静力触探新技术的发展与应用

刘占友

【摘 要】介绍几种静力触探技术--孔隙水压力静力触探测试(CPTU)、波速静力触探测试(SCP-TU)、旁压静力触探测试(CPT-PMT)、放射性同位素静力触探测试(RI-CPT)和电阻率静力触探测试(R-CPTU)的现状、发展与应用. 【期刊名称】《铁道勘察》 【年(卷),期】2005(031)004 【总页数】2页(P49-50)

【关键词】静力触探;孔隙水压力测试;波速测试;旁压测试;放射性同位素测试;电阻率测试

【作 者】刘占友

【作者单位】铁道第三勘察设计院,天津,300251 【正文语种】中 文 【中图分类】U2

静力触探试验(Static Cone Penetration Test，简称CPT)是利用准静力，以一恒定的贯入速率将圆锥探头通过一系列探杆压入土中，根据测得的探头贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质。这种方法对不易钻孔取样的饱和砂土、砂质粉土、高灵敏性软土，以及土层竖向变化复杂、不宜密集取样的土层可在现场快速地测得土层对触探头的贯入阻力qc、探头侧壁与土体的摩擦阻力fs等参数。与传统的钻

探方法相比，具有速度快、劳动强度低、清洁、经济等优点。在原孔位中，利用不同传感器能取得连续地层的各种物理参数，并可由计算机进行数据处理和综合分析评价。静力触探技术不能对土进行直接的观察、鉴别，不适用于含碎石、砾石的土层和很密实的砂层。

以静力触探(CPT)为基础，在探头上加各种不同用途的传感器，从而形成新的静力触探技术。这些技术有的已相当成熟，有的尚在研究改进阶段。 1 孔隙水压力静力触探测试(CPTU)

孔隙水压力静力触探技术是把测孔隙水压力的传感元件与标准的静力触探组合在一起，在测定锥尖阻力qc和侧壁摩擦阻力fs的同时，量测土的孔隙水压力u；当停止贯入时，还可量测超孔隙水压力Δu的消散，直至超孔隙水压力全部消散完，达到稳定的静止孔隙水压力u0。

静探探头贯入土中所产生的超孔隙水压力是土类、土的强度和变形、排水性能的函数。国内有多家生产厂家生产该类仪器，这一技术已被列入原位测试规范。 孔压静探的主要优越性：

①灵敏度很高，能分辨1～2 cm薄土层的土性变化，极大提高了判别土类和划分土层的能力。

②可修正孔隙水压力对锥尖阻力qc和侧壁摩擦阻力fs的影响。 ③可进行有效应力的分析。 ④可估算土的渗透系数和固结系数。 ⑤可测定土层不同深度处的静止水压力。 ⑥可评定土的应力历史(超固结比OCR)。 ⑦对评定砂土和粉土的液化势有潜在的优势。 ⑧可估算土的静止侧压力系数。 2 波速静力触探测试(SCPTU)

现场原位波速测试可为工程抗震设计和研究土的动力特性提供具体参数。传统方法的波速测试是先用钻机开孔，后在孔中做波速测试。波速静力触探测试是在电测静力触探仪的基础上加上一套测量波速的装置，即在静力触探探头上部安装一个三分量检波器，采用检层法进行测试，可获得静探和波速两种资料。

波速静力触探测试中的波速测试属于单孔法测试：自行钻孔，检波器紧贴孔壁。测试精度高，费用低，速度快，适宜层次少或土层软硬变化大的场地。实践证明，波速静力触探法的有效测试深度已达40 m，最浅不得小于0.5 m，最佳测试深度范围为3～30 m。这种波速测试方法比钻探更准确、经济、快速，可以单独进行静探和波速测试，相互不影响，比钻探劳动强度低，不需考虑为防止塌孔而采用泥浆或下套管的防护措施。静探波速测试可使波速探头与土层密贴，从而获得更好的测试效果。

3 旁压静力触探测试(CPT-PMT)

旁压测试(PMT)是工程地质勘察中一种常用的原位测试技术，实质上是利用钻孔做原位横向载荷试验。其原理是：通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，并由旁压膜(或护套)将压力传给周围土体(或软岩)，使土体(或软岩)产生变形直至破坏；通过量测装置测出施加压力和土变形之间的关系，绘制应力-应变关系曲线；对孔周所测土体(或软岩)的承载力、变形性质等进行评价。

与静力载荷测试相比，旁压测试可在不同深度上进行，所求的地基承载力值与平板载荷测试结果相近，精度较高。

预钻式旁压测试要求预先钻孔，对土层有扰动；自钻式旁压测试虽不用预先钻孔，但设备复杂笨重，在湿陷性黄土地区应用困难，测试费用较高。20世纪80年代初，剑桥公司和加拿大英属哥伦比亚大合研制的旁压静力触探仪较好地解决了上述问题。它在旁压器前方安装有与旁压器外径(旁压器装有条形钢片护套)相同的静力触探探头。试验时，将探头压入土中，旁压器也随之压入土中，即可测得静力

触探数据，并可在预定深度停下来做旁压试验，所测得的旁压曲线类似自钻式旁压曲线。

目前静力触探试验和旁压试验已成为常用的原位测试技术，旁压静力触探仪同时可做两项试验，提供的数据包括：锥头阻力、侧壁摩擦力、孔隙水压力、固结系数和旁压曲线等。因此，这种仪器有时也称全变形静力触探旁压仪(full-displacement cone pressuremeter)。

4 放射性同位素静力触探测试(RI-CPT)

放射性测量方法具有同其他物探方法不同的一些特点：不受电磁场干扰，可现场测定如隐伏构造位置、岩体接触界线，以及测定介质的一些物性参数，如介质的密度、孔隙度等，还可用于研究和预测一些缓慢变化的动力地质过程。

日本M.Mimura等在研究砂土液化时，在静探探头内增加放射性同位素装置来测定砂土重度γ、含水量ω。上海隧道设计研究院也研制过类似的探头，在静探的同时可测定土的重度；对于饱和土，如测得γ、ω，即可计算出土的孔隙比，从而对土的密实程度做出评价。日本在测定砂土的γ、ω时，还采用了冻结法进行取样，但由于冻胀、融化，ω偏高9%；如果不采用冻结法取样，取样及运输过程中水份易流失，使测定的ω偏小。

有一种GCPT可记录从探头上Cs137源向后扩散的γ射线，以测定土的原位密度；还有一种CPTU可连续测地层的γ射线剖面，结合CPTU可更好地分清地层，也可探测地层中是否受到放射性污染。 5 电阻率静力触探测试(R-CPTU)

电阻率法属于物探中的电法勘探。电阻率测井可测定地下介质电阻率随深度的变化规律，能解决地下水流速、流向及受污染的地下水分布范围等许多地质问题，并可进行层状介质的定量解释。电阻率静力触探是在进行静力触探测试的同时测定土的电阻率，快速、经济，一孔多用。

在静探探头的后面加装测电阻的装置，就构成了电阻率静力触探装置，可测定多孔介质及孔隙水的总电阻率。其电极距有两种：15 mm和150 mm，小电极距用于测薄层土，大电极距用于测厚层土，所测得的电阻率约为两倍电极距范围内土层的平均电阻率。

除以上介绍的几种静力触探方法之外，还有振动静力触探测试方法以及静探头携带摄像头技术等。振动静力触探测试方法是在静探探头中安装一个偏心振动器，模拟地震时的剪切波，对比振动和不振动的探头贯入阻力，可评定砂土的液化势等；静探头携带摄像头技术则是为了更好地利用CPT技术，在触探头上部0.5 m处的探杆内安装无线电摄像头，在触探的同时进行摄像，可定性地反映地层的粒度以及被污染的情况。随着测试技术的发展及工程测试资料的积累，运用多种原位测试信息来进行配套完善的分析评价方法会逐步普及，这些新的静力触探技术也会得到广泛的应用。 参考文献

[1]黄世铭。原位贯入试验技术的进展[J].勘察科学技术，1990(1)

[2]孟高头。土体原位测试机理方法及其工程应用[M]。北京：地质出版社，1997 [3]朱小林。原位测试技术新发展。岩土工程测试技术论文选集，1998