重型(N63.5)动力触探试验的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com 第４３卷第１期　甘肃水利水电技术　Ｖｏ１．４３．Ｎｏ．１　２００７年３月　Ｇａｎｓｕ　Ｓｈｕｉｌｉ　Ｓｈｕｉｄｉａｎ　Ｊｉｓｈｕ　Ｍｆｉｒ．，２００７　・设计与研究・　重型（　．５）动力触探试验的应用　郑宝平　（甘肃省水利水电勘测设计研究院第一分院，甘肃张掖７３４０００）　摘要：通过分析重型圆锥动力触探试验的贯入机理和花岗岩风化土的特征，论述了重型圆锥动力触探试验在花岗岩　地区的适用性，并结合部分工程资料，采用对比法来确定花岗岩风化土的地基土承裁力标准值及变形模量等。　关键词：圆锥动力触探；贯入机理；地基土承裁力；变形模量　中图分类号：ＴＵ４５５　文献标识码：Ｂ　　’１　重型动力触探试验简介　近出现局部的剪切破坏或孔穴扩张的破坏形式（图１），同时　圆锥动力触探（ＤＰＴ）是利用一定的锤击动能，将一定规　由于黏性土中超孔隙水压消散很慢，随着深度的增加，超孔　格的圆锥探头打入土中，根据每打入土中一定深度的锤击数　隙水压也会增加。　（或动贯入阻力）判别土层的变化，确定土的工程性质，对地　基土进行岩土工程评价的一种原位测试方法。　国外使用的动力触探种类繁多，国内按其锤击能量划分　为轻型（Ｎ　）、中型（Ｎ　）、重型（Ｎ６３￣）、超重型（Ｎ－∞）等４种类型　的动力触探。　国内重型动力触探设备主要由触探头、触探杆、穿心锤３　部分组成，其技术指标如表１所列。在我国南方地区（如广东　省）一般采用工程勘察钻机作为机械动力。　表１　重型动力触探设备技术指标　指标名称　技术指标　图１　动力触探贯入机理示意图　自由落锤产生的冲击荷载是一种强度较大，持续时间很　短的荷载．可以表示为：　Ｐ（ｔ）＝ｐｏ￣（ｔ／ｔ０）　（１）　圆锥重型动力触探试验具有设备简单、操作及测试简便、　式中：Ｐ。——冲击荷载的峰值；　快速、经济、连续等优点，一般测试深度为１４￣２５　ｍ．适用于除　￣ｏ（ｔ／ｔｏ）——描述冲击荷载形态的无因次时问。　漂石、块石及软土以外的所有土层．试验指标根据试验目的　在实际工作中，自由落锤能量由于受到导杆摩擦、锤击　和要求不同．可以应用于地基土评价、滑坡勘察、确定桩基持　偏心等影响。自由落锤产生的动能比理论计算值小。传到探　力层、地基加固与改良质量效果检验等方面；在岩土工程勘　头的能量也因探杆本身长度、质量、弹性变形及探杆周围土　察方面，主要应用于确定地基土承载力及变形模量。　体摩阻力的影响，能量要消耗一部分，故用于克服土对探头　２动力触探贯入机理理论　贯入的阻力可以根据荷兰的动贯入阻力公式计算：　动力触探贯入机理是土体在冲击荷载（锤击贯入）作用　Ｒ　（２）　下的状态。根据孔穴扩张理论（Ｖｅｓｉｃ，１９７２），假设触探头在不　排水条件下贯入，土体为弹塑性介质，在临界深度内，触探头　式中：Ｒ　动贯入阻力（ｋＰａ）；　一贯入时，土体的破坏以整体剪切破坏为主；在贯入后，由于周　落锤质量（ｋｇ）；　围应力的加大，土中不再表现为整体剪切破坏。只在锥头附　ｍ——圆锥探头及杆件系统的质量（ｋｇ）；　收稿日期：２００６—１２—１１　作者简介：郑宝平（１９７２一），男，内蒙古人，工程师，学士，主要从事岩土工程勘察。　・５７・　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第１期　日－一落距（ｍ）：　甘肃水利水电技术　第４３卷　标准贯入试验锤击数与动力触探锤击数散点及拟合曲　Ａ——圆锥探头截面积（ｏｎ？－）：　ｅ——贯入度（ｒａｍ），ｅ＝Ｄ／Ｎ￣３ｓ；　一规定贯入深度：　＾　广规定贯入深度的击数；　重力加速度，ｇ＝９．８　ｍ／ｓ　。　从式（２）中可知，对于同一种设备，Ｍ、Ｄ＇Ｉ、Ｈ、Ａ等为常数．　在测试深度Ｄ内，动贯入阻力与锤击数呈正比关系．故可用　锤击数来测定地基土的工程性质。　３花岗岩风化土的特征　南方地区花岗岩分布广泛，较大部分直接出露地表．形　成山地，其边缘地区以残丘形式出现，覆盖层较厚，对于场地　风化类剖面岩土分层也较简单，一般分为残积层、全风化岩、　强风化岩、中风化岩、微风化岩和新鲜岩等。　花岗岩残积土、全风化岩呈土状，一般为可塑一硬塑状，　部分全风化岩呈坚硬状态．强风化岩呈半岩半土状。一般工　程勘察前两者采用常规土工试验与标准贯入试验结合来核　查其承载力值，后者也可用点荷载试验来换算其单轴极限抗　压强度　花岗岩风化土的石英颗粒含量较多（一般＞２０％）．它不　同于一般的黏性土，它是由粗粒（石英砂粒）、细粒混杂而成．　由于细粒土的比表面积大．细粒土的矿物成分多为亲水的黏　土矿物，水分多集中于细粒土上，故由常规土工试验所做出　的天然含水量偏小，且因为在风化过程中部分矿物被溶解带　走，留下孔隙而导致孑Ｌ隙比偏大，故依据天然含水量与孑Ｌ隙　比查表得出的承载力基本值也会产生偏差。　由于南方气候湿热，出露地表的花岗岩残积土长期受　水的淋滤作用，母岩裂隙面上浸渲的铁质矿物被氧化．形成　氧化铁，并不断富集，且稍具胶结状态，形成网纹状结构的　土质，且土质较硬，形成了花岗岩残积土特有的上部较硬下　部相对较软的特征。再往下随着风化程度减弱土的强度逐　渐增加。故标准贯入试验不能完整系统反映残积土剖面的　变化特征。　４重型动力触探在花岗岩风化土中的应用　结合重型动力触探试验的特点、动探贯入机理及花岗岩　风化土的特征，作者认为花岗岩风化土适合用重型动力触探　来判定土的均匀性、划分土层、确定地基土的承载力及变形　模量。但由于资料馈乏、触探深度限制、残积土深度较大等原　因，目前较少有以重型动力触探试验对花岗岩风化土进行分　层，并确定其地基土承载力及变形模量的相关表格及经验公　式，作者在花岗岩类地区工作中，经过收集大量资料进行对　比分析，结合现行国家标准《岩土工程勘察规范》（ＧＢ　５００２１—　９４），得出了以重型动力触探试验对花岗岩风化土进行分层．　并提供其地基土承载力及变形模量的相关关系。所收集资料　的工程地点分布于粤北京珠高速工路、韶关电厂、广州南岗　及深圳部分地区的岩土工程勘察项目，共收集到动力触探孑Ｌ　５４个，标准贯入试验２８５次，资料对比按同一地区工程中、在　同一深度内重型动力触探试验、标准贯入试验及锤击数进行　比较，所收集的资料中动力触探锤击数及标准贯入试验锤击　数都经过杆长修正。　・５８・　线关系如图２所示。　５　图２标贯试验击数与动力触探击数散点及拟合曲线　拟合散点图分析结果、标准贯入试验锤击数Ⅳ与动力触　探锤击数＾　拟合方程为：　当２．Ｏ≤＾　≤９．１时，Ｎ＝Ｉ．２０４Ｎ－ｘ５．２０　（３）　当９．１＜Ｎ￣＜３５．０时，＾ｒ＿（Ｊ７、７　）ｏｋ　７Ｘ７．３１　（４）　①适用范围：重型动力触探深度小于２０　ｍ。　②相关系数ｒ＝０．８９５３。　４．１划分花岗岩风化土　根据国家标准《岩土工程勘察规范》（ＧＢ　５００２１—９４），用　标准贯入试验锤击数（校正值）划分花岗岩风化土：Ｎ＜３０击　为残积土；３０≤Ⅳ≤５０击为全风化岩；Ｎ＞５０击为强风化岩。　由式（４）得，＾　＜９．８击为残积土；９．８≤＾　≤２２．５击为　全风化岩；＾　＞２２．５击为强风化岩，同时根据触探曲线形态　判断超前或滞后现象．对土层进行分层。　４．２确定地基土承载力标准值　根据国家标准《岩土工程勘察规范》（ＧＢ　５００２１－９４），花　岗岩残积土砂质黏性土承载力如表２所列。　表２花岗岩残积土承载力标准值　注：标准贯入试验Ⅳ值系校正后击数。　据式（４）及表２，用重型动力触探锤击数来确定花岗岩风　化土的承载力标准值　，见表３。　表３用　ｓ来确定花岗岩风化土承载力标准值　４．３确定地基土变形模量　根据国家标准《岩土工程勘察规范》（ＧＢ　５００２１—９４），花　岗岩残积土标贯试验锤击数与变形模量　的关系式为：　Ｅｏ＝２．２Ｎ　（５）　根据式（３）、（４）、（５），则重型动力触探（下转第６３页）　维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期　李惜：节水灌溉技术在兴电灌区的应用探讨　第４３卷　较大地块灌溉可提高２０％以上。亩产量提高１０％以上。　按照建设“数字兴电”的思路，充分利用现有的机电设备及工　（４）按需供给，科学灌溉。可以根据作物生长需要人为　控制水量，保证计划灌水定额的落实，达到合理灌溉的目的。　（５）水不浪费，肥不流失。小块灌、小畦灌、沟灌灌水定　额小，使水分和肥分储存在计划深度内。不会发生大定额灌　水时引起的水、肥流失而造成浪费。　程建筑设施，进行必要的改造维修，实施远程自动化控制，采　用先进的监测技术将泵站的各项数据经采集后实时传输给　调度控制中心，调度中心对泵站数据进行综合分析、对比。及　时准确调整设备运行方式，合理搭配机组。使机电设备在高　效区运行，达到高效、安全、平稳运行的目的。最终使提水量　达到９．６　ｍ　，灌溉面积达到或超过３０．１８万亩。对各级渠道　的病险段逐年进行防渗改造，减少渗漏损失，对重点建筑物设　专门观测点，并采用自动化监测系统，随时监测，使渠道安全　（６）土壤不板结，通气良好。因进畦流量小，减轻了水对　土壤冲刷和压力，沟灌有旁渗作用。所以对土壤团粒结构破　坏小。　（７）避免深渗，杜绝盐碱。小定额灌水不会形成深层渗　输水，提高渠系水利用率。　漏，从而避免了地下水位的上升或地下径流的产生以及土壤　（２）进一步探讨适宜于兴电灌区各级渠道测流的量水　盐碱化的发生。　设施，初步规划在泵站出水管道上装设电磁测流设备两套。　（８）节水节能，扩大效益。根据统计，常规节水灌溉技术　流量数据实时传送给调度控制中心．调度中心可以通过调整　的推广，亩节水２５　ｍ　，亩节电５３　ｋＷ・ｈ，亩增产２０　。在２２　设备运行方式稳定水量，减少总干水量变化引起的各支斗口　万亩常规节水灌溉区年节水５５０万Ｉｌｌ　。节电１　１６６万ｋＷ・ｈ．　水量频繁变化，为工程全方位考核提供准确依据。各支斗口　总增产４４０万　，使灌区效益得到进一步提高。　修建统一标准的无喉道量水堰，在总干、东干、北干、支干口、　（９）缩短轮期，均衡增产。根据测定，灌水轮次缩短了５　各支斗口安装自动化监测设备及控制设备。逐步对各分水口　ｄ左右，使大面积作物能适时适量灌溉，达到了均衡用水、增　及各支斗口实施远程自动化测控技术．在全灌区形成一个量　加总产的目的。　水、测水网络，实现输配水系统自动化监控。所有数据将实时　（１０）降低成本，减轻负担。水、电费的节约。降低了生产　传输给调度中心，调度中心根据数据对输配水系统进行调　成本，提高了经济效益，减轻了农民的投入负担。使灌区效益　整，确保准确测量，准确分水，灌区作物均衡受益。从而达到　更为显著。　水资源合理使用，使其充分发挥效益。　（１１）生态环境得到明显改善。通过实施节水灌溉，使灌　（３）积极推广蓄水点灌灌溉技术和庭院滴灌技术．大力　溉面积得到扩大，山区的农户移到川区，山区实施退耕还林　发展枸杞、豇豆、温棚蔬菜等高效农业，促进灌区农业结构优　（草），在灌区及周边进行植树造林。目前，灌区林业保存面积　化升级。　３６　５００亩，种草５　０００多亩，使灌区平均风速由上水前的２．０　（４）实施土壤墒情监测与灌水预报技术。采用先进的科　ｍ／ｓ，减缓到１．２　ｍ／ｓ，平均相对湿度增加１７％。　学技术手段，从大气、水土、作物内在因素出发，取降水、日　５思路与对策　照、大气温度、土壤水肥动态、地下水位、作物生育阶段灌水　节水灌溉的最终目的是以最少的水量消耗获取尽可能　量与产量关系等数据，输入计算机处理，做出比较方案，预报　多的农作物产量，最高的经济效益和生态环境效益。根据兴　最优灌水时间和最优灌水定额。　电灌区的实际情况。重点是推广常规节水灌溉技术、蓄水点　（５）继续完善用水户参与式灌溉管理模式。提高骨干工　灌灌溉技术和塑料温棚灌溉技术。　程企业化管理水平，完善田间工程管理社会化激励机制。提　（１）充分发挥续建配套与节水改造项目的推动作用，深　高群众自觉维护和管好工程的积极性．实现灌区水土资源优　化常规节水灌溉技术，对现有的机电设备、各级渠道进行挖　化配置和高效利用，真正实现优化配水，合理调度，高效用　潜改造，尽可能地多提水，少损失，安全地将水输送到田间。　水，使兴电灌区走上良性运行和持续发展轨道。　ｃ　（上接第５８页）的锤击数％　与变形模量公式如下：　作者仅对花岗岩砂质黏性土进行了分析，表３、表４结果　当２．０≤＾　≤９．１时，　＝１．２０４Ｎ＇￣＇￣１１．４４　（６）　不适用于黏性土及砾质黏性土。　当９．１＜，　ｊ≤３５．０时，　（＾　ｊ）％”￣１６．０８　（７）　由于资料有限，尚无荷载试验与之对比，因此，动力触　①适用范围：重型动力触探深度小于２０　ｍ。　探锤击数与标贯试验锤击数的关系方程及承载力的确定尚　②相关系数ｒ－＝０．８９５３。　须进一步深入研究。　据式（６）、（７）确定的花岗岩风化土的变形模量见表４。　参考文献：　表４用　５来确定花岗岩风化土变形模量　［１］《岩土工程手册》编委会．岩土丁程手册［Ｍ］．北京：中国建筑出版　社．１９９４．　［２］林宗元．岩土工程试验监测手册［Ｍ］．沈阳：辽宁科学技术出版　社．１９９４．　［３］ＧＢ　５００２１－９４，岩土丁程勘察规范Ｉｓ］．　５结语　［４］孟高头．土体原位测试［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９２．　・６３・