孔隙水压力圆锥静力触探简介
最早的电测式孔压静力触探是由挪威土工研究所(NGI)的Janbu和Senneset(1974)研制成功的。与此同时，瑞典的Torstensson(1975)和美国的Wissa等(1975)，也研制出了能测孔压的CPT。1980年以后，出现了不少同时测孔压和侧阻力的研究成果，并在工程实践中应用。1989年，IS *** FE推荐采用透水石位于锥尖后的孔压u，此后，CPTU关于孔压测试位置主要以此为准。
CPTU的测试成果表明：在岩土工程领域它已得到广泛应用，其中主要包括四个方面：
(1)修正锥尖阻力，使锥尖阻力真正反映土的性质；
(2)评价渗流，固结特性；
(3)区分排水、部分排水、不排水贯入方式，以满足不同需要；
(4)提高土分层与土质分类的可靠性。
研究成果表明：CPTU用于工程勘察具有以下优点：
(1)能更加准确地划分地层；
(2)能更加准确地对土质进行分类；
(3)很经济地测试土的固结系数等土力学参数。
一、探头
图3-30是孔隙水压力触探头的一种(A.G.Franklin和S.S.Cooper，1981)。由图可见，它有三个传感器，分别测定端阻qc、侧阻fs和孔压u。它们都是电阻应变式的，其中qc和fs传感器同前边介绍的常规电测圆锥静力触探的传感器，没有什么不同。电阻应变式压力盒感应由锥尖处多孔透水元件、通过内通过水孔传递过来的锥尖处孔隙水压力。
图3-30 多孔元件的孔隙水压力触探头
多孔元件是孔隙水压力触探头的最重要的部件，采用特殊的陶瓷材料或不锈钢 *** ，这种元件孔隙极微，比粘粒小，土粒进不去，这样它就能足够充分地透水，使压力盒作出快速反应，又能在锥尖短时暴露在空气中(或非饱和土中)时，有足够高的入口压力其持其内部饱和。多孔元件的位置不同，构成了孔隙水压力触探头的主要差别，它们(图3-30)可以有：①多孔元件位于圆锥尖部；②多孔元件位于锥面范围内某个位置；③多孔元件位于锥底与圆柱体交界处。
多孔元件在圆锥上的位置不同，所测的孔隙水压力值是不一样的。测压管探头量测结果表明，孔隙水压力值在尖端处更大(Torstensson 1975，Baligh和Levadonx，1980，Tumay等人，1981，Battaglio等人，1981)，因此为测量孔隙水压力峰值，透水元件应置于圆锥尖部。
图3-31 孔隙水压力圆锥静力触探试验结果
由于锥尖处易于损坏，多孔元件常置于锥面范围内(Tumay等1981，De Ruiter 1981，Zuidberg等，1982)。一般认为：这样安装的多孔元件，探头将对土层的土质变化具有更大的灵敏度。
图3-30 所示的多孔元件位置(Senneset，1974，CampaneHa等1982，Tavenas等，1982)，其优点是在贯入时能较好地防止破坏和磨损，而且比较容易达到饱和。然而，此处的应力状态不够稳定，这可能降低测量成果的再现性(J.De Ruiter，1982)。
为了能把孔隙水压力与端阻qc和侧阻fs建立关系，要求整个探头的几何外形设计得和常规探头一样。探头截面积有10cm2和15cm2的两种。
多孔元件和内通水孔中的充分饱和是至关重要的。为此，需要在真空室内抽吸探头，使其彻底排气，再用蒸馏水饱和，最后封在装水的薄塑料袋内备用。
二、野外使用
进行孔隙水压力圆锥静力触探时，应严格坚持2cm/s的标准贯入速率(J.De Ruiter)。当探头被压入到土中时，包在圆锥外面的塑料带便被刺破。在到达地下水位以前的土层中，可能发生多孔元件和内通水孔中饱和度的降低。为避免这种情况，当地下水不深时，可先钻或挖至地下水下，然后在此标高处开始贯入试验。
在触探间断时(如接卸杆时)，可对粘性上进行孔隙水压力消散试验。
图3-32 孔隙水压力圆锥静力触探测试结果
三、测试成果的应用
根据触探过程中孔隙水压力和端阻随深度变化的情况见(见图3-31)，可计算出地层不同深度的孔隙压力比u/qc。许多量测结果表明：砂土中u/qc很低；而粘性土中，u/qc值高得多。据此可对土进行分类并划分地层。使用u/qc分类和划分地层，比过去用qc和摩阻比Rf分类更精确(Baligh等人，1980)。
孔隙水压力圆锥静力触探试验结果图3-32是Jones.G等人(1983)的测试成果，所反映的规律与图3-31一样。
Tumay等人(1981)，Baligh等人(1981)还研究了孔隙压力比u/qc与岩土超固结比OCR的相关性，认为：u/qc随OCR的增加而降低(如图3-33)。不过，近年来有人(Almeida和Parry(1985)的研究结果表明：u/qc和OCR之间并不具有图中所示的那种线性关系和那样大的斜率。此外尚有许多人还研究了孔隙水压力的变化与贯入过程中砂土的体积变化以及相对密度的关系。
图3-33 在Louisiana粘土中用各种触探头获得的u/qc和OCR关系
贯入间歇期的孔隙水压力消散试验表明：砂土透水性好，一般孔隙水压力消散50%所需要的时间不过几秒钟(A.G.Franklin等人1981)。而粘土消散时间较长。如果把孔压消散50%所需时间同固结系数建立关系，则可利用消散实验确定粘土的水平固结系数Ch。
国内一些单位(如同济大学等)在孔隙水压力触探头及其应用方面作了不少研究工作。
参考文献
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圆锥动力触探试验
一、仪器设备
圆锥动力触探设备主要由圆锥探头、触探杆、穿心锤及钢锤垫四部分组成(图4-2)。
图4-2 动力触探仪及探头示意图(mm)
试验 *** 是将穿心锤穿入带锤垫的触探杆上，将探头及探杆垂直地面放于测试地点，然后提升穿心锤至预定高度，使其自由下落、撞击锤垫，将探头打入土中，记录每贯入30cm(或10cm)的锤击数。重复上述步骤，直到预定试验深度。
表4-2 圆锥动力触探分类和规格
我国圆锥动力触探分类和规格，见表4-2所列。各种类型探头的尺寸见图4-2。
不同类型动力触探试验具有不同的适用范围：轻型动探适用于浅部的填土、砂土、粉土、粘性土；重型动探适用于砂土、中密以下的碎石土、极软岩；超重型动探适用于密实或很密的碎石土、软岩、极软岩。
二、试验的技术要求
(1)为确保恒定的锤击能量，应采用固定落距的自动落锤装置。
(2)锤击时应保持探杆的垂直，更大偏斜度不应超过2%；锤击过程应连续进行，以减小侧摩阻力，尤其是在粘性土中锤击过程的间歇，会使侧摩阻力增大；贯入过程中应防止锤击偏心、探杆歪斜和探杆侧向晃动。
(3)为减小侧摩阻力的影响，每贯入1m，应将探杆转动一圈半；贯入深度超过10m后，每贯入20cm宜旋转探杆一次。
(4)贯入锤击速率一般为15～30击/min。在砂土、碎石土中，锤击速度影响不大，则可采用60击/min。
(5)对轻型动力触探，当N10＞100或贯入15cm锤击数超过50时即可停止试验；对于重型动力触探，当连续三次N63.5＞50，即可停止试验或改用超重型动力触探。
(6)贯入深度的一般限制：对轻型，一般应＜4m；对重型＜12～15m；对超重型＜20m，超过此深度，应考虑侧壁摩阻力的影响。
三、影响成果的主要因素
(1)杆长的影响：当采用重型和超重型动力触探确定碎石土密实度时，应考虑杆长对测试成果的影响，宜对锤击数进行杆长修正，即：
N=αN′ (4-11)
式中：N为修正后的圆锥动力触探锤击数；N′为实测的锤击数；α为杆长修正系数(表4-3)。
表4-3 圆锥动力触探锤击数修正系数
(2)杆侧摩擦的影响：就土类而言，对中密-密实的砂土，尤其在地下水位以上者，由于探头直径比探杆直径大，可不考虑侧壁摩擦；而对软粘土和有机土，侧壁摩擦对击数有重要影响。但如用泥浆或用套管可消除侧壁摩擦的影响。在一般的土层条件下，深度在15m以内，可不考虑侧壁摩擦的影响；如深度超过15m，可采用泥浆或加套管以消除侧壁摩擦的影响。
(3)上覆压力的影响：随着贯入深度的增加，土的有效上覆压力和侧压力都会增加，相应的贯入阻力会增大，故锤击数应增大。在判定砂土振动液化时，常采用Seed建议的标贯试验深度影响修正公式：
N63.5=CNN′63.5 (4-12)
式中：N63.5为修正后的击数；N′63.5为实测的击数；CN为修正系数(CN=1-1.25lgσ′v0)；σ′v0为实测N′63.5处土的有效上覆压力(kPa)。
四、成果的应用
根据圆锥动力触探试验指标，结合地区经验，可进行力学分层；评定土的均匀性和物理性质、土的强度、变形参数、地基承载力、单桩承载力；查明土洞、滑动面、软硬土层界面；检测地基处理效果。
1.力学分层
根据动力触探试验结果，可绘制出锤击数沿深度的变化曲线(图4-3)，据此曲线可以进行地层的力学分层。
图4-3 动力触探曲线
2.确定地基土的承载力
按照动力触探试验结果，结合地区经验，可以确定地基土的承载力。承载力标准值fk与各种土质的关系见表4-4。
表4-4 承载力标准值fk
(1)按N10确定：《建筑地基基础设计规范》(GBJ 7-89)规定，可用N10确定地基土的承载力标准值。
(2)按N63.5确定：《工业与民用建筑工程地质勘察规范》(TJ 21-77)提出的N63.5与fk的关系。
(3)按N120确定：原水利电力部动力触探的试验规程给出了碎石土的N120与fk的关系。
3.估算圆砾、卵石土地基变形模量E0
铁道部第二设计院基于在四川、东北、广西、甘肃等地的试验资料综合后得出N63.5和E0的关系，见表4-5所列。
表4-5 圆砾、卵石土的变形模量
4.预估单桩承载力和确定桩基持力层的位置
动力触探试验与打桩过程极其相似，因而用于桩基勘察时，对打入式的端承桩效果较为显著，其试验成果可用以确定桩基持力层的位置和单桩承载力。
(1)确定桩基持力层的位置 利用动力触探的N-H曲线，结合钻孔资料，可以较准确地编制出勘察场地的工程地质剖面，据此选择桩基持力层，确定在勘察范围内各部位上的桩长。
(2)确定单桩承载力 由于动力触探试验无法实测地基土的极限侧壁摩阻力，因而在桩基勘察时主要用于桩端承力为主的短桩。由桩的静载荷试验确定承载力标准值与桩尖平面处的动力触探指标进行统计分析，可提出单桩承载力公式。显然，公式具有明显的地区性。
沈阳地区的经验：由预制桩和振冲灌注桩(22组)的静载荷试验的极限承载力Ru与桩尖平面处触探指标N63.5进行统计，得：
Ru=133+539N63.5 (4-13)
成都地区的经验：一般桩基持力层为卵石土，由35组资料统计，则得：
Ru=299+126.1N120 (4-14)
式中：Ru为桩尖平面处地基土的极限承载力(kPa)；N120为桩尖平面处上下4D(桩径)范围修正后的击数平均值(击/10cm)。
5.确定砂土和卵石的密实度
表4-6 N63.5与砂土密实度的关系
原机械工业部第二勘察研究院根据探井实测的孔隙比e与N63.5对比，编制了如表4-6所列的N63.5与砂土密实度的关系，据此表可以判别砂土的密实程度。
由成都地区的经验所得到N120与卵石密实度的关系，见表4-7所列。
表4-7 N120与卵石密实度的关系
高18.95厘米,底直径10厘米的圆锥怎么做？
要做高18.95厘米，底直径10厘米的圆锥，需要在纸上画一个锥身和圆锥底的图：
一，圆锥的底是直径÷2作半径画一个圆，半径是：
10÷2=5(厘米)
注：在纸上定一个点然后用5厘米长度作半径用圆规划圆就好了。
二，圆锥身是：
注：周长=3.14×10=31.4(厘米)
在纸上画作锥底长，再在锥底长31.4中间点画一垂直虚线高18.9厘米，然后从这点向圆锥底31.4的两边分别画斜线，画后剪下来就可以了。
三，画好的锥身图剪下然后卷起来就是锥身了，画好锥底圆剪下来贴在锥身底部，这圆锥体就做好了，希望你喜欢。附图
画好把这剪出卷起来与圆形图粘贴。
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