靜力觸探試驗的作用有哪些工程地質

㈠ 工程地質勘察方法有哪些

工程地質勘察方法：測繪、勘探、岩土測試、長期觀測

1. 測繪：將建築影內響范圍內的地質現象反映容在地形圖上。是一種在地面進行的勘察方法。

2. 勘探：是一種查明地下地質情況的勘察方法。可分為：（1）物探（地球物理勘探）：根據導電率、磁性、密度以及彈性波在地下不同地層、介質（水、空洞、岩等）中傳播速度的不同來劃分岩性、地下水位、溶洞分布等等。指導鑽探。（2)鑽探：與坑（槽）探配合使用3)觸探：即是一種勘探手段，又是一種原位測試方法。

3. 原位測試：載荷試驗、靜力觸探試驗、標准貫入試驗、十字板剪切試驗、旁壓試驗、現場直接剪切試驗。

4. 長期觀測。

㈡ 靜力觸探和動力觸探在工程監測中有什麼應用

動力觸探試驗頻率：控制在 15～30 擊/min。靜載壓板試驗的頻率：試樁數量為單回位工程樁數的3%，不得少於答3根，總樁數不足50的，不少於兩根。原位測試：在岩土層原來所處的位置，基本保持的天然結構,天然含水量以及天然應力狀態下，測定岩土的工程力學性質指標。原位測試包括靜力觸探、動力觸探、標准貫入試驗、十字板剪切、旁壓試驗、靜載試驗、扁板側脹試驗、應力鏟試驗、現場直剪試驗、岩體應力試驗、岩土波速測試等。用載荷試驗確定地基承載力時，承壓板面積不宜小於0.5平米 。承載力基本值的選用，應根據壓力和沉降、沉降與時間關系曲線的特徵，結合地區經驗取值。

㈢ 靜力觸探試驗的試驗目的是什麼

靜力觸探試驗來
定義和適用范圍自
將圓錐形探頭按一定速率勻速壓入土中量測其貫入阻力
錐頭阻力側壁摩阻力的過程稱為靜力觸探試驗
靜力觸探是工程地質勘察中的一項原位測試方位可用
於
劃分土層判定土層類別查明軟硬夾層及土層在水平和
垂直方向的均勻性
評價地基土的工程特性容許承載力壓縮性質不排水抗
剪強度水平向固結系數飽和砂土液化勢砂土密實度等
探尋和確定樁基持力層預估打入樁沉樁可能性和單樁承
載力
檢驗人工填土的密實度及地基加固效果

㈣ 靜力觸探的成果可在哪些方面得到應用

動力觸探試驗頻率：控制在 15～30 擊/min。靜載壓板試驗的頻率：試專樁數量為單位工屬程樁數的3%，不得少於3根，總樁數不足50的，不少於兩根。原位測試：在岩土層原來所處的位置，基本保持的天然結構,天然含水量以及天然應力狀態下，測定岩土的工程力學性質指標。原位測試包括靜力觸探、動力觸探、標准貫入試驗、十字板剪切、旁壓試驗、靜載試驗、扁板側脹試驗、應力鏟試驗、現場直剪試驗、岩體應力試驗、岩土波速測試等。用載荷試驗確定地基承載力時，承壓板面積不宜小於0.5平米 。承載力基本值的選用，應根據壓力和沉降、沉降與時間關系曲線的特徵，結合地區經驗取值。

㈤ 靜力觸探測試法的成果整理

依據建標(CECS 04：88)《靜力觸探技術標准》和鐵道部的TBJ37-93規則的有關規定編寫。靜力觸探資料整理，通常包括：①單孔原始資料的整理；②繪圖及分層；③確定場地分層觸探指標；④提交勘察報告書。

一、單孔原始資料整理

對原始記錄出現下列現象時，宜分別進行處理：①記錄數據或記錄上出現的零點漂移超過滿量程的±1%時，可按線性內插法校正；②記錄曲線上出現脫節現象，應以停機前記錄為准，並與開機後貫入10cm深度的記錄連成圓滑的曲線；③記錄深度與實際深度的誤差超過±1%時，應查明原因。一般可在出現誤差的深度范圍內，等距離調整；④當有漏讀、漏記而造成的差錯時，應在遺漏處予以補全。當使用裝有測斜儀的觸探頭時，測得的孔斜大於8°，應作深度校正。

1.電阻應變儀量測的原始資料的整理

(1)初讀數控正：前已述及，初讀數的變化主要是由於溫度變化引起的。為消除其影響，外業工作中已每隔一定深度測記一次初讀數。對於這種測記了初讀數變化情況的原始記錄，應變儀讀數按下式校正：

ε=ε₁-ε₀ (3-15)

式中：ε為應變數；ε₁為應變儀讀數；ε₀為應變儀初讀數。

應變數的正、負，視空心樁的受力條件而定：受拉型，ε為正；受壓型，ε則為負。

(2)貫入阻力的計算：各貫入阻力指標按下式計算：

土體原位測試與工程勘察

式中：p_s為單橋探頭的比貫入阻力；q_c為雙橋探頭的錐頭阻力；f_s為側壁摩擦力；K_p、K_q、K_f分別為p_s、q_c、f_s感測器的標定系數(kPa/με或kPa/mV)；ε_p、ε_q、ε_f分別為p_s、q_c、f_s感測器的應變數(με)或輸出電壓值(mV)；

(3)摩阻比R_f：是同一深度的側摩阻力f_s與錐尖阻力q_c之比，以百分數表示：

土體原位測試與工程勘察

摩阻比通常可表示成某層平均的f_s與平均的q_c之比(詳見圖3-20右圖所示)。

2.自動記錄儀量測的原始資科整理

(1)零漂校正：當觀察到零漂變化不太大時，可按線性內插法予以校正。即：把曲線上測出歸零變化情況的各點連線作為零位線(圖3-17)，將剖面圖或柱狀圖上鉛直的縱坐標線(初始零位線)，一段一段地對准原始記錄曲線上的折線型零位線，描下曲線並把開口部分圓滑地連接起來，這種作法會使曲線有些失真，但不會太大。

(2)曲線形狀修正：對於非連續貫入觸探儀，往往會發現每一行程結束和新的行程開始時，曲線出現台階狀或喇叭口狀，如圖3-18所示。上述現象的出現，可能是由於停機後探頭周圍土的應力狀態有了改變而引起的；也可能是由於開機有動應力作用或儀器的靈敏度差而引起的，原因比較復雜。對這種情況，一般以停機的曲線位置為准，順應曲線變化趨勢將曲線較圓滑地連接起來就可以了，如圖3-18中虛線所示。

圖3-17 零漂校正

圖3-18 曲線形狀修正

圖3-19 變換拱橋電壓的曲線脫節修正

(3)深度修正：實際貫入深度按下式計算：

D=nl+h-Δl (3-18)

式中：D為探頭實際貫入深度(m)；n為貫入土中的探桿根數；l為探桿長度(m)；h為從錐底全斷面處起算的探頭長度(m)；Δl為未入土的探桿余長(m)。

(4)變換供橋電壓而引起曲線脫節的校正：在正常情況下，貫入過程中是不應該變換供橋電壓的。但如果事先對地層情況了解不夠，採用了大的橋壓貫入，指針達到了滿量程(非障礙物引起)但還能繼續貫入，這就需要減小橋壓，因而就出現了曲線脫節現象。處理這類問題，可依據輸出電壓與供橋電壓之間的近似線性關系，將下段曲線按深度每隔20cm比例放大，再將放大後的各點圓滑連接起來(圖3-19)。這種處理方法不甚精確，但也是個實用的變通方法。

二、繪圖及分層

當有特別必要或場地只有一個觸探孔時，可畫單孔觸探曲線圖(圖3-20)，一般工程只畫剖面圖就可以了。

圖3-20 單孔靜力觸探曲線

作剖面圖時，先將剖面線上各觸探孔(及鑽孔)按孔口高程、孔深和孔距畫在透明紙上，以深度為縱坐標，以比貫入阻力p_s或錐尖阻力q_c和側摩阻力f_s(及摩阻比R_f)為橫坐標，繪出p_s—H、q_c—H、f_s—H(或R_f-H)關系曲線，進行力學分層和連線，計算分層貫入阻力。這樣就成了張靜力觸探剖面圖(圖3-21)。現將作圖中的問題說明如下。

圖3-21 靜力觸探剖面圖

1.觸探曲線坐標的比例

採用電阻應變儀和數字測力儀量測時，由於記錄的是數字，所以繪制觸探曲線時縱、橫坐標的比例，可按表3-6選用。

表3-6 比例選用表

側壁摩擦力和錐頭阻力的比例，可匹配成1：100。

(1)採用自動記錄儀時，由於記錄本身就是觸探曲線，所以繪圖時的縱坐標就採用記錄紙的比例(一般採用1：100)；至於橫坐標則取決於探頭的標定方法和標定系數。

(2)若採用標定供橋電壓法標定探頭，那麼由上表可見，只要選定一個探頭系數，橫坐標1cm長度所代表的貫入阻力值就是固定的。

(3)若採用固定橋壓法，那麼橫坐標1cm長度所代表的貫入阻力值就需要另外換算。如一單探頭的K_p=1.25MPa/mV，輸出電壓1mV，在記錄紙帶上的寬度為1.2cm，則橫坐標1cm所代表的p_s=1.25/1.2=1.04MPa，等等。

2.分層方法

根據觸探曲線劃分土層，其劃分的詳細程度應滿足工程建設的需要。對與地基強度、變形或場地穩定性有重大影響的土層應詳細劃分。當採用單橋探頭測試時，應以比貫入阻力與深度的變化曲線進行力學分層；當採用雙橋探頭測試時，應以錐頭阻力與深度變化曲線為主，再結合側壁摩擦力和摩阻比隨深度的變化曲線進行力學分層。進行力學分層時，每層中最大貫入阻力與最小貫入阻力之比，不應大於下表3-7中的規定。

表3-7 力學分層按貫入阻力變化幅度的分層標准

應用上述公式求每層觸探參數平均值時，應注意以下幾點：

(1)當分層厚度大於1m，且土質比較均勻時，應扣除其上部滯後深度和下部超前深度范圍的觸探參數值。

(2)對於分層厚度不足1m的均質土層，應取其最小值為分層平均值層；如為軟層，應取其大值平均值(最大值上、下各20cm范圍內的大值平均值)。

(3)分層曲線中，如遇特殊大值，應予剔除，不參與平均計算。

3.分層界線

劃分分層界線時，應考慮貫入阻力曲線中的超前和滯後現象，一般以超前和滯後的中點作為分界點。觸探結合鑽探時，觸探分層應與鑽探記錄綜合考慮。

靜力觸探由軟層進入硬層或由硬層進入軟層時，曲線會出現一過渡段，此即所謂的「超前」和「滯後」問題(圖3-22)。產生這種現象的原因可以是在變層附近探頭所受的應力有所變化；也可以是由於變層附近土的性質(如含水量、粒度成分等)的漸變等因素而引起的。一般過渡段代表的土層厚度有10～30cm，分層界線可選在曲線過渡段的中點。如果過渡段較厚，由軟變硬分層界線選在過渡段的中下方；由硬變軟時則選在中上方；或考慮單獨分層問題。具體方法：

圖3-22 地層變化時的分層線

圖3-23 臨界深度示意圖

(1)根據貫入曲線特徵和參數值大小，結合下述土類劃分的具體標准進行下一步工程地質分層，對每層土進行定名。

(2)用臨界深度概念准確確定各土層分界面：探頭前後一定范圍內的土層性質，均對觸探參數值有影響。因此，各參數是探頭上下一定厚度土層的綜合貫入阻力值。模型試驗及實測表明：地表厚層均質土的貫入阻力，自地面向下是逐漸增大的，當超過一定深度後，阻值才趨於近似常數值。

這個土層表面下的「一定深度」，稱為臨界深度(H_cr)。如下層土硬，阻值隨探頭貫入深度增大而繼續增大；如下層土軟，則變小。這一變化稱為滯後段。同樣下層也有一個變化段，稱為超前段，可統稱為層面影響段。

因此，每一層的阻值曲線都有超前段、近似常數段及滯後段。顯然，近似常數段的平均阻值，才是該層土的真實阻力值。土層分界面應基本位於層面影響段(滯後段和超前段曲線)的中間位置(圖3-23)。

經過以上兩步，即可按力學分層將各觸探孔連成土層剖面。在有測試經驗地區，精度也相當高；在無測試經驗地區，或為慎重起見，應以少量鑽孔取樣，做室內試驗進行驗證。

4.單孔分層貫入阻力

在劃定分層界線後，便可計算單孔分層的平均貫入阻力。計算時，變層附近過渡段以及較薄的貫入阻力峰谷值都不予以考慮。對一般地層，平均貫入阻力可用矩形面積代替曲邊梯形面積法直接在圖上量取(圖3-24和圖3-25)。

圖3-24 單孔分層平均比貫入阻力

圖3-25 單橋探頭靜力觸探曲線

雙橋探頭在計算摩阻比時，可不考慮錐頭阻力和側壁摩擦阻力在同一測點深度上的差異。單孔各土層貫入阻力的計算方法，應根據所使用的量測儀器確定。當使用電阻應變儀或數字測力儀量測時，可採用算術平均法，當使用電子電位差計量測時，可採用面積法計算。

其格式可見圖3-26所示。

在計算單孔分層貫入阻力時，應剔除記錄中的異常點以及超前和滯後值。在判別砂土液化時，對貫入阻力變化較大、且較薄的夾層或互層，應分別計算其各自土層的貫入阻力。

三、場地觸探指標

作為一個勘察場地，通常布置了若干觸探孔。在提出的勘察報告中，應提出場地每一土層的觸探指標，並以此為依據進行地基評價。

選擇場地觸探指標要考慮勘察階段、場地復雜程度、工程重要性和指標分散程度等因素。勘察場地各土層的貫入阻力，可分為一般值和計算值兩類。在選址或初勘階段可提供一般值；詳勘或施工勘察階段則可提供一般值和計算值。可按下面的方法計算。

一般值：可採用場地單孔各土層貫入阻力的范圍值(或算術平均值)。

計算值：應按土質均勻性和建築物的類別確定。

當土質均勻、測試數據離散度較小，或為Ⅱ類建築物時，應以各觸探孔穿越該層的厚度為權，採用厚度的加權平均法，按下式來計算場地各土層的貫入阻力：

土體原位測試與工程勘察

式中：

(或

、

)為場地各土層貫入阻力的平均值(kPa)；h_i為第i孔穿越該層的厚度(m)；p_si(或q_ci、f_si)為第i孔中該層的單孔貫入阻力(kPa)。

圖3-26 雙橋探頭靜力觸探曲線

當土質不均，測試數據離散度較大，或為Ⅰ類建築物時，根據指標所需解決的問題，可分別按下列公式計算其最大平均值或最小平均值：

土體原位測試與工程勘察

土體原位測試與工程勘察

式中：

(或

、

)_max和

(或

)_min分別為場地各上層貫入阻力的最大平均值和最小平均值(kPa)；

為按厚度加權平均法計算的場地分層貫入阻力(kPa)；

(或

)_max和

(或

)_min分別為場地各孔中該層的單孔貫入阻力的最大值和最小值(kPa)。

對於有特殊要求的工程，場地各土層的貫入阻力，必要時可按保證界限法提供計算值。

四、勘察報告書

由於靜力觸探既是一種原位測試手段，又是一種勘探手段，因此，在單獨使用後或與鑽探配合對場地勘察後，就可以對場地進行工程地質評價並提出報告書。其格式和內容與一般勘查報告相似。不同之處是：在圖件上，提供靜力觸探剖面圖或柱狀圖；在文字論述上，包括有：靜力觸探指標內容以及註明靜力觸探設備、探頭規格等。

㈥ 靜力觸探的觸探試驗

將圓錐形探頭按一定速率勻速壓入土中量測其貫入阻力、錐頭阻力及側壁摩阻力的過程稱內為靜力容觸探試驗。
靜力觸探是工程地質勘察中的一項原位測試方法，可用於：
1．劃分土層，判定土層類別，查明軟硬夾層及土層在水平和垂直方向的均勻性；
2．評價地基土的工程特性、容許承載力、壓縮性質、不排水抗剪強度、水平向固結系數、飽和砂土液化度、砂土密實度等；
3．探尋和確定樁基持力層，預估打入樁沉樁可能性和單樁承載力；
4．檢驗人工填土的密實度及地基加固效果。
本規程適用於粘質土和砂質土。 1．《靜力觸探儀》
2．《土工儀器的基本參數及通用技術條件》第二篇原位測試儀器
3．《岩土工程勘察規范》靜力觸探試驗

㈦ 靜力觸探測試法的基本原理

一、靜力觸探機理

靜力觸探自問世以來，儀器幾經更新換代，觸探機理研究也很活躍。如：1974年和1978年召開了二屆歐洲觸探會議(ESOFT)；1988年又召開了第一屆國際觸探會議(ISOPT)。同時，歷屆國際土力學與基礎工程會議、國際工程地質大會，以及近年來的國際地質大會的論文集中，都有原位測試及觸探機理的研究文章；20世紀80年代以來，國內也有不少單位進行了這方面的工作，如：同濟大學、鐵道部科學研究院、第四勘測設計院、長沙鐵道學院、原長春地質學院^[2]、中國地質大學^[3]及武漢水利水電大學等，都進行了大量的研究工作，發表了論文，出版了專著或教材。

靜力觸探機理的試驗和理論研究，對其測試方法和成果應用，都有直接的關系。因此觸探機理研究是很有意義的。但由於土的性質的不確定性和復雜性，以及觸探時產生的土層大變形等，都對機理研究帶來很大困難。因此，到目前為止，觸探機理的理論研究成果遠不盡人意，仍然處於探索階段中。目前，大部分已知的理論都是在飽和粘土中、且於不排水貫入條件下或在純砂中排水貫入條件下得到的。這些理論可歸並成以下幾類：①承載力理論；⑦孔穴擴張法；③應變路徑法；④其他方法。下面將簡單分析和評價這些方法。

1.承載力理論

由於CPT類似於樁的作用過程，很早就有人嘗試借用深基礎極限承載力的理論，來求解CPT的端阻q_c，這就是所謂的承載力理論(bearing capacitytheory)，簡稱BCT。該法把土體作為剛塑性材料，根據邊界受力條件給出滑移線場，或根據試驗或經驗假定滑動面，用應力特徵線法或按極限平衡法求出極限承載力。BCT得到的q_c一般可以表達為：

土體原位測試與工程勘察

式中：C_u為土的不排水抗剪強度；

為上覆壓力；它和土層深度有關：

=γh；N_c，N_q為量綱為一的承載力系數，依賴於滑動(面)的選擇。

BCT承載力理論(Bearing capacitytheories)思路的發展是從平面應變、修正平面應變到軸對稱承載力理論。

對該方法可做如下的評價：

(1)BCT和穩定貫入有差別，前者是用於極限破壞狀態的理論；後者是破壞已發生的過程。

(2)滑移線法、極限平衡法都是應力靜定的。求q_c時沒有直接考慮塑性區內的變形，也就不能考慮壓縮性、剪脹和壓碎效應。兩者考慮的都是靜態載入，並且沒有涉及貫入所產生的高的垂直和水平應力。

(3)只有在整體剪切破壞的土體中，才能出現完整的破壞面，才能用滑移線法或極限平衡法求解。對於大多數深貫入，土體破壞都包含局部剪切和壓縮，難以觀察到明顯的滑動面。研究者往往採用β等參數來描述這種非完整滑動面，以進行修正。

(4)據剛塑性滑移線法，在塑性破壞之前，土作為剛體無變形，當受力加到極限時，滑移線場內整體塑性流動。顯然，這與實際不符，土本構關系的剛塑性簡化會帶來誤差，但若要考慮彈性變形和應變硬化、軟化效應的關系，將引起數學上的極大困難，就失去了滑移線法的簡捷性了。

(5)可以根據流動法則求出塑性區內土的速率場，並能考慮體積變化的情況復雜。也無人做過，原因是興趣在於q_c，而問題是應力靜定的。

(6)BCT不能求解出孔壓。

2.孔穴擴張法

孔穴擴張法(cavities expansionmethods，簡稱CEM)是源於彈性理論中無限均質各向同性彈性體中圓柱形(或球形孔穴)受均布壓力作用問題而形成的觀點。該理論最初用於金屬壓力加工分析，隨後引入土力學中，用柱狀孔穴擴張來解釋夯壓試驗機理和沉樁；用球形孔穴擴張來估算樁基礎的承載力和沉樁對周圍土體的影響。CEM在土力學中已有較深入的應用。

圖3-2 圓孔的擴張

柱(球)穴在均布內壓P作用下的擴張情況，如圖3-2所示。當P增加時，孔周區域將由彈性狀態進入塑性狀態。塑性區隨P值的增加而不斷擴大。設孔穴初始半徑為R_f，擴張後的半徑為R_u及塑性區最大半徑為R_p，相應的孔內壓力最終值為P_u，在半徑R_p以外的土體仍保持彈性狀態。CEM類似於彈塑性力學問題的一般提法，即：列出三組基本方程(平衡微分方程、幾何方程及土本構關系)，配以破壞准則及邊界條件求解。各研究者獲得的解之間的差別主要在於問題所涉及的變形程度和本構關系的選擇上。本構關系(含塑性階段流動法則)的選擇是CEM的關鍵，隨土力學理論及計算方法的發展，從簡單到考慮土的許多復雜性質，主要有多個模型。

CEM的主要優點在於：採用柱穴擴張或球穴擴張，把探頭貫入的三維問題簡化模擬成平面應變和球對稱問題；應力、應變和位移僅是徑向坐標變數r的函數，邊界條件極簡單，採用數值方法可以納入各種土本構模型，並可以考慮土的許多復雜性質。它在得到孔壓和考慮在高壓縮性土中貫入時，明顯比BCT具有優勢。可以看出，CEM的思路源於把探頭貫入看作是錐面的連續擴張，並近似用柱面或球面擴張來替代，大大簡化了邊界條件。

CEM的主要缺點在於：①很明顯，在固定位置的孔穴擴張不能模擬垂直向貫入的以下兩個重要特徵：a.土體變形與垂向坐標有關。特別是柱擴不能模擬此點，它得到的位移都在水平面內，而球擴也不能說明位移反向的情況。b.穩定貫入的連續性。因為CEM描述的總是在一個固定位置的擴孔。因此，甚至在最簡單的均質各向同性土中，CEM也不能正確模擬貫入時土中各單元的變形過程(應變路徑)。②目前的CEM方法，沒有考慮到貫入速率的影響，盡管它對Δu(超孔壓)和q_c的影響是存在的。

3.應變路徑法

應變路徑法(strain pathmethods，簡稱SPM)是由Baligh領導的小組經過10多年的研究，於1985年正式提出的。SPM旨在為合理解釋和預估樁的貫入、靜力觸探、取土器取土等深層岩土工程問題(相對淺基而言)提供一套集成化、系統化的分析方法。

(1)SPM的基本思想

通過觀察探頭在飽和軟粘土中的不排水貫入，Baligh(1975年)假設，由於深貫入過程中存在嚴格的運動限制(上覆壓力大，探頭周圍土體在高應力水平下深度重塑、強制性流動及不排水條件下土體不可壓縮等)，探頭周圍土體的應變受土的抗剪性質影響很小，於是，Baligh稱該類問題是由應變控制的(strain controlled)。後來的理論和試驗也證實了這一假設。

因此，用相對簡單的土性(如各向同性)來估算貫入引起的變形和應變差，在預期合理的范圍內。再利用估算的應變，採用符合實際情形的本構模型條件，就可以計算出近似的應力和孔壓。

對於軸對稱探頭在飽和粘性土中的准靜力貫入，忽略粘性、慣性效應，可將這類由不排水剪切造成的塑性破壞，看作是定向流動問題，即視探頭為靜止不動，土顆粒沿探頭周圍分布的流線向探頭貫入的反方向流動，不同流線上每個單元的變形、應變、應力和孔壓可用一些步驟求出。

(2)SPM對貫入問題的模擬

SPM對穩定貫入問題的模擬的關鍵在於正確預估應變場。目前，都是將土體視為無粘性不可壓縮流體，通過求解土顆粒繞流探頭來估計應變場。這可分兩種情況，即：探頭以速度為u(一般2cm/s)在靜止流體中運動；或速度為u的無窮遠均勻束流零攻角繞流靜止探頭。

解決流體對軸對稱體的繞流，有兩種方法，即：Bankine法和保角映射法。該方法的評價如下：

其優點為：SPM法的優點主要在於首次比較真實地考慮並模擬到了垂向貫入的特徵，克服了CEM的兩個主要缺點。根據基本假設，用錐體繞流的方法獲得應變場，避開了復雜的邊界條件，和在復雜應力路徑下結合本構關系計算的困難。而SPM法的主要缺點在於其基本假設的適用性上。Clark和Meverhof(1972年)及steenfellt(1981年)現場觀測到沉樁對周圍土的徑向位移場影響范圍分別是4倍和8倍樁徑。一些研究者得到的Δu影響范圍為4～25倍樁徑。因此，貫入產生的應變依賴於土性。而目前SPM法實際把其基本假設更推進一步，將貫入時土中的流場，同無粘性不可壓縮流體繞流錐體的流場等同起來。眾所周知，無粘性流不能抵抗任何剪力(無論多麼小)，而且土的粘性一般比水大8～16個數量級。所以，用無粘性不可壓縮無旋流體繞流錐體來模擬深貫入產生的流場，只有對於完全飽和的軟粘土才可能有效(指一級近似)。對於OCR(超固結化)＞4的硬粘土，貫入時容易產生不連續滑動面，仍用連續的流體運動來模擬就不適合了。若要考慮到粘性和可壓縮性及樁-土界面的摩擦，流動方程的解就很困難。

雖有上述困難，SPM法在構思上還是很巧妙的，它把應變場和應力場分開計算，為解決深貫入問題開辟了一條新途徑，故很有發展前景。運用它已得到了不少有用成果，如在估算q_c的承載力系數和估算Δu，這方面可參考Baligh的文章。

二、靜力觸探探頭的工作原理

1.探頭——地層阻力感測器

靜力觸探探頭亦稱地層阻力感測器，它是量測地基土貫入阻力的關鍵部件。是貫入過程中直接感受土的阻力，將其轉變成電信號，然後再由儀表顯示出來的元件。為實現這一過程，可採用不同型號的感測器，其中電阻應變式感測器最為常用。電阻應變式感測器應用了虎克定律、電阻定律和電橋原理製成。

2.靜力觸探測試地的機電原理

(1)P→e轉換 探頭(圖3-3)被壓入土中，受地層阻力作用要引起裝在探頭內部的空心柱(變形柱4)的變形；如將空心樁視為一個桿件，則其阻力與變形的關系，可用虎克定律表達為：

土體原位測試與工程勘察

或

σ=Eε (3-3)

式中：E是材料的彈性模量；F是空心柱的截面積；P為探頭所受的壓入阻力；ε為在壓力P下空心柱產生的應變；L為空心柱有效變形長度。對於給定探頭，兩者均已給定。因此，只要測得應變ε就可以求得應力σ的大小，進而也就知道受力P的大小了。

(2)ε→ΔR 轉換為了測得 ε，在空心樁的外周貼上一個阻值為 R 的電阻應變片(圖3-4)。空心樁受拉力而產生變形，電阻絲也隨之變長。根據電阻定律的公式知：

土體原位測試與工程勘察

式中：L為電阻絲的長度；ρ為電阻絲的電阻率。由於空心樁受力產生ΔL的變化，那麼相應電阻R值也將引起ΔR的變化，其關系可表達成：

土體原位測試與工程勘察

式中：K為電阻應變片的靈敏系數。

圖3-3 單橋探頭結構示意圖

圖3-4 應變與電阻變化的轉換

(3)ΔR→ΔU轉換 公式(3-5)表明：已實現了由非電量ε 到電量ΔR 的轉換。但是鋼材在彈性范圍內的變形很小，因而引起的電阻變化ΔR值也是很小的。利用微小的電阻變化去精確計量力的變化很困難，故轉而需要利用電橋原理，在空心樁上貼上一組應變片，再經放大器放大，來實現微電壓的測量。

下面分析一下電橋原理：電橋線路如圖3-5所示。電橋電壓為U，R₂上的電壓降為U_BC。在ABC或ADC迴路中，電阻R₁、R₂串聯，電流為I₁，由歐姆定律可知：

土體原位測試與工程勘察

因此，BC電位差為：

土體原位測試與工程勘察

同理，在ADC迴路上，DC的電位差U_DC：

土體原位測試與工程勘察

電橋的輸出電壓ΔU為U_BC與U_DC之差，即：

土體原位測試與工程勘察

圖3-5 電橋原理

顯然，為了使電橋平衡，即輸出電壓為零(檢流計無電流)，應有：

R₂·R₄-R₁·R₃=0； 或 R₁·R₃=R₂·R₄ (3-7)

式(3-7)即為電橋平衡條件。

下面進一步分析輸出電壓ΔU與電阻變化ΔR，進而與變形ε之間的關系。

分析的對象是等橋臂全橋測量電路，每臂一片，即R₁=R₂=R₃=R₄。顯然，不受力時，滿足電橋平衡條件。四片的貼法如圖3-6所示，即：R₂和R₄順著空心柱軸線方向貼，使之有正的變化；R₁和R₃橫著空心柱貼，使之有負的變化，四片互為補償。這樣組成的電橋，經推導得知，其輸出ΔU的表達式為：

土體原位測試與工程勘察

很顯然，式中Kε(1-μ)是非線性項，就是說上式中ΔU並不與ε成正比。對於阻值不大的常規應變片，由於K值較小(2左右)，即使應變較大，Kε(1-μ)項也是很小的，故可將其略去，這樣式(3-8)就變成為：

土體原位測試與工程勘察

對於兩片受拉、兩片不受力的全橋測量電路，不難證明其輸出電壓ΔU與應變ε的關系為：

土體原位測試與工程勘察

分析以上兩式，可看出：在K、ε和U都相同的條件下，僅由於應變片貼法不同，前者輸出電壓是後者的(1-μ)倍。為獲得較大的輸出，目前靜探頭里的應變片都採用前一種貼法。

由式(3-9)或式(3-10)可知，電橋輸出電壓ΔU與應變片靈敏系數K，應變數ε及供橋電壓U成正比。對一定的感測器，組橋方式已經確定，K、ε都是常數，在選定工作電壓U的情況下，ΔU只隨空心柱應變ε的大小而變化。再聯繫到式(3-2)，容易看出，由於E、F也已確定，輸出電壓ΔU就只隨空心柱受力P的大小而變化了。

綜上所述，靜力觸探通過地層阻力→空心柱變形→電阻變化→電壓變化→施入電子記錄儀表等一系列轉換，可實現測定土的強度等目的。

3.探頭的結構類型

探頭是靜力觸探儀測量貫入阻力的關鍵部件，有嚴格的規格與質量要求。一般分圓錐形的端部和其後的圓柱形摩擦筒兩部分。目前國內、外使用的探頭可分為三種形式：

(1)單用(橋)探頭：是我國特有的一種探頭型式，只能測量一個參數，即比貫入阻力p_s，解析度(精度)較低，見圖3-3和圖3-8。

(2)雙用(橋)探頭：它是一種將錐頭與摩擦筒分開，可以同時測量錐頭阻力q_c和側壁摩阻力f_s兩個參數的探頭，解析度較高，見圖3-7和見圖3-8。

圖3-6 四壁工作的全橋電路

圖3-7 雙橋探頭示意圖

圖3-8 靜力觸探探頭類型

(3)多用(孔壓)探頭：它一般是將雙用探頭再安裝：一種可測觸探時所產生的超孔隙水壓力裝置——透水濾器和一種測量孔隙水壓力的感測器。解析度最高，在地下水位較淺地區應優先採用。

探頭的錐頭頂角一般為60°，底面積為10cm²，也有15cm²或者20cm²。錐頭底面積越大，錐頭所能承受的抗壓強度越高；探頭不易受損；且有更多的空間安裝其他感測器，如：測孔斜、溫度和密度的感測器。在同一測試工程中，宜使用統一規格的探頭，以便比較。建標(CECS 04：88)《靜力觸探技術標准》中的有關規定，見表3-1和表3-2所列。

圖3-9展示的是一組實物探頭，有10cm²單雙橋探頭、15cm²單雙橋探頭和50×100mm²電測十字板頭感測器(Probe andVane Sensor)。

表3-1 單橋和雙橋探頭的規格

表3-2 常用探頭規格

4.有關探頭設計的問題

對此問題扼要說明幾點：

(1)探頭空心柱與其頂柱應有良好接觸，採用頂柱接觸最好，可使感測器受力均勻，也容易加工。

(2)加工空心柱(彈性元件)的鋼材應具有強度高、彈性好、性能穩定、熱膨脹系數小及耐腐蝕等特徵。國內一般選用60 Si₂Mn(彈簧鋼)和40 CrMn鋼製作空心柱。其他部件可採用40 Cr或45號鋼，需作好熱處理。

(3)由式(3-2)可知，空心柱應變數的大小和地層阻力及空心柱環形截面積有關。在相同地層阻力的情況下，應變數越大(也就是越靈敏)，它能承受的最大荷載也就會愈小。要兼顧這兩者，如前所述，可以選擇好的鋼材。但這還不夠，為適應不同地區、不同軟硬土層貫入的需要，目前廠家一般均生產幾種不同額定荷載(當空心柱材料一定時，就相當於不同截面積)的探頭選用。一般在軟土地區可選用額定荷載小一些的比較靈敏的探頭；反之，則選用額定荷載大一些的探頭。

圖3-9 實物探頭照片

(4)鐵道部《靜力觸探技術規則(TBJ37-93》規定：探頭規格、各部加工公差和更新標准應符合該規則的要求。

(5)探頭的絕緣性能，應符合下列規定；探頭出廠時的絕緣電阻應大於500MΩ，並且在500kPa水壓下恆壓2h後，其絕緣電阻仍不小於500MΩ。用於現場測試的探頭，其絕緣電阻不得小於20MΩ。

(6)對於各種探頭，自錐底起算，在1000mm長度范圍內，任何與其連接的桿件直徑不得大於探頭直徑；為降低探桿與土的摩擦阻力而需加設減摩阻器時，亦只能在此規定范圍以上的位置設置。

(7)探頭貯存應配備防潮、防震的專用探頭箱(盒)，並存放於乾燥、陰涼的處所。

5.電阻應變片及粘合劑

圖3-10 箔式電阻應變片

目前普遍用箔式電阻應變片(圖3-10)製作感測器，這種片子具有放熱性好、允許通過電流較大(因而可使用較大的輸入電壓。從而得到較大的輸出電壓)、疲勞壽命長、柔性好、蠕變性小等優點。絲式膠基電阻應變片也可採用，但半導體應變片用的很少，因它存在非線性大、溫度穩定性差等嚴重缺點，不能滿足對感測路的有關質量要求。

用電阻應變儀量測時，可選用120Ω的片子。利用自動記錄儀時，可選用240Ω或360Ω的片子。四片阻值盡量相等，差值最大不要越過0.1Ω，否則對電橋初始平衡不利。可使用直流單電橋等儀器來測量應變片阻值大小。

適合粘貼應變片的粘合劑的種類繁多。目前使用酚醛類粘合劑1720膠較普遍；聚醯亞胺粘合劑也在使用。選用粘合劑應注意使其與應變片膠基相一致。

有關具體貼片工藝這里就不介紹了，因為目的國內已有多種規格型號的商品化感測器由工廠生產出來，供廣大工程技術人員選用，其質量一般較好，價格也不貴，除特殊情況外，已不必由使用者去製作它了。

6.溫度(t)對感測器的影響及補償方法

感測器在不受力的情況下，當溫度變化時，應變片中電阻絲(亦稱線柵)的限值也會發生變化。與此同時，由於線柵材料與空心柱材料的線膨脹系數不一樣，使線柵受到附加拉伸或壓縮，也會使應變片的阻值發生變化。綜合起來，一個貼在空心柱上的應變片因溫度(t)變化而引起阻值變化的關系可表達成：

土體原位測試與工程勘察

式中：α_t為貼在空心柱上的應變片的電阻溫度系數。聯繫到式(3-5)，應變片由於溫度變化而產生的熱輸出ε_t為：

土體原位測試與工程勘察

這種熱輸出是和地層阻力無關的，因此必須設法消除才會使測試成果有意義。在靜探技術中，通過採用以下兩種辦法，基本上可以把溫度對感測器的影響，控制在測試精度允許之內。除此之外，溫度自補償應變片在有條件時也可積極使用。

(1)橋路補償法 就是在製作感測器時精選四片為一批次、規格、阻值、靈敏系數的應變片，以相同的粘接劑和貼片工藝，貼在空心柱上，組成全橋四臂測量電路(四個工作片互為補償，或兩個工作片，兩個補償片)，使溫度變化時，補償片和工作片的(ΔR/R)相等，這就起到了溫度補償作用。

(2)溫度校正方法 就是在野外操作時測初讀數的變化，內業資料整理時，將其消除。

㈧ 什麼叫靜力觸探試驗

靜力觸探試驗抄是以靜壓力將圓錐形探頭按一定速率勻速壓入土中，量測其貫入阻力(包括錐頭阻力和側壁摩阻力或摩阻比)，並按其所受阻力的大小劃分土層，確定土的工程性質。

該實驗是工程地質勘探中一項原位測試方法，主要適用於粘性土、粉土及砂性土層。

應用較多的有J-3 型儀器，設備主要由觸探主機、反力裝置、探頭、探桿及測量系統構成，以及其它設備及配套工具等。

平整試驗場地，對准孔位，將反力裝置地錨用下錨器旋入土中，安裝測量系統，正式貫入，直至進入相對硬土層的深度滿足工程設計要求。

(8)靜力觸探試驗的作用有哪些工程地質擴展閱讀

土層分界線的確定必須考慮到試驗時超前和滯後的影響，其具體確定方法如下：

1、上、下層貫入阻力相差不大時，取超前深度和滯後深度的中心位置，或中心偏向小阻力土層5-10cm處作為分層界線；

2、軟土層最後一個（或第一個）貫入阻力小值偏向硬土層10cm處作為分層界線；

3、上、下層貫入阻力變化不明顯時，可結合 fs 和 Rf 的變化情況確定分層界線。

㈨ 靜力觸探測試成果的應用

靜力觸探是應用很廣的一種原位測試技術，其用途可歸納為以下幾方面：

一、土層劃分和土類劃分

靜力觸探的主要用途在於它能比較准確地測定土層的力學剖面，這對確定淺基和樁尖持力層等具有十分重要的意義。此外，對地基勘察中合理布置鑽孔，設計取樣位置或其他原位試驗位置等的確定也很有意義。

靜力觸探測試表明：土類及其成因、時代、密實度不同，一般其錐尖阻力或比貫入阻力也會有明顯不同；不同土類由於某種原因(如砂層和老粘土)可能有相同的錐尖阻力(或比貫入阻力)，而側壁摩擦力和孔壓值可大不相同。因而在土類劃分時，要求以q_c為主，結合f_s(或F_R)和孔壓值(或孔壓參數比)予以劃分，並以同一分層內的觸探參數值基本相近為原則。

圖3-27 單橋靜力觸探曲線及劃分土層

目前，三種探頭所測土層或土類參數，均可用來劃分土層或土類，但其劃分精度有很大差別：用多參數劃分比用單參數劃分精度高；有經驗的人比無經驗的人劃分精度高；有鑽探取樣作對比的比沒有取樣品的精度高。圖3-27為武漢地區長江第四紀沖積層的單橋靜力觸探曲線，圖右側為劃分的土層，具有一定的代表性。它不僅適用於武漢地區，也適用於長江中游第四紀沖積層(已有勘察資料證明)或更大范圍內的第四紀沖積層分布區。但應注意，在新的地區須有少量的鑽探對比資料證明。

二、測定土的物理力學性質指標

土的室內試驗指標(即土的物理力學性質指標)是經過鑽探取樣後，由室內試驗獲得的。工序多，歷程長，成本高，加之應力釋放等對土樣不可避免的擾動，又使這些指標產生不同程度的誤差。因此，探討用靜力觸探法來推求室內試驗指標是一個多快好省的捷徑，已有多人進行了探索。但由於多為地區性經驗，應用不方便。有人試圖以土層時代和成因為基礎，進行全國或全世界范圍的對比，突破地區性經驗界限，求出觸探參數與土的物理力學性質指標之間的內在關系。

1.砂類土

對於砂土的內摩擦角，用靜力觸探求砂土的相對密度，已積累了相當豐富的經驗，效果較好。鐵道部靜力觸探規則(TBJ37—93)提出了砂土內摩擦角和石英質砂土的相對密度參考值，見表3-8和表3-9所列出。

表3-8 砂土的內摩擦角φ

表3-9 石英質砂土的相對密度(D_r)

2.粘性土

粘性土的下述指標，多是對全新世地層測試統計得到的。

(1)求粘性土的內聚力c和內摩擦角φ在大量工程實踐的基礎上，將雙橋靜力觸探成果(q_c和f_s)和室內直剪(或三軸)試驗成果(c和φ)進行統計分析，結果發現：土的內摩擦角的正切函數與錐尖阻力的平方根之間呈現良好的線性相關，即：

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式中：α、b為系數，與土類有關。當16＜f_s＜80kPa時，α=12.14，b=23.11；當1＜f_s＜9時，α=5.47，b=3.80；且c、f_s單位為kPa。

(2)求粘性土不排水抗剪強度 一般按下式求粘性土不排水抗剪強度：

土體原位測試與工程勘察

式中：C_u為粘性土不排水抗剪強度(100kPa)；

為上覆土層壓力(100kPa)；N_K為經驗系數，一般為5～10。

各地經驗公式稍有不同，見表3-10所列。

表3-10 由p_s(q_c)求C_u(kPa)

(3)軟粘土靈敏度 根據中國地質大學在深圳和武漢軟土地基的勘察和研究中，發現雙橋靜力觸探和十字板測試的軟土靈敏度(S_r)之間存在如下關系：

S_r=300·F_s (3-24)

(4)判斷土的潮濕程度(稠度狀態)土越潮濕，含水率(ω)越大，其強度越低，貫入阻力越小。所以P_s(q_c)和I_L或ω之間也存在著一定關系，如式(3-25)所示。見表3-11：

表3-11 單橋探頭法(p_s)(MPa)

土體原位測試與工程勘察

(5)求飽和重力密度γ_sat粘性土飽和重力密度值，取決於土粒的相對密度。由於粘土土粒相對密度一般在2.7左右，地下水密度γ_w為10kN·m^-3，則γ_sat可由下式表示：

γ_sat=γ_w+γ_d-(γ_d/G_a)γ_w (3-26)

式中：γ_d為土的乾重力密度(g/cm³)；G_a為土粒相對密度(g/cm³)。

(6)求土的壓縮模量E_s及變形模量E₀E_s為室內試驗所求得的土的壓縮模量，壓力范圍為0.1～0.2MPa，其值愈高，表明土的壓縮性愈低。在臨界深度以下，土層上復壓力加大，靜力觸探貫入時，探頭對周圍土體施加壓力，土體讓出探頭體積部分主要是壓縮變形所致。其用力來自錐面的法線方向。所以，q_c(或p_s)和E_s在測試機理上是相近的。因而兩者呈線性相關性，其關系式一般為：E_s=α×p_s+b。

用p_s求E_s，除了可用公式外，還可以查(TBJ37—93)規范中相關表格。土的變形模量是由無側限的原位載荷測試求出的。國內已有很多單位做這方面的對比工作，見表3-12所列出。

表3-12 p_s及E₀的經驗關系(MPa)

(7)求土的天然孔隙比e₀e₀愈小，土愈密實，土的強度愈高，則p_s(q_c)值愈大。因此，p_s(q_c)和e₀的相關性亦甚好(表3-13)。

表3-13 用p_s求e₀的關系式

三、求淺基承載力

土的原位測試法求地基承載力，一般採用載荷試驗、旁壓儀試驗、靜力觸探試驗等多種行之有效的方法，國內、外都積累了豐富的經驗。用靜力觸探法求地基承載力的突出優點是快速、簡便、有效，可以大量採用。在應用此法時應注意以下幾點：

1.靜力觸探法求地基承載力一般依據的是經驗公式

這些經驗公式是建立在靜力觸探和載荷測試的對比關繫上。但載荷測試原理是使地基土緩慢受壓，先產生壓縮(似彈性)變形，然後為塑性變形，最後剪切破壞。其受荷過程慢，內聚力和內摩擦角同時起作用。然而靜力觸探加荷快，土體來不及被壓密就產生剪切破壞，同時產生較大的越孔隙水壓力，對內聚力影響很大；這樣，主要起作用的是內摩擦角、內摩擦角越大，錐頭阻力(或比貫入阻力)也越大。

砂土內聚力小或為零；粘性土內聚力相對較大、內摩擦角相對較小。因此，用靜力觸探法求地基承載力要充分考慮土質的差別(特別是砂土和粘土的區別)。為了在確定基礎尺寸以前能表達地基土的強度，我國規范習慣採用較小尺寸的淺地基礎，作為統一的衡量標准，稱之為基本承載力。靜力觸探法提供的就是這種基本承載力的值f₀。它可滿足一般建築物的要求。用於設計時，應進行基礎寬度和埋置深度的修正。

2.地基土的成因、時代及含水量的差別對用靜力觸探法求地基承載力的經驗公式，公式對於老粘土(Q₁-Q₃)和新粘土(Q₄)是有很大區別的。

我國用P_S求f₀已積累了相當豐富的經驗。經驗公式很多，由於土類、成因及時代等的不同，故不能用同一個經驗式來表達兩者的關系。但所有的經驗式相關性均較高，其相關系數一般在0.8以上，在眾多的P_S-f₀經驗式中，應首推《工業與民用建築地質勘察規范》(TJ21-77)中所採用的經驗式(3-27)、(3-28)、(3-29)。

沙土：

f₀=0.0197p_s+0.0656(MPa) (3-27)

一般粘性土：

f₀=0.104p_s+0.0269(MPa) (3-28)

老粘土：

f₀=0.1p_s(MPa) (3-29)

上述公式均反映了土的力學強度有內在的聯系。用p_s(q_c)確定f₀是一種簡便易行且可靠的方法。但由於全國各地土質差別很大，各家經驗式也有差別，有人總結了以往眾多的經驗式，進行統計分析後，建議採用下述較精確的經驗式：

f₀=0.1βp_s+0.032α (3-30)

式中：β與α為土類修正系數，可參見表3-14。

表3-14 各類β、α修正系數表

四、在樁基勘察中的應用

利用雙橋探頭測得的q_c和f_s，可以用在樁基設計中選擇樁尖持力層；確定單樁承載力；提供樁基壓縮層范圍內各層土的變形指標，以便估算樁基沉降，以及在樁基施工時預估沉樁可能性等方面。其中以確定單樁承載力最為重要。

利用靜力觸探指標確定單樁承載力，應結合樁的類型、施工方法和土質特點等綜合考慮。以下僅就打入式預制樁的單樁承載力問題作一簡單介紹。

1.太沙基(K.Terzaghi)的靜力平衡公式確定單樁極限承載力，即：

p_u=q_uA+U∑h_if_si (3-31a)

式中：p_u為單樁極限承載力；q_u為柱端極限承載力；A為樁端截面積；U為樁周長；h_i為分層土厚度；f_si為樁周分層土的極限摩阻力。

將上式除以安全系數2，即得到單樁容許承載力。

根據靜力觸探與打入式預制樁的相似性，用靜力觸探錐尖阻力和側摩阻力分別代替式(3-31a)中的q_u和f_si，並賦以一定的修正系數，即得到用靜力觸探指標確定單樁極限承載力的公式：

土體原位測試與工程勘察

式中：α為樁端阻力修正系數；

為樁端附近探頭錐尖阻力平均值；A為樁端橫截面積；β_i為樁周分層土的摩阻力修正系數；f_si為樁周分層土的靜力觸探側摩阻力。其他符號意義同前。

同樣，將式(3-31b)除以安全系數k，即得單樁容許承載力。

各家用靜探指標確定單樁極限承載力的公式，都具有公式(3-31)這樣的形式，所不同的只在於修正系數α和β的值不同，以及對

的取法不同。

2.鐵道部《靜力觸探使用技術暫行規定》(1980)推薦按下式確定打入式混凝土樁的單樁承載力：

土體原位測試與工程勘察

式中：

為取決於樁底上、下各4D(D為樁徑)范圍內平均錐尖阻力

和

的大小，當

＜

時：即樁底以下土層較軟時，取

=

；當

≥

時：則取

=

；α和β分別為錐尖阻力綜合修正系數和側摩阻力綜合修正系數，分別按圖3-28查取。

圖3-28 綜合修正系數α曲線和β曲線圖

3.根據《中華人民共和國行業標准建築樁基技術規范》(JGJ 94-94)中承載力計算有關規定，其中單樁豎向極限承載力標准值按下列規定確定。

(1)當根據單橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預制樁單樁豎向極限承載力標准值時，如無當地經驗時可按下式計算：

Q_uk=u∑q_sikl_i+αp_skA_p (3-33)

式中：u為樁身周長；q_sik為用靜力觸探比貫入阻力值估算的樁周第i層土的極限側阻力標准值；l_i為樁穿越第i層土的厚度；α為樁端阻力修正系數；p_sk為樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標准值(平均值)；A_p為樁端面積。

q_sik值應結合土工試驗資料，在規范上查圖可求。p_sk可按下式計算：

當 p_sk1≤p_sk2時：

土體原位測試與工程勘察

當p_sk1＞p_sk2時：

p_sk=p_sk2 (3-35)

式中：p_sk1為樁端全截面以8倍樁徑范圍內的比貫入阻力平均值；p_sk2為樁端全截面以下4倍樁徑范圍內的比貫入阻力平均值；如樁端持力層為密實的砂土層，其比貫入阻力平均值p_s超過20MPa時，則需乘以表3-15中系數C予以折減後，再計算p_sk2及p_sk1值；β為折減系數，按p_sk2/p_sk1值從表3-16選用。

表3-15 系數C

表3-16 折減系數β

註：表3-15、表3-16可用內插法取值。

(2)當根據雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預制樁單樁豎向極限承載力標准值時，對於粘性土、粉土和砂土，如無當地經驗時可按下式計算：

Q_uk=u∑l_i·β_i·f_si+α·q_c·A_p (3-36)

式中：f_si為第i層土的探頭平均側阻力；q_c為樁端平面上、下探頭阻力；取樁端平面以上4d(d為樁直徑或邊長)范圍內，按土層厚度的探頭阻力加權平均值，然後再和樁端平面以下1d范圍內的探頭阻力進行平均；α為樁端阻力修正系數(對粘性土、粉土取2/3；飽和砂土取1/2)；β_i為第i層土樁側摩阻力綜合修正系數，按下式計算：

粘性土、粉土：

β_i=10.04(f_si)^-0.55

砂土：

β_i=5.05(f_si)^-0.45

五、評價砂土和粉土的震動液化

按道理，若將觸探指標與標貫擊數N_63.5之間建立關系，再利用有關用標貫擊數從N_63.5判定砂土液化的判別式，就可達到用靜力觸探指標判定砂土液化可能性之目的。

對梅耶霍夫和施默特曼等人在q_c-N_63.5的關系方面作了大量工作，從而得出了形如q_c=nN_63.5的關系式。然而，n的變化幅度是很大的，n值變化規律是隨砂粒徑增大和密度減小而增大。再加上標准貫入錘擊數本身的離散性很大等因素的影響，就使得用靜探指標確定N_63.5進而判定砂土液化可能性不夠理想。

鐵道科學研究院等單位將比貫入阻力p_s和地震宏觀液化現象進行對比研究，提出了用靜力觸探指標判定砂土液化的方法，現簡介如下。

地基飽和砂土液化判別式為：

土體原位測試與工程勘察

式中：p_scr為飽和砂土液化臨界比貫入阻力值(MPa)；H_w為地下水位埋深(m)；H₀為覆蓋層厚度(m)；

為覆蓋層厚度H=2m，地下水位埋深H_w=2m時的砂土液化臨界比貫入阻力值(MPa)，可根據設計地震烈度由表3-17確定。

當實際飽和砂土的比貫入阻力p_s的計算值p_scα，小於按上式計算的p_scr時，則認為它可能液化。p_scα按以下方法確定：

表3-17 臨界比貫入阻力p_so

(1)當砂層厚度大於1m時，取該層p_s的平均值作為該層的p_scα；

(2)當砂層厚度小於1m，其上、下土層均為阻值較小時，取較大值作為該層的p_scα值。

(3)當砂層的厚度較大，力學性質顯著不同可分層時，應分別計算分層的平均比貫入阻力值進行判別。

靜力觸探成果，除上述各項的應用，還可用於確定砂土的內摩擦角φ和相對密度D_r以及粘性土的液性指數I_L、計算地基沉降、評價黃土濕陷性、檢驗地基加固效果、明確邊坡滑動位置等。

GB50021—94《岩土工程勘察規范》規定：可用p_sd值判定飽和分析砂土的液化勢

土體原位測試與工程勘察

式中：p_sd為在地下水位深度及上覆非液化土層厚度均為2m時的基準值；α_υ、α_u、α_p分別為地下水位、非液化土層厚度及土的塑性影響系數。

這一經驗公式經多次驗證，可與SPT的N值判定相輔相成，加強了判定液化勢的准確值。

六、檢驗壓實填土質量及強夯效果

靜力觸探檢驗強夯效果，一般限於粘性土和砂類土；對雜填土、房渣土及碎石土無效。

強夯加固地基的作業過程，一般可以分為以下幾個步驟：

(1)通過現場勘察與試驗了解場地的性質；

(2)由設計人員或岩土工程師確定和探勘建築物需要的場地土質條件；

(3)根據經驗和設備條件，選擇錘重和落距；

(4)進行試夯；

(5)根據試旁結果，設計強夯施工工藝，並付諸實施；

(6)檢驗強夯效果。

靜力觸探可以貫穿上述整個工作的始終：在勘察階段，可以通過靜力觸探了解場區松軟土層的分布及其力學性質，其他階段可作為質量檢測手段。圖3-29是某工程所測夯前與夯後的靜力觸探阻力曲線的比較，反應明顯。

圖3-29 黃土強夯前後p_sH曲線的比較

㈩ 靜力觸探的試驗成果

靜力觸探成果應用很廣，主要可歸納為以下幾方面：劃分土層；求取各土層工程性質指標；確定樁基參數。
1．劃分土層及土類判別
根據靜力觸探資料劃分土層應按以下步驟進行 ：
(1)將靜力觸探探頭阻力與深度曲線分段。分段的依據是根據各種阻力大小和曲線形狀進行綜合分段。如阻力較小、摩阻比較大、超孔隙水壓力大、曲線變化小的曲線段所代表的土層多為粘土層；而阻力大、摩阻比較小、超孔隙水壓力很小、曲線呈急劇變化的鋸齒狀則為砂土。
(2)按臨界深度等概念准確判定各土層界面深度。靜力觸探自地表勻速貫入過程中，錐頭阻力逐漸增大(硬殼層影響除外)，到一定深度(臨界深度)後才達到一較為恆定值，臨界深度及曲線第一較為恆定值段為第一層；探頭繼續貫入到第二層附近時，探頭阻力會受到上下土層的共同影響而發生變化，變大或變小，一般規律是位於曲線變化段的中間深度即為層面深度，第二層也有較為恆定值段，以下類推。
(3)經過上述兩步驟後，再將每一層土的探頭阻力等參數分別進行算術平均，其平均值可用來定土層名稱，定土層(類)名稱辦法可依據各種經驗圖形進行。還可用多孔靜力觸探曲線求場地土層剖面。
2．求土層的工程性質指標
用靜力觸探法推求土的工程性質指標比室內試驗方法可靠、經濟，周期短，因此很受歡迎，應用很廣。可以判斷土的潮濕程度及重力密度、計算飽和土重力密度γsat、計算土的抗剪強度參數、求取地基土基本承載力f0、用孔壓觸探求飽和土層固結系數及滲透系數等。
3．在樁基勘察中的應用
用靜力觸探可以確定樁端持力層及單樁承載力，這是由於靜力觸探機理與沉樁相似。雙橋靜力觸探遠比單橋靜力觸探精度高，在樁基勘察中應優先採用。