基于CPTU试验成果在土体定名中的研究★

柳阳 付超

(信阳师范学院土木工程学院，河南信阳 464000)

0 引言

静力触探试验(CPT)是原位测试技术中最重要的一种。1932年荷兰工程师P.Barentsen首先进行手动的荷兰锥灌入试验;1948年荷兰工程师Bakker研制出世界上第一个电测式探头;1957年荷兰Delft土力学实验室研制出第一台能测定侧摩阻力的电测式探头;1980年Roy等设计了第一台能同时测定锥尖阻力qc、侧摩阻力fs和孔隙压力u的三相探头。静力触探试验具有测试数据精度高，快速、连续、效率高、功能多和干扰小等优点，因此，目前，被广泛的应用在土层结构的划分和定名、评估工程性质指标以及为工程设计提供直接的结论性的判断等方面［1-3］。

1 土体定名方法的研究

1965年Begemann［4］首创了根据锥尖阻力qc和侧摩阻力fs的关系(即摩阻比Fr=qc/fs)来确定土体的名称，并绘制了相应的土体分类图。虽然该方法由于使用机械锥和受场地条件限制等原因未能得到大面积的推广，但仍具有非常重要的意义。Sanglerat(1974)和Schmertmann(1978)在改用机械锥后，也根据摩阻比Fr和对数化的锥尖阻力的关系，分别给出了各自的土体分类方法和分类图［5］。此后，随着电测式探头的出现和使用，Douglas和Olsen(1981)、Vos(1982)、Jones和 Rust(1982)等［6］也提出了自己的土体方法和分类图。1986年Robertson等［6］在考虑了由于端阻力qc和侧摩阻力fs在接触面上的差异而引起的尺寸效应和孔隙水压力u的共同影响下，提出可根据修正后的端阻力qt与摩阻比Fr的关系划分土类，并绘制了包含12种类型的土体分类图;1990年Robertson又在前述方法的基础上，增加了上覆压力的影响，提出根据标准化的摩阻比RF与标准化的端阻力Qt的关系，绘制了一个包含了7种类型的新型土体分类图。1997年Fellenius和Eslami［5］又根据静力触探试验在桩基设计中所取得的成果，在考虑了有效应力影响的基础上，提出了一个基于侧摩阻力fs与有效端阻力qE，且包含五种类型的对数表示的土体分类图。

2 CPTU在土体定名中的应用

采用GEOTECH公司提供的孔压静力触探设备进行试验，场地选择在河南省信阳市宝石桥附近某建筑工地，试验最大测试深度为10.7 m。首先，根据CPTU试验所获得的连续读数，将土体划分为五层［7］，分层结果见图1。其次，对CPTU的试验读数进行处理，并分别绘制摩阻比和修正后的端阻力(Fr—qt)、标准化的摩阻比和标准化的锥尖阻力(Fr—Qt)以及侧摩阻力和有效端阻力(fs—qE)的三幅关系图，见图2～图4。再次，结合图2～图4的特点以及Robertson和Fellenius的土体分类图，分别确定各层土的组成情况。最后，将上述三种土体的分类情况与钻孔取样后的室内试验结果进行汇总并比较，其比对情况见表1，表2，并评价各种方法的精确程度。

图1 采用孔压静力触探试验划分土层（单位：m）

图2 摩阻比Fr与修正后的端阻力qt

图3 标准化的摩阻比RF与标准化的端阻力Qt

图4 侧摩阻力fs与有效端阻力qE

表1 CPTU与室内试验所确定的土体定名表

表2 CPTU与室内试验结果比对表

根据表1和表2进一步比对，可发现:

1)由Robertson关于 Fr—qt的分类结果可看出，该法仅在“2.8 m～5.5 m”处得到了错误的结论，而其他土层的判断结果均较为准确。

2)由Robertson关于RF—Qt的分类结果可看出，该法仅在“0 m ～2.8 m”和“5.5 m ～7.6 m”获得了较为准确的结果，而其余三层均与室内结果存在差异，误差最大。

3)由Fellenius＆Eslami关于fs—qE的分类结果可看出，该法在除了“2.8 m～5.5 m”以外的土层，均获得了令人满意的结果，与室内试验的结果最为接近。

4)在上述三种分类方法中，“0 m ～2.8 m”和“5.5 m ～7.6 m”两层的分类结果与其余三层相比，均具有更高的准确度，这说明无论是采用Robertson还是Fellenius＆Eslami的方法，在确定细粒土，特别是黏土时，均具有更高的识别度。

5)经比较，可得出上述三种分类方法的精确度存在以下关系:fs—qE最高，Fr—qt次之，RF—Qt最低。同时，需要注意的是，由于试验数量、探测深度以及土的应力状态等影响，上述三种分类方法精确程度的关系可能存在变化。当然，值得肯定的是，三种分类方法均已具备了一定的准确度。

3 结语

本试验采用孔压静力触探的试验参数来确定各层土体的类型，并与钻孔取样后的室内试验结果进行比较后发现:

1)与钻孔取样后的室内试验相比较，孔压静力触探试验可根据Fr—qt，RF—Qt和 fs—qE三幅图的特点，确定各层土的类型。其中，fs—qE的精度最高，Fr—qt次之，RF—Qt最低;

2)无论采用Robertson还是Fellenius＆Eslami的分类方法，在区别细粒土，特别是黏土时，均具有更高的辨识度。

［1］Lunne T.Cone penetration testing in geotechnical practice［M］.London:Blackie Academic and Professional，1997.

［2］Robertson P K.Soil behaviour type from the CPT:an update［C］.2nd International symposium on cone penetration testing，2010.

［3］Mayne P W.Cone penetration testing-a synthesis of highway practice.NCHRP Synthesis 368［R］.Atlanta:Georgia Institute of Technology，2007.

［4］Begemann H K S.The friction jacket cone as an aid in determining the soil profile［C］.Proceedings of the 6th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering，ICSMFE，Montreal，1965:17-20.

［5］Fellenius B H，Eslami A.Soil Profile interpreted from CPTU data［C］.“Year 2000 Geotechnics”Geotechnical Engineering Conference，2000.

［6］Robertson P K.Use of Piezometer Cone data［C］.In-Situ’86 Use of In-situ testing in Geotechnical Engineering.Specialty Publication，1986:1263-1280.

［7］付 超.静力触探实验在土层划分中的应用研究［J］.信阳师范学院学报(自然科学版)，2013，26(2):305-308.

［8］付 超.浅析静力触探试验的发展及应用［J］.四川建材，2011，37(4):67-68.