīng)包含了深度的影響，只采用未修正的標(biāo)貫擊數(shù)即可。粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為碎石土，粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%，粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量50%的稱為砂土。碎石土和砂土密實度分類標(biāo)準(zhǔn)見表1。

3.3 其他應(yīng)用

3.3.1 液化判定：砂土層的密度通過原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的擊數(shù)可很好地反映，然后結(jié)合砂土層和地下水位的埋藏深度，進(jìn)行局部的調(diào)整和修正，砂土液化的可能性通過查表即可判定。根據(jù)GB50011-2001《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，需要進(jìn)行液化判別時，通過采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗進(jìn)行相應(yīng)的判別。但是，在對飽和砂土層作標(biāo)貫試驗時，由于某些工程項目將快速提升孔內(nèi)鉆具換成標(biāo)準(zhǔn)貫入器作標(biāo)試驗，進(jìn)而在一定程度上造成孔內(nèi)水位接近孔底，與地下水位之差大則孔底發(fā)生涌砂，特別是埋深較大且又是純凈的中細(xì)涌砂最嚴(yán)重，進(jìn)一步造成誤判。

3.3.2 土層劃分：靜力觸探試驗的主要作用之一就是精確分層、確定土體的類型，為工程建設(shè)提供設(shè)計依據(jù)與參數(shù)。依據(jù)鉆進(jìn)和取土情況以及錘擊數(shù)差異變化，并按照沉積規(guī)律綜合判定。我們認(rèn)為并非是單一的厚層砂和礫卵石簡單結(jié)構(gòu)，而是由多個沉積韻律組成的不均勻復(fù)雜土層結(jié)構(gòu)，并依此作為土層劃分的依據(jù)。

四、結(jié)束語

動力觸探試驗野外現(xiàn)場作業(yè)簡單、方便，測試需時短，可以縮短勘察工期，進(jìn)行土體巖性劃分及確定土體力學(xué)參數(shù)效果良好。比較客觀地測試土層的工程特性，為工程地質(zhì)地基評價和設(shè)計基礎(chǔ)型式的選取提供合理、科學(xué)的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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