圆锥动力触探试验机理及其在地勘中的应用

文/杜文平 新疆土木建材勘察设计院（有限公司）阿克苏分公司 新疆阿克苏 843000



圆锥动力触探试验机理及其在地勘中的应用

文/杜文平 新疆土木建材勘察设计院（有限公司）阿克苏分公司 新疆阿克苏 843000

【摘要】地质勘测在我国建筑物的施工与建设中是一项十分重要的内容，其不仅能够勘探出有关施工地质条件、地理位置以及地形特征等不同的信息，还能够促进施工进程与施工质量的发展。本论文就在此基础上先对圆锥动力触探试验的概念优点、基本原理以及其在应用中的基本方法作全面分析，再结合具体工程来深入探究其在地勘中的实际应用情况。

【关键词】圆锥动力；触探试验机理；地勘；应用

一、圆锥动力触探试验的概念优点与基本原理

从科学角度来说，圆锥动力触探试验（DPT）是在利用一定的锤击动能的基础上，结合标准规格大小的圆锥探头，将其深入探入土中，并根据计算探入土中所受阻力的大小或者是探入土中一定深度的锤击数量来判断土层的变化程度，最后再利用科学的力学平衡对受力土层进行分析，确定土层的工程性质，从而再对该施工区域内的地质土层作全面的地质评价，以供施工方的参考。

1.2圆锥动力触探试验的基本原理

笔者在此使用能量守恒定律来分析圆锥动力触探试验的基本原理。根据能量守恒定律，在圆锥探头在土层里的一次锤击中，其的能量变化公式如下：

Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee

其中Em表示的是锤头在土层中锤心下落的总能量，而后面不同的能量则分别表示锤头与触探器、探刊侧壁之间、土层之间产生的弹性形变的能量以及各自产生弹性形变而消耗的能量等。由该公式我们可以得出，在探头深入到土层一定深度的时候，采取一定规格的落锤，并加以制动，就可以通过锤击数量的大小来计算出土层所受阻力的多少。

二、圆锥动力触探试验的基本方法分析与工程简介

2.1圆锥动力触探试验的基本方法

在圆锥动力触探试验中，共有三种不同类型的动力触探，分别是轻型、重型以及超重型。

在轻型的动力触探中：施工人员先需用电钻在勘探土层中钻至标高以上的0.2-0.3m的位置，然后再使用圆锥探头对土层实施连贯触探。在试验的过程中也要注意穿心锤的落距需控制在0.02-0.50m之间，每隔0.02s需记录下锤击的数量状况。在取样过程中，只需将触探杆拿出，换取钻头即可。而在重型与超重型的试验过程中，在实施触探操作前还需将触探架平稳设置，使其与地面保持垂直状态，垂直误差也许控制在2%之内；在锤击过程中，穿心锤的速率需控制在每分钟20-30次数之间，这样才能很好的在每隔0.02s的时间内记录下锤击数量，如果连续三次锤击的次数已经超过50次，那么应立即停止操作，结束本次试验。

在方案中，研究对象的创新能力是识别的关键，笔者将借助团队在前期研究中设计的创新能力评价模型进行选取。具体来说是利用计算机模糊认别技术和机器学习技术将整理得到的数据进行聚类处理和因素归类处理，按评价模型的小类因素划分；将处理得到结果形成因素数据库，对因素库的各类指标进行归类和排序，再根据创新能力评价模型归类排序结果，选取符合创新能力评价模型指标的个体。

2.2工程简介

在本文中，笔者采用的是拟建的岑巩注溪35kv的变电站的工程案例，这是一所据贵州省岑巩县近35km处的交流变电站，其据龙江河大致也有420m，据完全测量后发现，其占地面积为2187.5m2。需施工的地方位于该变电站的开关室与设备操控室，其中所含有的主要控制变压器有2台，测量的地基深度大致为1.0m，设计构架的地基深度也大致为1.0m。

三、圆锥动力触探试验在地勘中的具体应用

3.1实施圆锥动力触探试验

在正式实施圆锥动力触探试验之前，施工人员先对施工场地的地质条件与地形状况进行了全面的分析，并根据分析结果采取的是重型圆锥动力触探设备，大致重量为63.5kg。并在此基础上采取的是自动脱钩的设置，这样才能更好的控制穿心锤的自由下落运动，同时穿心锤的落距也能更好的在施工人员所能控制的范围之内，一切准备工作就绪，利用重型圆锥动力触探试验，就可以更好的了解施工场地土层的性质状况，进一步检测出基岩面产生褶皱起伏的原因与状况。

3.1.1锤击数的记录

在每隔0.02s的时间间隔内，施工人员需细致记录下穿心锤的连贯探入深度与锤击的次数，为了更好的协调施工过程中的其他机械参数，笔者建议在该处工程中，施工人员可以采取记录下每10个锤击数的方法来了解触探土层的受力状况。

3.1.2计算试验参数

在记录下相应的穿心锤锤击数量之后，还需对所记录下的数据与结果进行相应的校正，这是需运用到一个计算公式，如下所示：

N’63.5=αN63.5

左边的参数表示的是经过校正之后的锤击数量，而右边的参数则表示的是实际测量的穿心锤在触探过程中的锤击数量或者是在经过校正的触探杆上所检测出的锤击数量。

3.1.3试验参数的设置

在正式进行圆锥动力触探试验之前，施工人员采取的是重量为63.5kg的重型圆锥触探设备，该重型圆锥触探设备中共设置有钻孔3个。

在计算相应的试验参数与指标时，可以采取一种利用平均值作单层分孔指标分布值的方法来实施。如果所计算出的平均值离散型较小，那么则证明该处土层的土质状况良好，较为平稳均匀。另外，施工人员还可采取利用土层厚度加权平均法来计算施工场地单层分孔的分布指标。不同的探孔所测量出的平均试验指标值也会有所不同，例如编号为ZK01的探孔，其所耕植的土质平均指标值为2.98，而其的卵石层所分布的平均指标值为8.194；编号为ZK03的探孔，其所测量出的耕植土质的平均指标值为2.235，其卵石层所分布的平均指标值为7.709‘编号为ZK03的探孔，其所耕植的土质平均指标值为2.682，其卵石层所分布的平均指标值为7.503。综合上述所测量出的土层平均试验指标值，在耕植土中，其所受到的平均试验指标值为2.61，而在卵石层中，其所受到的平均试验指标值为7.70。

3.2地基承载负荷力的计算与确定

在本次工程中所采用的是重型圆锥动力触探仪器，而施工人员只要根据其的锤击次数N63.5，便可以计算出地基承载负荷力的大小。一般来说，在土层受到最大锤击次数的锤击时，其耕植土的承载负荷力就达到最高，反之受到较小锤击次数多的锤击后，耕植土的承载负荷力就会相应的减少。而卵石层在受到最大锤击次数的锤击产生的承载负荷力还远远不及耕植土所承载的符合力，但是卵石层的承载负荷力综合起来是远远高于耕植土的承载负荷力。因此，在具体施工中，施工人员也要依据具体的施工状况来选择合理的施工方法。

参考文献：

[1]崔京浩，徐金明,刘绍峰，等.岩土工程实用原位测试技术[M] .北京：中国水利水电出版社，2007-04-15.

[2]徐超.岩土工程原位测试[M] .上海：同济大学出版社，2005-08-11.