圓錐動力觸探試驗機理及其在地勘中的應用

文/杜文平 新疆土木建材勘察設計院（有限公司）阿克蘇分公司 新疆阿克蘇 843000

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圓錐動力觸探試驗機理及其在地勘中的應用

文/杜文平 新疆土木建材勘察設計院（有限公司）阿克蘇分公司 新疆阿克蘇 843000

【摘要】地質勘測在我國建筑物的施工與建設中是一項十分重要的內容，其不僅能夠勘探出有關施工地質條件、地理位置以及地形特征等不同的信息，還能夠促進施工進程與施工質量的發展。本論文就在此基礎上先對圓錐動力觸探試驗的概念優點、基本原理以及其在應用中的基本方法作全面分析，再結合具體工程來深入探究其在地勘中的實際應用情況。

【關鍵詞】圓錐動力；觸探試驗機理；地勘；應用

一、圓錐動力觸探試驗的概念優點與基本原理

從科學角度來說，圓錐動力觸探試驗（DPT）是在利用一定的錘擊動能的基礎上，結合標準規格大小的圓錐探頭，將其深入探入土中，并根據計算探入土中所受阻力的大小或者是探入土中一定深度的錘擊數量來判斷土層的變化程度，最后再利用科學的力學平衡對受力土層進行分析，確定土層的工程性質，從而再對該施工區域內的地質土層作全面的地質評價，以供施工方的參考。

1.2圓錐動力觸探試驗的基本原理

筆者在此使用能量守恒定律來分析圓錐動力觸探試驗的基本原理。根據能量守恒定律，在圓錐探頭在土層里的一次錘擊中，其的能量變化公式如下：

Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee

其中Em表示的是錘頭在土層中錘心下落的總能量，而后面不同的能量則分別表示錘頭與觸探器、探刊側壁之間、土層之間產生的彈性形變的能量以及各自產生彈性形變而消耗的能量等。由該公式我們可以得出，在探頭深入到土層一定深度的時候，采取一定規格的落錘，并加以制動，就可以通過錘擊數量的大小來計算出土層所受阻力的多少。

二、圓錐動力觸探試驗的基本方法分析與工程簡介

2.1圓錐動力觸探試驗的基本方法

在圓錐動力觸探試驗中，共有三種不同類型的動力觸探，分別是輕型、重型以及超重型。

在輕型的動力觸探中：施工人員先需用電鉆在勘探土層中鉆至標高以上的0.2-0.3m的位置，然后再使用圓錐探頭對土層實施連貫觸探。在試驗的過程中也要注意穿心錘的落距需控制在0.02-0.50m之間，每隔0.02s需記錄下錘擊的數量狀況。在取樣過程中，只需將觸探桿拿出，換取鉆頭即可。而在重型與超重型的試驗過程中，在實施觸探操作前還需將觸探架平穩設置，使其與地面保持垂直狀態，垂直誤差也許控制在2%之內；在錘擊過程中，穿心錘的速率需控制在每分鐘20-30次數之間，這樣才能很好的在每隔0.02s的時間內記錄下錘擊數量，如果連續三次錘擊的次數已經超過50次，那么應立即停止操作，結束本次試驗。

在方案中，研究對象的創新能力是識別的關鍵，筆者將借助團隊在前期研究中設計的創新能力評價模型進行選取。具體來說是利用計算機模糊認別技術和機器學習技術將整理得到的數據進行聚類處理和因素歸類處理，按評價模型的小類因素劃分；將處理得到結果形成因素數據庫，對因素庫的各類指標進行歸類和排序，再根據創新能力評價模型歸類排序結果，選取符合創新能力評價模型指標的個體。

2.2工程簡介

在本文中，筆者采用的是擬建的岑鞏注溪35kv的變電站的工程案例，這是一所據貴州省岑鞏縣近35km處的交流變電站，其據龍江河大致也有420m，據完全測量后發現，其占地面積為2187.5m2。需施工的地方位于該變電站的開關室與設備操控室，其中所含有的主要控制變壓器有2臺，測量的地基深度大致為1.0m，設計構架的地基深度也大致為1.0m。

三、圓錐動力觸探試驗在地勘中的具體應用

3.1實施圓錐動力觸探試驗

在正式實施圓錐動力觸探試驗之前，施工人員先對施工場地的地質條件與地形狀況進行了全面的分析，并根據分析結果采取的是重型圓錐動力觸探設備，大致重量為63.5kg。并在此基礎上采取的是自動脫鉤的設置，這樣才能更好的控制穿心錘的自由下落運動，同時穿心錘的落距也能更好的在施工人員所能控制的范圍之內，一切準備工作就緒，利用重型圓錐動力觸探試驗，就可以更好的了解施工場地土層的性質狀況，進一步檢測出基巖面產生褶皺起伏的原因與狀況。

3.1.1錘擊數的記錄

在每隔0.02s的時間間隔內，施工人員需細致記錄下穿心錘的連貫探入深度與錘擊的次數，為了更好的協調施工過程中的其他機械參數，筆者建議在該處工程中，施工人員可以采取記錄下每10個錘擊數的方法來了解觸探土層的受力狀況。

3.1.2計算試驗參數

在記錄下相應的穿心錘錘擊數量之后，還需對所記錄下的數據與結果進行相應的校正，這是需運用到一個計算公式，如下所示：

N’63.5=αN63.5

左邊的參數表示的是經過校正之后的錘擊數量，而右邊的參數則表示的是實際測量的穿心錘在觸探過程中的錘擊數量或者是在經過校正的觸探桿上所檢測出的錘擊數量。

3.1.3試驗參數的設置

在正式進行圓錐動力觸探試驗之前，施工人員采取的是重量為63.5kg的重型圓錐觸探設備，該重型圓錐觸探設備中共設置有鉆孔3個。

在計算相應的試驗參數與指標時，可以采取一種利用平均值作單層分孔指標分布值的方法來實施。如果所計算出的平均值離散型較小，那么則證明該處土層的土質狀況良好，較為平穩均勻。另外，施工人員還可采取利用土層厚度加權平均法來計算施工場地單層分孔的分布指標。不同的探孔所測量出的平均試驗指標值也會有所不同，例如編號為ZK01的探孔，其所耕植的土質平均指標值為2.98，而其的卵石層所分布的平均指標值為8.194；編號為ZK03的探孔，其所測量出的耕植土質的平均指標值為2.235，其卵石層所分布的平均指標值為7.709‘編號為ZK03的探孔，其所耕植的土質平均指標值為2.682，其卵石層所分布的平均指標值為7.503。綜合上述所測量出的土層平均試驗指標值，在耕植土中，其所受到的平均試驗指標值為2.61，而在卵石層中，其所受到的平均試驗指標值為7.70。

3.2地基承載負荷力的計算與確定

在本次工程中所采用的是重型圓錐動力觸探儀器，而施工人員只要根據其的錘擊次數N63.5，便可以計算出地基承載負荷力的大小。一般來說，在土層受到最大錘擊次數的錘擊時，其耕植土的承載負荷力就達到最高，反之受到較小錘擊次數多的錘擊后，耕植土的承載負荷力就會相應的減少。而卵石層在受到最大錘擊次數的錘擊產生的承載負荷力還遠遠不及耕植土所承載的符合力，但是卵石層的承載負荷力綜合起來是遠遠高于耕植土的承載負荷力。因此，在具體施工中，施工人員也要依據具體的施工狀況來選擇合理的施工方法。

參考文獻：

[1]崔京浩，徐金明,劉紹峰，等.巖土工程實用原位測試技術[M] .北京：中國水利水電出版社，2007-04-15.

[2]徐超.巖土工程原位測試[M] .上海：同濟大學出版社，2005-08-11.