巖土工程師專業(yè)輔導:原位試驗-園錐動力觸探

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園錐動力觸探適用于強風化、全風化的硬質巖石,各種軟質巖石及各類土。
     表5 圓錐動力觸探類型
    類 型 輕 型 重 型 超 重 型
    落 錘 錘的質量(kg) 10±0.2 63.5±0.5 120±1
    落 距(cm) 50±2 76±2 100±2
    探 頭 直 徑(mm) 40 74 74
    錐 角(0) 60 60 60
    探桿直徑(mm) 25 42 50~60
    貫入指標 深 度(cm) 30 10 10
    錘擊數 N10 N63.5 N120
    (一)、基本原理:
    動力觸探的理想的自由落錘能量Ei可按下式計算:
    Ei=1/2×M×v2
    式中 M-落錘的質量;
    v-錘自由下落碰撞探桿前的速度。
    傳至探頭上的能量Ep,與Ei不同,其受到落錘方式、導桿摩擦、捶擊偏心、打頭質材、性質與大小等影響,可按下式計算:
    Ep=e1e2e3Ei
    式中 e1-落錘效益系數,約為0.92;
    e2-能量輸入探桿系統(tǒng)的傳輸效益系數,對于國內通用的大鋼打頭約為0.65;
    e3-桿長傳輸能量的效益系數,它隨桿長的增長而增大,桿長大于3m時約為1.0。
    或
    Ep≈0.60Ei
    傳至探頭的能量,等于消耗于探頭貫入土中所作的功,即:
    Ep=Rd×A×h/N
    式中 N-貫入度為h時的錘擊數;
    Rd-探頭單位面積的動貫入阻力;
    A-探頭的截面積。
    動貫入阻力Rd為:
    Rd =Ep/A×N/h=Ep/(A s)
    式中s-每擊的貫入度(h/N)。
    當規(guī)定一定的貫入度h,采用相同的錘重和落距,以及探頭的截面積一定時,N值的大小,直接反映動貫入阻力的大小,可直觀反映土層的緊密程度和力學性能。
    (二) 影響因素分析
    1 桿長校正
    桿長校正實際上是對桿長、上覆土自重壓力、側摩阻力的綜合修正。對于碎石土,《地基規(guī)范》在條文說明第4.1.6條中給出了一個修正系數表。
    2 桿壁摩擦力的影響
    3 地下水的影響
    4 上覆壓力的影響
    (三)、成果整理
    1、 繪制動力觸探動貫入阻力與深度曲線
    《巖土規(guī)范》條文說明10.4.1:
    qd=M/(M+m)×10MgH/(As)
    式中 qd-探頭單位面積的動貫入阻力(kPa);
    M-錘的質量(kg);
    m-觸探桿系統(tǒng)的總質量,包括導向桿、錘擊打頭、探桿、探頭,(kg);
    H-錘的落距(cm);
    A-圓錐探頭的截面積(cm2);
    s-平均每擊的貫入度(cm)。
    上式是建立在古典的牛頓非彈性碰撞理論(不考慮彈性變形量的損耗)。故限于:
    1)貫入土中深度小于12m,貫入度2~50mm;
    2)m/M<2。如果實際情況與上述適用條件有出入,用上式計算應慎重。
    2、劃分土層界限
    上硬下軟,超前約為0.5~0.7m,滯后約為0.2m;上軟下硬超前約為0.1~0.2m,滯后約為0.3~0.5m。
    3、分層后計算每個土層的動貫入阻力qd
    例題1、【單選題】圓錐動力觸探的“超前”和“滯后”效應,常發(fā)生在下列()。
    A.軟硬地層接觸的界面上;
    B.地下水位上下的界面上;
    B.貫入操作暫停的前后界面上;
    D.達到某一臨界深度上下的界面上。
    (答案:A)
    (四)、應用
    《巖土規(guī)范》10.4.3條:根據動力觸探指標和地區(qū)經驗,可進行力學分層,評定土的均勻性和物理性狀指標(狀態(tài)、密實度)、土的強度、變形參數、地基土承載力和單樁承載力,查明土洞、滑動面、軟硬土層界面,檢驗地基加固與改良的效果等。應有試驗成果時是否修正或如何修正,應根據建立統(tǒng)計關系時的具體情況確定。
    實際上以上評價包括定性評價與定量評價二部分。
    例題2、【單選題】淺部素填土勘察最適宜下列哪項?
    A.圓錐重型動力觸探;
    B.輕型動力觸探;
    C.超重型動力觸探;
    D.A、B均可。
    (答案:B)