靜力觸探測(cè)試〔static cone penetration test〕簡(jiǎn)稱靜探(CPT)。靜力觸探試驗(yàn)是把一定規(guī)格的圓錐形探頭借助機(jī)械勻速壓人土中，并測(cè)定探頭阻力等的一種測(cè)試方法，實(shí)際上是一種準(zhǔn)靜力觸探試驗(yàn)。荷蘭人在20世紀(jì)40年代提出了靜力觸探技術(shù)和機(jī)械式靜力觸探儀。試驗(yàn)是用機(jī)械裝置把帶有雙層管的圓錐形探頭壓人土中，在地面上用壓力表分別量測(cè)套筒側(cè)壁與周圍土層間的摩阻力(fs)和探頭錐尖貫入土層時(shí)所受的阻力(qc)。電測(cè)靜力觸探試驗(yàn)于1964年首先在我國(guó)研制成功。原建工部綜合勘察院成功地研制了世界上第一臺(tái)電測(cè)靜力觸探儀，即我國(guó)目前普遍應(yīng)用的單橋(單用)探頭靜力觸探儀。利用電阻應(yīng)變測(cè)試技術(shù)，直接從探頭中量測(cè)貫入阻力，并定義為比貫入阻力。20世紀(jì)60年代后期，荷蘭開(kāi)始研制類似的電測(cè)靜力觸探儀，探頭為雙橋式的。此項(xiàng)成果發(fā)表于1971年。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，電測(cè)靜力觸探的發(fā)展使靜力觸探有了新的活力，發(fā)展迅猛，應(yīng)用普遍。其中，最重要的發(fā)展是國(guó)際上于20世紀(jì)80年代初成功研制了可測(cè)孔隙水壓力的電測(cè)式靜力觸探，簡(jiǎn)稱孔壓觸探.(CPTU)。它可以同時(shí)測(cè)量錐頭阻力、側(cè)壁摩擦力和孔隙水壓力，為了解土的更多的工程性質(zhì)及提高測(cè)試精度提供了極大的可能性和現(xiàn)實(shí)性。

目前在我國(guó)使用的靜力觸探儀以電測(cè)式為主。 靜力觸探具有下列明顯優(yōu)點(diǎn)：

(1)測(cè)試連續(xù)、快速，效率高，功能多，兼有勘探與測(cè)試的雙重作用;

(2)采用電測(cè)技術(shù)后，易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程的自動(dòng)化，測(cè)試成果可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理，大大減輕了人的工作強(qiáng)度。

由于以上原因，電測(cè)靜力觸探是目前應(yīng)用最廣的一種土工原位測(cè)試技術(shù)，本章將重點(diǎn)加以敘述和討論。

靜力觸探的主要缺點(diǎn)是對(duì)碎石類土和密實(shí)砂土難以貫入，也不能直接觀測(cè)土層。在地質(zhì)勘探工作中，靜力觸探常和鉆探取樣聯(lián)合運(yùn)用。

圖2-1是靜力觸探示意和得到的測(cè)試曲線。從測(cè)試曲線和地層分布的對(duì)比可以看出，觸探阻力的大小與地層的力學(xué)性質(zhì)有密切的相關(guān)關(guān)系。

靜力觸探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用在于：

對(duì)地基土進(jìn)行力學(xué)分層并判別土的類型;確定地基土的參數(shù)(強(qiáng)度、模量、狀態(tài)、應(yīng)力歷史);砂土液化可能性;淺基承載力;單樁豎向承載力等。

圖2-1 靜力觸探示意及其曲線

(a)靜力觸探示意及土層剖面 (b)靜力觸探曲線

試驗(yàn)設(shè)備和方法

試驗(yàn)設(shè)備

靜力觸探儀一般由三部分構(gòu)成，即：①觸探頭，也即阻力傳感器;②量測(cè)記錄儀表;③貫入系統(tǒng)：包括觸探主機(jī)與反力裝置，共同負(fù)責(zé)將探頭壓人土中。目前廣泛應(yīng)用的靜力觸探車集上述三部分為一整體，具有貫入深度大(貫入力一般大于100kN)、效率高和勞動(dòng)強(qiáng)度低的優(yōu)點(diǎn)。但它僅適用于交通便利、地形較平坦及可開(kāi)進(jìn)汽車的勘測(cè)場(chǎng)地使用。貫入力等于或小于50kN者，一般為輕型靜力觸探儀，使用時(shí)，一般都將上述三部分分開(kāi)裝運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行測(cè)試時(shí)再將三部分有機(jī)地聯(lián)接起來(lái)。在交通不便、勘測(cè)深度不大或土層較軟的地區(qū)，輕型靜力觸探應(yīng)用很廣。它具有便于搬運(yùn)、測(cè)試成本較低及靈活方便之優(yōu)點(diǎn)。靜力觸探儀的貫入力一般為20~100kN，最大貫入力為200kN，因?yàn)榧?xì)長(zhǎng)的探桿受力極限不能太大，太大易彎曲或折斷。貫入力為20~30kN者，一般為手搖鏈?zhǔn)诫姕y(cè)十字板-觸探兩用儀。貫入力大于50kN者，一般為液壓式主機(jī)。在參考資料中對(duì)觸探儀有較為詳盡的介紹。

(一)探頭

1.探頭的種類及規(guī)格

探頭是靜力觸探儀的關(guān)鍵部件。它包括摩擦筒和錐頭兩部分，有嚴(yán)格的規(guī)格與質(zhì)量要求。目前，國(guó)內(nèi)外使用的探頭可分為三種類型(見(jiàn)圖2-2和2-3)。

(1)單橋探頭：是我國(guó)所特有的一種探頭類型。它是將錐頭與外套筒連在一起，因而只能測(cè)量一個(gè)參數(shù)。這種探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，堅(jiān)固耐用。此種探頭曾經(jīng)對(duì)推動(dòng)我國(guó)靜力觸探測(cè)試技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用起到了積極的作用，自60年代初開(kāi)始應(yīng)用以來(lái)，積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)，已建立了關(guān)于測(cè)試成果和土的工程性質(zhì)之間眾多的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。由于測(cè)試成本低，被勘測(cè)單位廣泛采用。但應(yīng)指出，這種探頭功能少，其規(guī)格與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，不便于開(kāi)展國(guó)際交流，其應(yīng)用受到限制。

(2)雙橋探頭：它是一種將錐頭與摩擦筒分開(kāi)，可同時(shí)測(cè)錐頭阻力和側(cè)壁摩擦力兩個(gè)參數(shù)的探頭。國(guó)內(nèi)外普遍采用，用途很廣。

(3)孔壓探頭：它一般是在雙用探頭基礎(chǔ)上再安裝一種可測(cè)觸探時(shí)產(chǎn)生的超孔隙水壓力裝置的探頭?？讐禾筋^最少可測(cè)三種參數(shù)，即錐尖阻力、側(cè)壁摩擦力及孔隙水壓力，功能多，用途廣，在國(guó)外已得到普遍應(yīng)用。在我國(guó)，也會(huì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

此外，還有可測(cè)波速、孔斜、溫度及密度等的多功能探頭，不再一一介紹。常用探頭的規(guī)格見(jiàn)表2-1。

探頭的功能越多，測(cè)試成果也越多，用途也越廣;但相應(yīng)的測(cè)試成本及維修費(fèi)用也越高。因而，應(yīng)根據(jù)測(cè)試目的和條件，選用合適的探頭。表2-1中各類型探頭的底面積不同，主要是為了適應(yīng)不同的土層強(qiáng)度。探頭底面積越大，能承受的抗壓強(qiáng)度越高;另一個(gè)原因是可有更多的空間安裝附加傳感器。但在一般土層中，應(yīng)優(yōu)先選用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的探頭，即探頭頂角為60?，底面積為10cm2，側(cè)壁摩擦筒表面積為150cm2的探頭，其成果才具有較好的可比性和通用性，也便于開(kāi)展技術(shù)交流。

探 頭 種 類

型號(hào)

錐頭

摩擦筒

標(biāo)準(zhǔn)

頂角/°

直徑/mm

底面積/cm2

長(zhǎng)度/mm

表面積/cm2

單橋

I-1

60

35.7

10

57

我國(guó)獨(dú)有

I-2

60

43.7

15

70

I-3

60

50.4

20

81

雙橋

II-0

60

35.7

10

133.7

150

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

II-1

60

35.7

10

179

200

II-2

60

43.7

15

219

300

孔壓

60

35.7

10

133.7

150

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

60

43.7

15

179

200

(二)量測(cè)記錄儀表

我國(guó)的靜力觸探幾乎全部采用電阻應(yīng)變式傳感器。因此，與其配套的記錄儀器主要有以下4種類型：①電阻應(yīng)變儀;②自動(dòng)記錄繪圖儀;③數(shù)字式測(cè)力儀;④數(shù)據(jù)采集儀(微機(jī)控制)。

1. 電阻應(yīng)變儀

從60年代起直到70年代中期，一直是采用電阻應(yīng)變儀。電阻應(yīng)變儀具有靈敏度高、測(cè)量范圍大、精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但其操作是靠手動(dòng)調(diào)節(jié)平衡，跟蹤讀數(shù)，容易造成誤差;因?yàn)槭侨斯び涗洠什荒苓B續(xù)讀數(shù)，不能得到連續(xù)變化的觸探曲線。

圖2-2單橋探頭外形圖

2-3雙橋探頭(上)孔壓探頭(下)外形圖

2. 自動(dòng)記錄儀

我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的靜力觸探自動(dòng)記錄儀都是用電子電位差計(jì)改裝的。這些電子電位差計(jì)都只有一種量程范圍。為了在阻力大的地層中能測(cè)出探頭的額定阻力值，也為了在軟層中能保證測(cè)量精度，一般都采用改變供橋電壓的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。早期的儀器為可選式固定橋壓法，一般分成4-5檔，橋壓分別為2、4、6、8、10V，可根據(jù)地層的軟硬程度選擇。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)定，可靠性強(qiáng);但資料整理工作量大?，F(xiàn)在已有可使供橋電壓連續(xù)可調(diào)的自動(dòng)記錄儀。

3. 數(shù)字式測(cè)力儀

數(shù)字式測(cè)力儀是一種精密的測(cè)試儀表。這種儀器能顯示多位數(shù)，具有體積小、重量輕、精度高、穩(wěn)定可靠、使用方便、能直讀貫入總阻力和計(jì)算貫入指標(biāo)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是輕便鏈?zhǔn)绞职?靜力觸探兩用機(jī)的配套量測(cè)儀表。國(guó)內(nèi)已有多家生產(chǎn)。這種儀器的缺點(diǎn)是間隔讀數(shù)，手工記錄。

4. 微機(jī)在靜探中的應(yīng)用

以上介紹的各種儀器的功能均比較簡(jiǎn)單，雖然能滿足一般生產(chǎn)的需要，但資料整理時(shí)工作量大，效率低。用微型計(jì)算機(jī)采集和處理數(shù)據(jù)已在靜力觸探測(cè)試中得到了廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)控制的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使得觸探時(shí)可同時(shí)繪制錐尖阻力與深度關(guān)系曲線、側(cè)壁摩阻力與深度關(guān)系曲線;終孔時(shí)，可自動(dòng)繪制摩阻比與深度關(guān)系曲線。通過(guò)人機(jī)對(duì)話能進(jìn)行土的分層，并能自動(dòng)繪制出分層柱狀圖，打印出各層層號(hào)、層面高程、層厚、標(biāo)高以及觸探參數(shù)值。