靜力觸探技術(shù)機(jī)理分析及應(yīng)用研究

摘要：靜力觸探技術(shù)是一種原位測試技術(shù)，避免像傳統(tǒng)分析取樣方法對原土層結(jié)構(gòu)的破壞，可以有效地獲得施工土層工程性質(zhì)參數(shù)，在工程建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用。本文研究了靜力觸探技術(shù)機(jī)理，并研究了靜力觸探技術(shù)應(yīng)用研究，本文的研究，對于工程勘察設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：靜力觸探技術(shù)機(jī)理應(yīng)用

0 引言

靜力觸探是一種原位測試技術(shù)，用靜壓力勻速將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓錐形探頭按一定速率勻速壓入土層中，同時測量探頭貫入阻力，包括探頭阻力、側(cè)壁摩擦阻力、孔隙壓力等，繪制貫入曲線，按其所受阻力的大小劃分土層，結(jié)合相鄰鉆孔資料和測量經(jīng)驗(yàn)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，尋找靜力觸探數(shù)據(jù)的空間變化規(guī)律，確定土性和土層工程力學(xué)性質(zhì)，靜力觸探可以確定地層分層，另外靜力觸探可以獲取多種工程地質(zhì)參數(shù)。利用常規(guī)方法對地層的力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)的獲得，往往會造成取樣地點(diǎn)土層的變化，導(dǎo)致樣品的變化和測試數(shù)據(jù)失真。靜力觸探作為一種原位測試技術(shù)，可以最大限度地避免取樣對原土層結(jié)構(gòu)的破壞，快速地獲取必要的、真實(shí)的工程性質(zhì)參數(shù)。不同靜力觸探儀器，通過采用相應(yīng)的觸探機(jī)功率、探頭錐角、圓錐底面積、探入速度、貫入方式，可以應(yīng)用于黏性土、粉土、砂土、硬土。靜力觸探在工程建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用。

1 靜力觸探測試技術(shù)的機(jī)理

1.1 原位測試技術(shù)簡介 原位測試技術(shù)，在對土層進(jìn)行測試時可以在原來所處的位置，裝有傳感器的探頭用靜力壓入土層中，基本保持土層的結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，通過探頭將貫入阻力、側(cè)壁摩擦力等轉(zhuǎn)化為電訊號并加以記錄和分析，分析判定地層力學(xué)性質(zhì)。

1.2 靜力觸探的特點(diǎn) ①靜力觸探的優(yōu)點(diǎn)：反映土層原始狀態(tài)，不會像傳統(tǒng)取樣方法使得取樣土層因應(yīng)力釋放、含水層破壞，造成數(shù)據(jù)的失真，靜力觸探特別適用于松散沉積地層，如飽和砂土、粉土、軟粘性土層等。靜力觸探測試連續(xù)、快速、準(zhǔn)確，操作簡便、快捷，安全性好。計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，精度比較高。②靜力觸探的缺點(diǎn)：不取出樣品，缺乏對土層的直接觀察，必要時需要配合鉆探取樣來進(jìn)行全面分析。測試深度超過80米時，測試精度下降。不適用于礫石土層、密實(shí)砂層、碎石土層的勘察。

1.3 靜力觸探力學(xué)實(shí)質(zhì) 靜力觸探探頭端部是圓錐形的，這樣可以全面測得壓縮力、剪切力、摩擦力的影響，測到的貫入阻力才會真實(shí)全面。通過實(shí)驗(yàn)來證明和建立通過貫入阻力和土層結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系。靜力觸探建立在土力學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)力學(xué)基礎(chǔ)上。

2 靜力觸探技術(shù)發(fā)展和在工程上的應(yīng)用

2.1 靜力觸探技術(shù)在工程上的應(yīng)用 ①確定土體、地貌特征。通過靜力觸探技術(shù)分析地層結(jié)構(gòu)，明確地貌形態(tài)，明晰地形標(biāo)高，判斷河流階地類型，評價施工場地的工程地質(zhì)條件。②確定粉土樁端持力層界線。一些飽和砂土、粉土構(gòu)造的地層，強(qiáng)度、穩(wěn)定性不足，易產(chǎn)生形變，需要采用樁基工程。樁基工程需要沉樁到位，以達(dá)到預(yù)定的承載力，但由于地層情況不明，會產(chǎn)生接樁或截樁的情況，甚至對打樁設(shè)備造成損害。這就需要靜力觸探技術(shù)確定樁端持力層，分析確定科學(xué)的樁基位置。③確定地下人防和隱蔽物位置。我國有很多地下人防工程，而且一些施工地點(diǎn)有古墓、古建筑、古井等隱蔽物。工程建設(shè)前需要查清人防工程、古墓、古建筑、古井在地下的位置。靜力觸探可以快速、準(zhǔn)確地確定地下人防和隱蔽物位置，有效協(xié)助工程設(shè)計(jì)和施工。④確定泥質(zhì)軟巖的中風(fēng)化帶界線。我國廣泛分布泥質(zhì)軟巖，厚度大，埋藏淺，影響建筑工程中的樁基選擇。靜力觸探技術(shù)配合鉆探可以確定泥質(zhì)軟巖的中風(fēng)化帶界面，確定樁端持力層的標(biāo)高，避免工程中因情況不明產(chǎn)生的損失和浪費(fèi)。⑤判斷砂土液化。利用靜力觸探獲得的數(shù)據(jù)，可以判斷飽和砂土是否會因?yàn)榈卣甬a(chǎn)生液化現(xiàn)象，特別是對沿江、沿河、沿湖地區(qū)飽和砂土地震液化的判斷。

2.2 靜力觸探測試新技術(shù)的發(fā)展 ①孔隙水壓力靜力觸探測試。在靜力觸探探頭上增加測孔隙水壓力的傳感元件，停止貫入時可量測超孔隙水壓力的消散。通過超孔隙水壓力可以判斷土的種類、土的力學(xué)性能、排水性能。②波速靜力觸探測試。在靜力觸探探頭上增加測量波速的裝置，得到波速數(shù)據(jù)，最佳測試深度為3~30米，有效測試深度可達(dá)到40米。③旁壓靜力觸探測試。通過旁壓器使土體產(chǎn)生變形，測出施加壓力和土層變形之間的關(guān)系，對土體承載力、變形性質(zhì)等進(jìn)行評價。④電阻率靜力觸探測試。在靜力觸探探頭上增加測電阻的裝置，靜力觸探測試的同時測定土的電阻率，測定多孔介質(zhì)及孔隙水的總電阻率。⑤振動靜力觸探測試。在靜力觸探探頭上增加偏心振動器，對比振動和不振動的貫入阻力，判斷砂土的液化情況。⑥靜探頭攜帶攝像頭技術(shù)。在靜力觸探探頭上增加無線電攝像頭，通過攝像定性地、直觀地觀察地層情況。

3 結(jié)束語

靜力觸探技術(shù)便捷、快速、成本低，可以根據(jù)需要進(jìn)行技術(shù)的彈性組合，對分析點(diǎn)破壞極小數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的平原軟土地帶，靜力觸探技術(shù)更為適用，可以產(chǎn)生較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，是工程勘察設(shè)計(jì)中極為重要的技術(shù)手段。

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作者簡介：鞏建強(qiáng)（1978-），男，河北隆堯縣人，工程師，本科，主要研究方向：工程地質(zhì)勘察。