静力触探手艺的生长已经有80多年的历史,履历了机械式、电测式、电子式和数字式的生长历程。
1. 机械式静力触探CPT探头
静力触探试验(CPT)源于荷兰,故又名荷兰锥。静力触探试验(CPT)的历史可以追索到1932年。其时,一位在荷兰公共工程部分事情的工程师Pieter Barentsen发明,将带有圆锥的探杆插入土体中时,在软土中较量容易插入,而在硬土中能相对较难(图1)。


图1 Pieter Barentsen的发明
凭证这个原理,制造了浅易的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,探杆可以上下自由移动;圆锥附加在探杆上,圆锥的截面积为10cm2、锥角为60度,使用人工压入土体中。通过减去内杆重量来校对锥尖阻力,最大贯入深度为10~12m,贯入力的巨细由杆顶的压力表读出。



图2 浅易的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公司制造机械式静力触探(CPT)装备(图3)。该装备通过荷兰Gouda周围铁路路堤的测试后,其事情原理和测试装备被证实有用,从而推广(图4)。


图3机械式静力触探(CPT)装备 图4静力触探装备在非洲工地的应用
基于本次配合的起劲,荷兰GMF Gouda公司成为制造静力触探(CPT)装备的制造商。1996年荷兰GMF Gouda公司岩土部分和荷兰Conewel公司合并建设了荷兰Geomil Equipment B.V.公司,这两家公司都是制造静力触探(CPT)装备的向导者,现在荷兰Geomil Equipment B.V.公司为历史悠久的静力触探装备制造公司之一。
1935年,荷兰delft土力学实验室的第一任主任设计并使用了10吨(100kN)的人工荷兰锥贯入装置(图5)。该贯入装置为非一连性贯入。

图5 1935年荷兰锥贯入系统
1948年,Vermeiden和Plantema对荷兰锥举行了刷新,在荷兰锥上方增添一个锥形的;げ考(图6)。其目的是为了阻止土体进入套管和探杆之间的间隙。现在这种探头在天下其它地方还在使用。

图6 带有锥形;げ考的荷兰锥
1953年,Begemann在荷兰锥后面增添了一个摩擦筒(图7),通过这种刷新,荷兰锥可以同时丈量锥尖阻力和侧壁摩阻力。测试历程中每20cm读取一个数据,这是第一次将摩阻比用于土的类型划分(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
机械式静力触探手艺操作简朴、利便、造价自制,可是其最大的弱点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因素大大影响了测试的精度。从20世纪40年月末最先,人们一直研发电测试的静力触探CPT探头,直到1965年,荷兰辉固(Fugro)公司与荷兰研究院(TNO)团结研制出了一种电测式的CPT探头(图9)。这种探头的形状和尺寸是现代静力触探探头的原型,也是厥后国际土力学和基础工程学会(ISSMFE)的标准。

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主要刷新包括:
(1)消除了外衣管与内探杆之间的摩擦及内探杆重量造成的误差
(2)测试历程一连且贯入速率恒定
(3)锥尖阻力和侧壁摩阻力的电信号测试简朴而可靠
3. 孔压静力触探CPTU探头
1974年,市场上推出了可以丈量孔隙水压力的静力触探探头,即CPTU探头。早期的CPTU探头透水石有差别的形状,装置的部位也差别,主要有下图中的u1、u2和u3三个位置,三个位置测得的孔隙水压力值差别,但现实工程中应用最多的照旧u2这个位置(图10)。通过丈量孔隙水压力,可以修正锥尖阻力丈量值,特殊是在软粘土中,意义很大。


图10 CPTU孔压静力触探探头透水石位置
孔压静力触探相关于通例静力触探而言主要优势在于:
(1)可以使用超孔隙水压力的迅速性来划分土层,判断土的类型,特殊是夹层的识别。
(2)可以通过超孔隙水压力值来估算土层的不排水抗剪强度。
(2)可以通过超孔隙水压力消逝试验来估算土层的固结系数和渗透系数。
鉴于孔隙水压力静力触探试验的优势,现在外洋大部分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
随着科技的生长,1985年市面上研制出有自己的模-数转换电路板和微处置惩罚器的数字式探头。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-数转换在孔下完成,没有由于电缆长度引起的信号衰减的问题,这在模拟信号的探头中经常爆发。同时数字式司理触探探头所有的信号都可以通过统一根电缆传输,镌汰了电缆线的冗余,允许探头拥有更多的测试通道,可实现探头的多功效化,多参数测试功效。
图11 美国Vertek数字式静力触探探头及收罗装置
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