动力触探试验有关问题商榷

吴玉梅

摘 要：动力触探（DPT）是工程地质原位测试的主要方法之一，它是利用一定的锤击能量，将一定规格的探头打入土中，被贯入的难易程度来评价土的力学性质，特别对难以取样的碎石类土及静力触探难以贯入的土层，动力触探是十分有效的测试手段。本文就动力触探试验有关问题进行分析。

关键词：动力触探；试验；问题

一、动力触探贯入机理

所谓动力触探贯入机理，就是土体在冲击荷载的作用下，按照孔穴扩张理论，在不排水条件下，假设触探头贯入，土体作为弹塑性介质，在临界深度内，贯入触探头时，土体的破坏以整体剪切为主；贯入触探头后，由于周围应力的不断增大，土中不再出现整体剪切破坏，剪切破坏或孔穴扩张的破坏只在锥头附近出现，在黏性土中，由于超孔隙水压消散比较慢，随着深度的不断增加，超孔隙水压也在逐渐增加。

在工作过程中，在导杆摩擦、锤击偏心等因素的影响和制约下，与理论计算值相比，自由落锤能量比较小。因探杆本身长度、质量、弹性变形及探杆周围土体摩阻力的影响，传到探头的能量也被消耗一部分，所以，根据荷兰的动贯入阻力公式计算土对探头贯入的阻力：

式中：Rd、M、m、H、A、e、D、N63.5、g 分别代表动贯入阻力（kPa）、落锤质量（kg）、圆锥探头及杆件系统的质量（kg）、落距（m）、圆锥探头截面积（cm2）、贯入度（mm），e=D/N63.5、规定贯入深度、规定贯入深度的击数、重力加速度， g=9.8m/s2。

二、动力触探设备及应用范围

在使用动力触探种类方面国外比较多，根据锤击能量，国内将动力触探分为轻型（N10）、中型（N28）、重型（N63.5）、超重型（N120）等4 种。触探头、触探杆、穿心锤3 部分共同组成我国动力触探设备，根据重锤质量、落距所组成的动力能量之间的差异，可以将动力触探分为轻—特重型。在测试过程中，为了充分发挥一机多能的作用，80 年代以后，63.5kg 类型的锤重得到广泛使用。

三、动力触探试验的工程应用

某水利工程在初步设计阶段进行地质勘察工作，勘察以结果满足水利工程初步设计阶段精度为目标。勘察工作主要采用资料收集、整理，工程地址测绘、沿堤线及建筑物工程地质钻探，现场原位试验和室内土工试验等综合勘察手段。原位试验选用的设备为重型（N63.5）动力触探设备。执行的国家有关规范、规程包括《堤防工程地质勘察规程》（SL188-2005）、《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005）、《水利水电工程地质测绘规程》（SL299-2005）、《土工试验规程》（SL237-2000）、《岩土工程地质勘察规范》（GB50021-2001）、《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）、《工程地质手册》等。

3.1临界深度her在贯入设备的初始阶段，随着贯入深度h的增加，动探击数N63.5逐渐增大，导致地面出现隆起、开裂现象，当贯入达到一定深度后，N63.5值趋于稳定，地表不再继续变形，在N63.5-h曲线上出现明显的变化点，该深度值就是动力探触临界深度（her）。

在地面以下，临界深度范围之内，在贯入探头的过程中，土体以剪切变形为主，土的侧向约束力随着贯入深度的增加逐渐增大，压缩变形逐渐取代剪切变形。当贯入深度超过临界深度后，土体的压缩性或者密实度将影响和制约动力触探击数。在“动力初探试验技术的研究与应用”一文中，赵昭熔，曹化平指出：①在同一均匀土层中，随着探头直径增大，临界深度不断加深；②当探头直径相同，随着N63.5增大，临界深度逐渐加深；

在一般地层（N63.5在2-50击/cm）中，对于重型动力触探来说，临界深度通常为0.5-1.0m，相当于探头直径的7-14倍。

3.2判断土的密实度密实程度作为最主要的指标，可以对非粘性土地基强度进行评定。对于非粘性土的密实程度来说，如何进行判定。目前，通过相对密度对砂土进行评定，通过目测观察的方式对碎石类土进行评定。对于同一级配的非粘性土来说，如果密度越大，那么对应的土层越密实。对于地基土密实程度通过采用密度可以进行间接的判定。通过对50组资料进行综合统计，统计结果显示，对于砂土来说，N63.5随着密实程度的增大逐渐增大，相应的地基强度呈线性增长的关系。在低密实度时，卵石土也呈线性关系，击数N63.5随着密实程度的增加其增大值明显增大，与地基强度的增长率相比，其增长率明显偏大。在较密实状态下，击数N63.5与地基强度呈非线性关系。动力探触的试验成果包括标贯击数和修正标贯击数，确定砂土的液化性时，采用未修正的標贯击数，而确定承载力时，采用了修正后的击数。这样试验主要是因为主要因为用标准贯入击数查地基承载力的经验关系统计时所用的标准贯入击数是经过修正的；而液化判别公式中已经包含了深度的影响，只采用未修正的标贯击数即可。粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土，粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的称为砂土。碎石土和砂土密实度分类标准见表1。

3.3 其他应用

3.3.1 液化判定：砂土层的密度通过原位标准贯入试验的击数可很好地反映，然后结合砂土层和地下水位的埋藏深度，进行局部的调整和修正，砂土液化的可能性通过查表即可判定。根据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》的相关规定，需要进行液化判别时，通过采用标准贯入试验进行相应的判别。但是，在对饱和砂土层作标贯试验时，由于某些工程项目将快速提升孔内钻具换成标准贯入器作标试验，进而在一定程度上造成孔内水位接近孔底，与地下水位之差大则孔底发生涌砂，特别是埋深较大且又是纯净的中细涌砂最严重，进一步造成误判。

3.3.2 土层划分：静力触探试验的主要作用之一就是精确分层、确定土体的类型，为工程建设提供设计依据与参数。依据钻进和取土情况以及锤击数差异变化，并按照沉积规律综合判定。我们认为并非是单一的厚层砂和砾卵石简单结构，而是由多个沉积韵律组成的不均匀复杂土层结构，并依此作为土层划分的依据。

四、结束语

动力触探试验野外现场作业简单、方便，测试需时短，可以缩短勘察工期，进行土体岩性划分及确定土体力学参数效果良好。比较客观地测试土层的工程特性，为工程地质地基评价和设计基础型式的选取提供合理、科学的依据。

参考文献：

[1]赵昭熔，曹化平.动力触探试验技术的研究与应用[J].铁道工程学报，2005，（S1）：431-439.

[2]李会中，郭飞，傅少君，郝文忠，李志.动力触探杆长适应性及其修正试验[J].地球科学，2016，（07）：1249-1258.

[3]邵海东.用动力触探试验检测和评价地基承载力的方法研究[J].科技信息，2011，（11）：699+718.