静力触探技术的发展分析概述

张青青　刘旭　陈宇　齐琛森

【摘 要】静力触探的发明和应用对于工程地质勘探和测试技术的发展具有非常重要的意义，静力触探目前已成为岩土工程行业原位测试中最基本的试验手段之一。本文在介绍了静力触探测试的发展历程与基本原理的基础上，分析了静力触探现有存在的优缺点，概括了目前实际工程中应用较为广泛的几种静力触探测试新技术，总结了各种新技术的特点及其工程应用范围。

【关键词】静力触探；原位测试；双桥探头；发展

1. 前言

岩土工程原位测试[1～2]能够测得天然结构条件下岩土体的工程性质，在工程建设中起到十分重要的作用，而静力触探（Cone Penetration Test，简称CPT）是应用最广和最成熟的手段之一。目前，国内和国外的工程界非常重视对静力触探的应用和机理方面的研究。一方面希望通过这种手段获得更多的参数，致力于多功能探头的研究，同时也不断扩大它的应用领域，因此，对静力触探进行分析研究具有一定的实际应用价值和意义。

2. 静力触探测试的发展历程与基本原理

2.1 静力触探测试的发展历程。

早在1917年，瑞典铁路工程中就正式采用了螺旋锥头式静力触探，1930年荷兰开始采用尖锥试验，国际上称为荷兰静力触探，这个方法较瑞典更为简捷，在国际上广为流传。1974年在瑞典召开了第一次欧洲触探会议，实际上其规模远超出欧洲，属国际学术交流会议。1982年在荷兰阿姆斯特丹召开了第二次欧洲触探会议，1984年在法国巴黎召开了第一次世界性的土工原位测试会议[3]。

法国1949年研制出第一台静力触探仪。在1965年以后才大量应用静力触探，许多著名建筑和重大工程都采用触探法勘察地基。挪威1952年研制成电测式静力触探仪，1973年研制成用于海底勘探的静力触探仪，且认为海底勘探的最好方法是静力触探。美国、前苏联在月球的勘察中研究和使用了宇宙宇航员操作的自动记录静力触探仪。新型静力触探仪的不断出现，标志着这项技术在国际上受到广泛的重视。

在我国解放初期的土力学课程中就有静力触探的内容。1954年中国科学院土木建筑研究所利用研制的双层管式静力触探设备，在黄土中进行了试验研究[4]；1965年原建工部综合勘察院自行设计制造了电阻应变式静力触探仪[5]，创制了我国第一个电测探头，并通过近百组对比试验建立了贯入阻力与天然地基承载力的统计公式，为静力触探在我国的推广使用打下了基础。1967年中南勘察院和武汉城市规划设计院研制成功了机械传动静力触探仪[5～6]；1969年铁道部第三勘测设计院研究成功了双缸静力触探仪，促进了我国静力触探的发展。目前，静力触探这次测试技术是我国原位测试技术中应用最广泛与和最成熟的测试手段之一。

2.2 静力触探测试的基本原理。

用静力将一个内部装有传感器的触探头匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受阻力自然也不会一样，探头附近一定范围内的土体受到压缩和剪切破坏，如图1所示。同时，土对探头产生贯入阻力，其中包括端阻qc和侧壁摩阻力fs，如图2所示。在这一过程中，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来。再通过贯入阻力与土的工程性质之间的关系，从而取得土层剖面、估算地基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等测试目的[7]。

3. 静力触探技术的发展

在传统静力触探（CPT）的基础上，在探头上加各种不同用途的传感器，便形成新的静力触探技术。应用比较多的测试主要包括：孔隙水压力静力触探测试（CPTU）、旁压静力触探测试（CPT-PMT）、波速静力触探测试（SCP-TU）、电阻率静力触探测试（R-CPTU）、振动静力触探测试（Vibro CPT）与放射性同位素静力触探测试（RI-CPT）等技术[9]。下面将分别介绍这几种静力触探新技术与传统静力触探的测试参数、特点及其主要应用情况。

3.1 传统静力触探测试。

传统静力触探包括单桥静力触探与双桥静力触探两种。单桥静力触探所测参数为比贯入阻力ps，其特点为快速便捷；主要工程应用为分层、评定地基承载力、确定压缩模量和变形模量。双桥静力触探所测参数为锥尖阻力qc和侧壁摩擦阻力fs，其特点为分层方便、经济、可测试土力学参数等；其主要工程应用为修正锥尖阻力并使其真正反映土的性质、评定渗流、固结特性、评定地基土的容许承载力、确定压缩模量和变形模量等。

图1 探头贯入作用示意图

图2 探头阻力分布图

3.2 孔隙水压力静力触探测试。

孔隙水压力静力触探测试的所测参数为锥尖阻力qc、侧壁摩擦阻力fs、孔隙水压力u。其特点为灵敏度与分辨率高；主要工程应用为判别土类和分层、修正孔隙水压力对锥尖阻力qc和侧壁摩擦阻力fs的影响、分析有效应力、估算土的渗透系数和固结系数、评定土的应力历史、评定砂土和粉土的液化势和估算土的静止侧压力系数等。

3.3 旁压静力触探测试。

旁压静力触探测试的所测参数为锥尖阻力qc、侧壁摩擦阻力fs、孔隙水压力u、固结系数和旁压曲线。其特点为灵精度高且可在不同深度进行试验；主要工程应用为绘制应力-应变关系曲线和评价孔周土体的承载力及变形性质等。

3.4 波速静力触探测试。

波速静力触探测试可同时获取静探和波速资料。其特点为灵精度高且费用低；主要工程应用为确定地基土的波速和动力参数、评定地基土类别、确定场地类别及土的工程性质指标等。

3.5 电阻率静力触探测试。

电阻率静力触探测试可测得多孔介质及孔隙水的总电阻率。其特点为快速、经济、一孔多用等；主要工程应用为研究地下介质电阻率随深度变化规律，解决地下水流速、流向及受污染的分布范围等地质问题并可定量解释层状介质等。

3.6 振动静力触探测试。endprint

振动静力触探测试所测参数为剪切波。其特点是具备多种功能；主要工程应用为模拟地震时的剪切波、评定砂土的液化势、分析对比振动与不振动时探头的贯入阻力等。

3.7 放射性同位素静力触探测试。

放射性同位素静力触探测试所测参数包括隐伏构造、岩体界线与介质物理参数。其特点是不受电磁场的干扰；主要工程应用为分清地层、研究和预测一些缓慢变化的动力地质过程及探测是否有放射性污染等。

4. 结束语

随着我国科学技术的进步与发展，静力触探技术将得到越来越广泛的应用。在实际应用静力触探的过程中，应根据各种不同静力触探测试技术的特点及其工程应用范围，采取相应的测试技术。同时，加强试验的经验和总结，广泛吸收国内外先进的方法与理论，结合岩土工程实际情况进一步的开发利用新型测试仪器，使原位测试手段更加先进、可靠、便捷和准确。

参考文献

[1] 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.

[2] 唐贤强，谢瑛等.地基工程原位测试技术[M].北京：中国铁道出版社，1993.

[3] 唐贤强，叶启民.静力触探[M].北京：中国铁道出版社，1983.

[4] 陈强华，俞调梅.静力触探在我国的发展[J].岩土工程学报，1991，13（1）：84～85.

[5] 王钟琦.我国的静力触探及动静触探的发展前景[J].岩土工程学报，2000，22（5）：517～522.

[6] 王钟琦. 再谈我国的静力触探及动静触探的发展前景[J].岩土工程学报，2001，23（3）：383～385.

[7] 孟高头，鲁少宏，姜珂，等.静力触探机理研究[J].地球科学——中国地质大学学报，1997，（4）：420～423.

[8] 顾宝和.《岩土工程勘察规范》中的静力触探问题[J].工程勘察，2008，（10）：4～5.

[9] 吴道祥，单灿灿，钟轩明，等.静力触探的发展及其在岩土工程中的应用[J].合肥工业大学学报，2008，2，31（2）：211～215.

[文章编号]1619-2737（2014）10-11-283

[作者简介] 张青青（1984-），女，籍贯：湖北荆门人，硕士研究生，主要从事岩土工程理论研究与工程应用。endprint