静力触探技术的发展已经有80多年的汗青,经历了机械式、电测式、电子式和数字式的发展过程。
1. 机械式静力触探CPT探头
静力触探试验(CPT)源于荷兰,故别名荷兰锥。静力触探试验(CPT)的汗青能够追索到1932年。其时,一位在荷兰公共工程部门工作的工程师Pieter Barentsen发现,将带有圆锥的探杆插入土体中时,在软土中比力容易插入,而在硬土中能相对较难(图1)。


图1 Pieter Barentsen的发现
凭据这个道理,造作了简易的Barentsen静力触探系统(图2)。其时是在35mm内径的套筒内装直径15mm的探杆,探杆能够高低自由移动;圆锥附加在探杆上,圆锥的截面积为10cm2、锥角为60度,利用人为压入土体中。通过减去内杆沉量来校对锥尖阻力,最大贯入深度为10~12m,贯入力的大幼由杆顶的压力表读出。



图2 简易的Barentsen静力触探系统及早期的机械式CPT探头(荷兰锥)
之后,Pieter Barentsen委托荷兰GMF Gouda公司造作机械式静力触探(CPT)设备(图3)。该设备通过荷兰Gouda左近铁路路堤的测试后,其工作道理和测试设备被证明有效,从而推广(图4)。


图3机械式静力触探(CPT)设备 图4静力触探设备在非洲工地的利用
基于本次共同的致力,荷兰GMF Gouda公司成为造作静力触探(CPT)设备的造作商。1996年荷兰GMF Gouda公司岩土部门和荷兰Conewel公司归并成立了荷兰Geomil Equipment B.V.公司,这两家公司都是造作静力触探(CPT)设备的携带者,目前荷兰Geomil Equipment B.V.公司为汗青悠久的静力触探设备造作公司之一。
1935年,荷兰delft土力学尝试室的第一任主任设计并使用了10吨(100kN)的人为荷兰锥贯入装置(图5)。该贯入装置为非陆续性贯入。

图5 1935年荷兰锥贯入系统
1948年,Vermeiden和Plantema对荷兰锥进行了改进,在荷兰锥上方增长一个锥形的;げ考(图6)。其主张是为了阻止土体进入套管和探杆之间的间隙。目前这种探头在世界其它处所还在使用。

图6 带有锥形;げ考的荷兰锥
1953年,Begemann在荷兰锥后面增长了一个摩擦筒(图7),通过这种改进,荷兰锥能够同时丈量锥尖阻力和侧壁摩阻力。测试过程中每20cm读取一个数据,这是第一次将摩阻迸酌于土的类型划分(图8)

图7 带有摩擦套筒的Begemann荷兰锥

图8 通过摩阻比划分土层
2. 电测式静力触探CPT探头
机械式静力触探技术操作单一、方便、造价便宜,但是其最大的弊端就是套管与探杆之间的摩擦、侧挠相互作用及土体进入套管等成分大大影响了测试的精度。从20世纪40年代末起头,人们不休研发电测试的静力触探CPT探头,直到1965年,荷兰辉固(Fugro)公司与荷兰钻研院(TNO)结合研造出了一种电测式的CPT探头(图9)。这种探头的状态和尺寸是现代静力触探探头的原型,也是后来国际土力学和基础工程学会(ISSMFE)的尺度。

图9 Fugro电测式静力触探探头结构图
这种电测式静力触探探头针对机械式静力触探探头的重要改进蕴含:
(1)解除了表套管与内探杆之间的摩擦及内探杆沉量造成的误差
(2)测试过程陆续且贯入速度恒定
(3)锥尖阻力和侧壁摩阻力的电信号测试单一而靠得住
3. 孔压静力触探CPTU探头
1974年,市场上推出了能够丈量孔隙水压力的静力触探探头,即CPTU探头。早期的CPTU探头透水石有分歧的状态,装置的部位也分歧,重要有下图中的u1、u2和u3三个地位,三个地位测得的孔隙水压力值分歧,但现实工程中利用最多的还是u2这个地位(图10)。通过丈量孔隙水压力,能够建改锥尖阻力丈量值,出格是在软粘土中,意思很大。


图10 CPTU孔压静力触探探头透水石地位
孔压静力触探相对于通例静力触探而言重要优势在于:
(1)能够利用超孔隙水压力的活络性来划分土层,判断土的类型,出格是夹层的鉴别。
(2)能够通过超孔隙水压力致反估算土层的不排水抗剪强度。
(2)能够通过超孔隙水压力消散试验来估算土层的固结系数和渗入系数。
鉴于孔隙水压力静力触探试验的优势,目前国表大部门静力触探项目都要求做CPTU孔隙水压力静力触探试验。
4. 数字式静力触探探头
随着科技的发展,1985年市面上研造出有自己的模-数转换电路板和微处置器的数字式探头。这个以美国Vertek公司为代表(图11)。数字式静力触探探头的优势在于模-数转换在孔下实现,没有由于电缆长度引起的信号衰减的问题,这在仿照信号的探头中时时产生。同时数字式经理触探探头所有的信号都能够通过统一根电缆传输,削减了电缆线的冗余,允许探头占有更多的测试通路,可实现探头的多职能化,多参数测试职能。
图11 美国Vertek数字式静力触探探头及采集装置
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