在岩土工程勘察领域，静力触探、动力触探和标准灌入试验是三种常用的原位测试方法。它们各有特点，在不同的工程场景中发挥着重要作用。本文将详细介绍这三种试验方法的原理、仪器设备、试验步骤，并重点分析它们的适用范围与优缺点，帮助大家更好地理解和选择适合的测试手段。
一、静力触探
（一）原理
静力触探(Static Cone Penetration Test，简称CPT)是通过借助机械将装有传感器的触探杆压入试验土层通过量测系统测土的贯入阻力。由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力也不同。传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。
（二）仪器设备
1、探头：关键部件，有单桥探头和双桥探头。单桥探头测量比贯入阻力，双桥探头可分别测量锥尖阻力和侧壁摩阻力，锥角一般为60°，尺寸和规格需符合标准。
2、贯入设备：包括手摇式触探仪和机械式静力触探仪。手摇式适用于浅层土测试，操作简单但深度有限;机械式可通过液压或机械传动装置贯入较深土层，满足多数工程要求。
3、量测系统：由传感器和数据采集装置组成，传感器将力转换为电信号，数据采集装置进行信号处理、显示和存储。
（三）试验步骤
1、场地准备：清理平整场地，清除杂物植被，松软场地需铺设垫板保证设备稳定性，确保探头能够垂直地贯入土中。
2、设备安装与调试：安装贯入设备，连接探头，检查传感器和数据采集系统，进行校准调试。
3、贯入操作：启动设备，以1-50px/s的匀速压入探头，持续采集数据，记录不同深度阻力值，贯入深度依工程确定。
4、试验结束与设备撤离：达到预定深度后，停止贯入，拔出探头，拆卸设备，清理并妥善保管仪器。
（四）适用范围与优缺点
1、适用范围：
适用于判定软土、一般黏性土、粉土和砂土的天然地基及采用换填垫层、预压、压实、挤密、夯实处理的人工地基以及少量的碎石土层。
2、静力触探试验的优点：
① 测试连续、快速且效率高：静力触探试验可以在现场快速、连续地进行，测试数据精度高且再现性好。
② 数据采集自动化：采用电测技术，便于实现测试工程的自动化，测试成果可由计算机自动处理，减少了工作强度。
③ 适用范围广：特别适用于不易取样的饱和砂土、高灵敏的软土层以及土层竖向变化复杂的情况。
④ 提高勘探质量：作为原位测试，静力触探试验能在一定程度上提高勘察的质量，尤其是在淤泥质土或沙土中更为显著。
⑤ 提供设计参数：静力触探试验可以直接提供地基设计参数，解决了桩基勘察中的关键问题。
3、静力触探试验的缺点：
① 机理尚不完全清楚：贯入机理尚难搞清，无数理模型，目前对静探成果的解释主要还是经验性的。
② 不能直接识别土层：不能直接取土观察鉴别，对于碎石类土和较密实砂土层不适用。
③ 测试深度有限：测试深度通常小于50米，对于基岩和碎石类土层不适用。
二、动力触探
（一）原理
动力触探试验(DPT)利用一定的锤击能量，将特定规格的探头打入土中。在锤击过程中，重锤自由下落产生的动能一部分用于克服土对探头的贯入阻力，使探头能够贯入土中;另一部分能量则消耗于锤与触探杆的碰撞、探杆的弹性变形、克服探杆与孔壁土的摩擦，以及触探器贯入时地基土产生塑性变形和弹性变形所消耗的能量。通过记录每打入土中一定深度的锤击数(如每贯入250px、500px或750px的锤击数)，或者根据能量的消耗情况来间接反映土的力学性质。根据这些数据与土的力学指标建立经验相关关系，从而对地基土的承载力、密实度、均匀性等工程性质进行评价。
（二）仪器设备
1、落锤：动力触探动力源，质量依触探类型不同，如轻型10kg、重型63.5kg，通过导向装置自由下落，确保锤击方向垂直。
2、探头和探杆：探头形状尺寸因目的和土层类型而异，一般为圆锥头或圆筒形。探杆材质需足够强度刚度，承受锤击力并传递给探头，螺纹连接便于组装拆卸。
3、锤击数记录装置：有人工计数和自动计数两种方式，人工计数简单但易产生误差，自动计数装置通过传感器检测锤击动作，准确性高。
（三）试验步骤
1、场地和设备准备：清理平整场地，检查设备完好，组装探杆和探头，安装在预定位置，确保探杆垂直。
2、锤击操作：提升落锤至预定高度自由下落，锤击探头使其贯入土中，记录锤击数和贯入深度。轻型贯入深度一般750px，记录每贯入250px锤击数;重型可达1-2m，记录每贯入250px锤击数。
3、试验结束和设备清理：达到预定深度或出现异常情况时停止试验，拔出探杆和探头，清理设备并妥善保管。
（四）适用范围与优缺点
1、适用范围：
① 轻型动力触探试验：适用于评价黏性土、粉土、粉砂、细砂地基及其人工地基的地基土性状、地基处理效果和判定地基承载力。具体操作步骤包括使用轻便钻具将土层钻至试验所需标高以上0.3m的位置，然后进行连续触探，记录每打入0.3m所需的锤击数。
② 重型动力触探试验：适用于评价黏性土、粉土、砂土、中密以下的碎石土及其人工地基，以及极软岩的地基土性状、地基处理效果和判定地基承载力。操作时需确保触探架安装平稳，贯入深度不宜超过12～15m。
③ 超重型动力触探试验：适用于评价密实碎石土、极软岩和软岩等地基土性状和判定地基承载力，也可用于评价强夯置换效果及置换墩着底情况。贯入深度一般不超过20m，超过该深度时需考虑触探杆侧壁摩阻的影响。
2、动力触探试验的优点：
① 操作简便：动力触探试验设备简单，操作方便，能够快速进行连续测试。
② 适用范围广：适用于各种土层，包括砂土、粉土、砾石土、软岩、强风化岩石及粘性土等地层。
③ 勘察与测试双重功能：动力触探试验不仅可以用于勘察，还可以通过记录探头贯入土中的锤击数来测试土的力学特性。
④ 经济高效：相比其他地质勘探方法，动力触探试验成本较低，且能够快速得出结果。
3、动力触探试验的缺点：
① 设备因素引起的误差：由于设备加工简单、材质要求不明确、设备损耗较快等因素，可能导致试验结果存在误差。
② 适用条件限制：轻型动力触探适用于粘性土和粉土，重型和超重型动力触探适用于砂土和砾卵石，标准贯入试验适用于粘性土、粉土和砂土。
③ 对较硬土层效果有限：对于非常坚硬的土层，动力触探的效果可能不如其他方法。
三、标准贯入试验
（一）原理
标准贯入试验(standard penetration test，SPT)是动力触探的一种，它利用一定的锤击功能，将一定规格的对开管式的贯入器打入钻孔孔底的土中，根据打入土中的贯入阻抗，判别土层的变化和土的工程性质。
标准贯入试验是一种原位测试方法，用质量63.5kg的落锤，在1900px高度自由下落，将标准贯入器打入土中，记录贯入750px的锤击数，以此评价土物理力学性质。
（二）仪器设备
1、落锤和导向杆：落锤质量63.5kg，导向杆保证落锤垂直下落，需安装牢固，确保下落准确性。
2、标准贯入器：由两个半圆管组成取土器，外径51mm，内径35mm，可贯入试验也可取土样用于室内试验，刃口需保持锋利。
3、钻杆：连接贯入器和落锤装置，材质需足够强度刚度，连接紧密，防止锤击过程松动。
（三）试验步骤
1、钻孔：用钻机在试验地点钻孔，直径大于贯入器外径，一般150mm左右，保持垂直，深度达预定试验深度。
2、贯入器安装与试验准备：将贯入器连接钻杆放入钻孔，使靴刃接触孔底，安装导向杆和落锤装置，检查设备安装。
3、锤击操作：提升落锤至1900px高度自由下落，锤击贯入器，记录每贯入250px锤击数，累计750px锤击数作为指标，注意观察贯入情况，遇异常停止试验。
4、土样采取(可选)：若需取土样，贯入试验完成后，提升贯入器，取出土样用于室内试验。
5、试验结束与清理：试验完成后，拆卸设备，清理钻杆、贯入器等，回填钻孔。
（四）适用范围与优缺点
1、适用范围：
标准贯入试验主要适用于砂土、粉土及一般黏性土风化岩及冰碛土，但不适用于软塑-流塑软土、碎石土及岩层。
2、标准贯入试验的优点：
① 操作简单：标准贯入试验的操作相对简单，设备也较为简单，适合现场快速进行。
② 适用范围广：该试验适用于多种土层，包括砂性土和粘性土，但对碎石类土及岩层不适用。
③ 土层适应性强：通过贯入器可以采取扰动土样，进行直接鉴别描述和相关的室内土工试验，如颗粒分析试验，特别适用于不易钻探取样的砂土和砂质粉土。
④ 数据获取方便：通过记录打入750px的锤击数(即标准贯入击数N)，可以方便地评价土的工程性质。
3、标准贯入试验的缺点：
① 数据离散性大：试验数据的离散性较大，精度较低，对于饱和软粘土，其精度不如十字板剪切试验及静力触探等方法。
② 应用限制：由于数据精度较低，对于缺乏使用经验的地区，需要与其他测试方法配合使用。
6
449717568