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静力触探（静力触探的贯入机制是个很简单的问题）

今天给各位分享静力触探的静力静力简单知识，其中也会对静力触探的触探触探贯入机制是个很简单的问题进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的贯的问问题，别忘了关注本站，入机现在开始吧！静力静力简单

动力触探与静力触探有何不同

动力触探：将一定质量的触探触探穿心锤，以一定的贯的问高度（落距）自由下落，将探头贯入土中，入机然后记录贯入一定深度所需的静力静力简单锤击数，并以此判断土的触探触探性质。

静力触探：指通过一定的贯的问机械装置，将某种规格的入机金属触探头用静力压土层中，同时用传感器（或直接量测、静力静力简单仪表测试）土层对触探头的触探触探贯入阻力，以此来判断、贯的问分析确定地基土的物理力学性质。

一个是靠自重下落，一个是机器压下去

静力触探测试成果的应用

静力触探是应用很广的一种原位测试技术，其用途可归纳为以下几方面：

一、土层划分和土类划分

静力触探的主要用途在于它能比较准确地测定土层的力学剖面，这对确定浅基和桩尖持力层等具有十分重要的意义。此外，对地基勘察中合理布置钻孔，设计取样位置或其他原位试验位置等的确定也很有意义。

静力触探测试表明：土类及其成因、时代、密实度不同，一般其锥尖阻力或比贯入阻力也会有明显不同；不同土类由于某种原因(如砂层和老粘土)可能有相同的锥尖阻力(或比贯入阻力)，而侧壁摩擦力和孔压值可大不相同。因而在土类划分时，要求以qc为主，结合fs(或FR)和孔压值(或孔压参数比)予以划分，并以同一分层内的触探参数值基本相近为原则。

图3-27 单桥静力触探曲线及划分土层

目前，三种探头所测土层或土类参数，均可用来划分土层或土类，但其划分精度有很大差别：用多参数划分比用单参数划分精度高；有经验的人比无经验的人划分精度高；有钻探取样作对比的比没有取样品的精度高。图3-27为武汉地区长江第四纪冲积层的单桥静力触探曲线，图右侧为划分的土层，具有一定的代表性。它不仅适用于武汉地区，也适用于长江中游第四纪冲积层(已有勘察资料证明)或更大范围内的第四纪冲积层分布区。但应注意，在新的地区须有少量的钻探对比资料证明。

二、测定土的物理力学性质指标

土的室内试验指标(即土的物理力学性质指标)是经过钻探取样后，由室内试验获得的。工序多，历程长，成本高，加之应力释放等对土样不可避免的扰动，又使这些指标产生不同程度的误差。因此，探讨用静力触探法来推求室内试验指标是一个多快好省的捷径，已有多人进行了探索。但由于多为地区性经验，应用不方便。有人试图以土层时代和成因为基础，进行全国或全世界范围的对比，突破地区性经验界限，求出触探参数与土的物理力学性质指标之间的内在关系。

1.砂类土

对于砂土的内摩擦角，用静力触探求砂土的相对密度，已积累了相当丰富的经验，效果较好。铁道部静力触探规则(TBJ37—93)提出了砂土内摩擦角和石英质砂土的相对密度参考值，见表3-8和表3-9所列出。

表3-8 砂土的内摩擦角φ

表3-9 石英质砂土的相对密度(Dr)

2.粘性土

粘性土的下述指标，多是对全新世地层测试统计得到的。

(1)求粘性土的内聚力c和内摩擦角φ在大量工程实践的基础上，将双桥静力触探成果(qc和fs)和室内直剪(或三轴)试验成果(c和φ)进行统计分析，结果发现：土的内摩擦角的正切函数与锥尖阻力的平方根之间呈现良好的线性相关，即：

土体原位测试与工程勘察

式中：α、b为系数，与土类有关。当16＜fs＜80kPa时，α=12.14，b=23.11；当1＜fs＜9时，α=5.47，b=3.80；且c、fs单位为kPa。

(2)求粘性土不排水抗剪强度 一般按下式求粘性土不排水抗剪强度：

土体原位测试与工程勘察

式中：Cu为粘性土不排水抗剪强度(100kPa)；

为上覆土层压力(100kPa)；NK为经验系数，一般为5～10。

各地经验公式稍有不同，见表3-10所列。

表3-10 由ps(qc)求Cu(kPa)

(3)软粘土灵敏度 根据中国地质大学在深圳和武汉软土地基的勘察和研究中，发现双桥静力触探和十字板测试的软土灵敏度(Sr)之间存在如下关系：

Sr=300·Fs (3-24)

(4)判断土的潮湿程度(稠度状态)土越潮湿，含水率(ω)越大，其强度越低，贯入阻力越小。所以Ps(qc)和IL或ω之间也存在着一定关系，如式(3-25)所示。见表3-11：

表3-11 单桥探头法(ps)(MPa)

土体原位测试与工程勘察

(5)求饱和重力密度γsat粘性土饱和重力密度值，取决于土粒的相对密度。由于粘土土粒相对密度一般在2.7左右，地下水密度γw为10kN·m-3，则γsat可由下式表示：

γsat=γw+γd-(γd/Ga)γw (3-26)

式中：γd为土的干重力密度(g/cm3)；Ga为土粒相对密度(g/cm3)。

(6)求土的压缩模量Es及变形模量E0Es为室内试验所求得的土的压缩模量，压力范围为0.1～0.2MPa，其值愈高，表明土的压缩性愈低。在临界深度以下，土层上复压力加大，静力触探贯入时，探头对周围土体施加压力，土体让出探头体积部分主要是压缩变形所致。其用力来自锥面的法线方向。所以，qc(或ps)和Es在测试机理上是相近的。因而两者呈线性相关性，其关系式一般为：Es=α×ps+b。

用ps求Es，除了可用公式外，还可以查(TBJ37—93)规范中相关表格。土的变形模量是由无侧限的原位载荷测试求出的。国内已有很多单位做这方面的对比工作，见表3-12所列出。

表3-12 ps及E0的经验关系(MPa)

(7)求土的天然孔隙比e0e0愈小，土愈密实，土的强度愈高，则ps(qc)值愈大。因此，ps(qc)和e0的相关性亦甚好(表3-13)。

表3-13 用ps求e0的关系式

三、求浅基承载力

土的原位测试法求地基承载力，一般采用载荷试验、旁压仪试验、静力触探试验等多种行之有效的方法，国内、外都积累了丰富的经验。用静力触探法求地基承载力的突出优点是快速、简便、有效，可以大量采用。在应用此法时应注意以下几点：

1.静力触探法求地基承载力一般依据的是经验公式

这些经验公式是建立在静力触探和载荷测试的对比关系上。但载荷测试原理是使地基土缓慢受压，先产生压缩(似弹性)变形，然后为塑性变形，最后剪切破坏。其受荷过程慢，内聚力和内摩擦角同时起作用。然而静力触探加荷快，土体来不及被压密就产生剪切破坏，同时产生较大的越孔隙水压力，对内聚力影响很大；这样，主要起作用的是内摩擦角、内摩擦角越大，锥头阻力(或比贯入阻力)也越大。

砂土内聚力小或为零；粘性土内聚力相对较大、内摩擦角相对较小。因此，用静力触探法求地基承载力要充分考虑土质的差别(特别是砂土和粘土的区别)。为了在确定基础尺寸以前能表达地基土的强度，我国规范习惯采用较小尺寸的浅地基础，作为统一的衡量标准，称之为基本承载力。静力触探法提供的就是这种基本承载力的值f0。它可满足一般建筑物的要求。用于设计时，应进行基础宽度和埋置深度的修正。

2.地基土的成因、时代及含水量的差别对用静力触探法求地基承载力的经验公式，公式对于老粘土(Q1-Q3)和新粘土(Q4)是有很大区别的。

我国用PS求f0已积累了相当丰富的经验。经验公式很多，由于土类、成因及时代等的不同，故不能用同一个经验式来表达两者的关系。但所有的经验式相关性均较高，其相关系数一般在0.8以上，在众多的PS-f0经验式中，应首推《工业与民用建筑地质勘察规范》(TJ21-77)中所采用的经验式(3-27)、(3-28)、(3-29)。

沙土：

f0=0.0197ps+0.0656(MPa) (3-27)

一般粘性土：

f0=0.104ps+0.0269(MPa) (3-28)

老粘土：

f0=0.1ps(MPa) (3-29)

上述公式均反映了土的力学强度有内在的联系。用ps(qc)确定f0是一种简便易行且可靠的方法。但由于全国各地土质差别很大，各家经验式也有差别，有人总结了以往众多的经验式，进行统计分析后，建议采用下述较精确的经验式：

f0=0.1βps+0.032α (3-30)

式中：β与α为土类修正系数，可参见表3-14。

表3-14 各类β、α修正系数表

四、在桩基勘察中的应用

利用双桥探头测得的qc和fs，可以用在桩基设计中选择桩尖持力层；确定单桩承载力；提供桩基压缩层范围内各层土的变形指标，以便估算桩基沉降，以及在桩基施工时预估沉桩可能性等方面。其中以确定单桩承载力最为重要。

利用静力触探指标确定单桩承载力，应结合桩的类型、施工方法和土质特点等综合考虑。以下仅就打入式预制桩的单桩承载力问题作一简单介绍。

1.太沙基(K.Terzaghi)的静力平衡公式确定单桩极限承载力，即：

pu=quA+U∑hifsi (3-31a)

式中：pu为单桩极限承载力；qu为柱端极限承载力；A为桩端截面积；U为桩周长；hi为分层土厚度；fsi为桩周分层土的极限摩阻力。

将上式除以安全系数2，即得到单桩容许承载力。

根据静力触探与打入式预制桩的相似性，用静力触探锥尖阻力和侧摩阻力分别代替式(3-31a)中的qu和fsi，并赋以一定的修正系数，即得到用静力触探指标确定单桩极限承载力的公式：

土体原位测试与工程勘察

式中：α为桩端阻力修正系数；

为桩端附近探头锥尖阻力平均值；A为桩端横截面积；βi为桩周分层土的摩阻力修正系数；fsi为桩周分层土的静力触探侧摩阻力。其他符号意义同前。

同样，将式(3-31b)除以安全系数k，即得单桩容许承载力。

各家用静探指标确定单桩极限承载力的公式，都具有公式(3-31)这样的形式，所不同的只在于修正系数α和β的值不同，以及对

的取法不同。

2.铁道部《静力触探使用技术暂行规定》(1980)推荐按下式确定打入式混凝土桩的单桩承载力：

土体原位测试与工程勘察

式中：

为取决于桩底上、下各4D(D为桩径)范围内平均锥尖阻力

和

的大小，当

＜

时：即桩底以下土层较软时，取

=

；当

≥

时：则取

=

；α和β分别为锥尖阻力综合修正系数和侧摩阻力综合修正系数，分别按图3-28查取。

图3-28 综合修正系数α曲线和β曲线图

3.根据《中华人民共和国行业标准建筑桩基技术规范》(JGJ 94-94)中承载力计算有关规定，其中单桩竖向极限承载力标准值按下列规定确定。

(1)当根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验时可按下式计算：

Quk=u∑qsikli+αpskAp (3-33)

式中：u为桩身周长；qsik为用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第i层土的极限侧阻力标准值；li为桩穿越第i层土的厚度；α为桩端阻力修正系数；psk为桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值(平均值)；Ap为桩端面积。

qsik值应结合土工试验资料，在规范上查图可求。psk可按下式计算：

当 psk1≤psk2时：

土体原位测试与工程勘察

当psk1＞psk2时：

psk=psk2 (3-35)

式中：psk1为桩端全截面以8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值；psk2为桩端全截面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值；如桩端持力层为密实的砂土层，其比贯入阻力平均值ps超过20MPa时，则需乘以表3-15中系数C予以折减后，再计算psk2及psk1值；β为折减系数，按psk2/psk1值从表3-16选用。

表3-15 系数C

表3-16 折减系数β

注：表3-15、表3-16可用内插法取值。

(2)当根据双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验时可按下式计算：

Quk=u∑li·βi·fsi+α·qc·Ap (3-36)

式中：fsi为第i层土的探头平均侧阻力；qc为桩端平面上、下探头阻力；取桩端平面以上4d(d为桩直径或边长)范围内，按土层厚度的探头阻力加权平均值，然后再和桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均；α为桩端阻力修正系数(对粘性土、粉土取2/3；饱和砂土取1/2)；βi为第i层土桩侧摩阻力综合修正系数，按下式计算：

粘性土、粉土：

βi=10.04(fsi)-0.55

砂土：

βi=5.05(fsi)-0.45

五、评价砂土和粉土的震动液化

按道理，若将触探指标与标贯击数N63.5之间建立关系，再利用有关用标贯击数从N63.5判定砂土液化的判别式，就可达到用静力触探指标判定砂土液化可能性之目的。

对梅耶霍夫和施默特曼等人在qc-N63.5的关系方面作了大量工作，从而得出了形如qc=nN63.5的关系式。然而，n的变化幅度是很大的，n值变化规律是随砂粒径增大和密度减小而增大。再加上标准贯入锤击数本身的离散性很大等因素的影响，就使得用静探指标确定N63.5进而判定砂土液化可能性不够理想。

铁道科学研究院等单位将比贯入阻力ps和地震宏观液化现象进行对比研究，提出了用静力触探指标判定砂土液化的方法，现简介如下。

地基饱和砂土液化判别式为：

土体原位测试与工程勘察

式中：pscr为饱和砂土液化临界比贯入阻力值(MPa)；Hw为地下水位埋深(m)；H0为覆盖层厚度(m)；

为覆盖层厚度H=2m，地下水位埋深Hw=2m时的砂土液化临界比贯入阻力值(MPa)，可根据设计地震烈度由表3-17确定。

当实际饱和砂土的比贯入阻力ps的计算值pscα，小于按上式计算的pscr时，则认为它可能液化。pscα按以下方法确定：

表3-17 临界比贯入阻力pso

(1)当砂层厚度大于1m时，取该层ps的平均值作为该层的pscα；

(2)当砂层厚度小于1m，其上、下土层均为阻值较小时，取较大值作为该层的pscα值。

(3)当砂层的厚度较大，力学性质显著不同可分层时，应分别计算分层的平均比贯入阻力值进行判别。

静力触探成果，除上述各项的应用，还可用于确定砂土的内摩擦角φ和相对密度Dr以及粘性土的液性指数IL、计算地基沉降、评价黄土湿陷性、检验地基加固效果、明确边坡滑动位置等。

GB50021—94《岩土工程勘察规范》规定：可用psd值判定饱和分析砂土的液化势

土体原位测试与工程勘察

式中：psd为在地下水位深度及上覆非液化土层厚度均为2m时的基准值；αυ、αu、αp分别为地下水位、非液化土层厚度及土的塑性影响系数。

这一经验公式经多次验证，可与SPT的N值判定相辅相成，加强了判定液化势的准确值。

六、检验压实填土质量及强夯效果

静力触探检验强夯效果，一般限于粘性土和砂类土；对杂填土、房渣土及碎石土无效。

强夯加固地基的作业过程，一般可以分为以下几个步骤：

(1)通过现场勘察与试验了解场地的性质；

(2)由设计人员或岩土工程师确定和探勘建筑物需要的场地土质条件；

(3)根据经验和设备条件，选择锤重和落距；

(4)进行试夯；

(5)根据试旁结果，设计强夯施工工艺，并付诸实施；

(6)检验强夯效果。

静力触探可以贯穿上述整个工作的始终：在勘察阶段，可以通过静力触探了解场区松软土层的分布及其力学性质，其他阶段可作为质量检测手段。图3-29是某工程所测夯前与夯后的静力触探阻力曲线的比较，反应明显。

图3-29 黄土强夯前后psH曲线的比较

静力触探的适用条件

静力触探主要适用于粘性土、粉性土、砂性土。就黄河下游各类水利工程、工业与民用建筑工程、公路桥梁工程而言，静力触探适用于地面以下50m内的各种土层，特别是对于地层情况变化较大的复杂场地及不易取得原状土的饱和砂土和高灵敏度的软粘土地层的勘察，更适合采用静力触探进行勘察。

　静力触探测试法的仪器设备

静力触探设备，俗称静力触探仪，一般由三部分构成，即：①静力触探头：地层阻力传感器；②量测记录仪表：测量与记录探头所受各种阻力；③贯入系统：包括触探主机与反力装置，共同负责将探头压入土中。触探主机借助探杆将装在其底端的探头压入土中；反力装置则提供主机在贯入探头过程中所需之反力。目前广泛应用的静力触探车集上述三部分为一整体。静力触探车具有贯入深度大（贯入力一般大于10t）、效率高和劳动强度低的优点。但它仅适用于交通便利、地形较平坦及可开进汽车的勘测场地使用。贯入力等于5t或小于5t者，一般为轻型静力触探仪。使用时，一般都将上述三部分分开装运到勘测现场，进行测试时再将三部分有机地联接起来。在交通不便、勘测深度不大或土层较软的地区，轻型静力触探应用很广。它具有便于搬运、测试成本较低及灵活方便之优点。静力触探仪的贯入力一般为2t—20t，最大贯入力为20t，因为细长的探杆受力极限不能太大，太大易弯曲或折断。贯入力为2t—3t者，一般为手摇链式电测十字板－触探两用仪。贯入力大于5t者，一般为液压式主机。现介绍几种主要的和常用的触探仪。

（一）常用静力触探仪介绍

1.CLD型静力触探－十字板剪切两用仪

由四川省建筑科学研究所与华东电力设计院研制，目前由上海市新卫机器厂、浙江南光地质仪器厂及江苏如皋工程勘测机械厂等生产（参见本书第六章图6—3）。

CLD-1型，最大贯入力为2t，总重（包括工具）0.2t，配用探头面积为10cm2，配用十字板尺寸为50mm×100mm×2mm，主机重50kg，最大外形尺寸为100cm×30cm×145cm。本机轻便，一机多用，特别适用于软土地区。

CLD-3型，最大贯入力为3t，主机重65kg，可两面手摇，主机架比CLD-1型坚固，其它规格同CLD-1型。本机贯入力比CLD-1型加大，轻便，贯入深度也相应提高。

2.托挂式静探仪

由铁道部科学研究院第三设计院设计，由浙江宁波勘测机械厂（现为镇海电讯厂勘测机械分厂）生产，型号为DY-5型。该机具有小巧轻便、结构紧凑等特点，属轻型静探仪。其主要技术参数如下：额定贯入力为5t，额定起拔力为7.6t，贯入速率为0.5—1.6m/min，起拔速率为3m/min，油缸行程为0.5m。

由中国船舶工业总公司勘察研究院研制，由杭州市富阳科学仪器厂生产的MJ-2型拖挂式静力触探机，具有轻便灵活、占地小、性能稳定等优点，属中等贯入能力的设备。其主要性能及技术规格如下：总贯入力为10t，贯入速度为1m/min，起拔速度为2m/min，最大行程为1.2m，整机重430kg，外形尺寸为385cm×135cm×230cm，动力为3.5/4.5kW，电源电压为380V，有地锚4—8个。

3.静力触探车

目前，我国生产静力触探车的厂家较多，主要有浙江宁波勘测机械厂、江苏省如皋勘测机械厂、大连拉伸机厂、沈阳探矿机械厂及上海地质仪器厂等。各厂生产的触探车贯入能力都已达到20t，都有封闭式车箱，可以在不受气候条件影响下进行野外作业。

现将浙江宁波勘测机械厂的产品规格列于表2—2中。

（二）探头

1.探头的种类及规格

探头是静力触探仪的关键部件。它包括摩擦筒和锥头两部分，有严格的规格与质量要求。目前，国内外使用的探头可分为三种类型（见图2—22）。

（1）单用（桥）探头：是我国所特有的一种探头类型。它是将锥头与外套筒连在一起，因而只能测量一个参数。这种深头结构简单，造价低，坚固耐用，是我国使用最多的一种探头。它对推动我国静力触探测试技术的发展和应用起到了积极的作用，自60年代初开始应用以来，积累了相当丰富的经验，已建立了关于测试成果和土的工程性质之间众多的经验关系式。由于测试成本低，被勘测单位广泛采用。但应指出，这种探头功能少，其规格与国际标准也不统一，不便于开展国际交流，其应用受到限制。

（2）双用（桥）探头：它是一种将锥头与摩擦筒分开，可同时测锥头阻力和侧壁摩擦力两个参数的探头。国内外普遍采用，用途很广。

表2—2　宁波勘测机械厂生产的触探仪

（3）多用（孔压）探头：它一般是在双用探头基础上再安装一种可测触探时产生的超孔隙水压力装置的探头。70年代末，国外开始应用。国内已引进多种，如中国地质大学等引进的Fugro孔压静探仪。国内已研制成功，如上海同济大学研制的孔压探头，已由浙江温岭南光地质仪器厂生产。还有铁道部科学研究院研制的孔压探头。孔压探头最少可测三种参数，即锥尖阻力、侧壁摩擦力及孔隙水压力，功能多，用途广，在国外已得到普遍应用。在我国，也会得到越来越多的应用。

此外，还有可测波速、孔斜、温度及密度等的多功能探头，不再一一介绍。常用探头规格见表2—3。

探头的功能越多，测试成果也越多，用途也越广；但相应的测试成本及维修费用也越高。因而，应根据测试目的和条件，选用合适的探头。表2—3中所列探头的底面积不同，主要是为了适应不同的土层强度。探头底面积越大，能承受的抗压强度越高；另一个原因是可有更多的空间安装附加传感器。但在一般土层中，应优先选用具国际标准的探头，即探头顶角为60°，底面积为10cm2，侧壁摩擦筒表面积为150cm2的探头，以便开展技术交流，便于应用和集思广益。

图2—22　静力触探探头类型

a.单用探头；b.双用探头；c.多用探头

1—锥头；2—顶柱；3—电阻应变片；4—传感器；5—外套筒；6—单用探头的探头管或双用探头侧壁传感器；7—单用探头的探杆接头或双用探头的摩擦筒；8—探杆接头；L—单用探头有效侧壁长度；D—锥头直径；a—锥角

表2—3　常用探头规格

2.有关探头设计的问题

对此问题可扼要说明几点：①探头空心柱与其顶柱应有良好接触，采用顶珠接触最好，可使传感器受力均匀，也容易加工。②加工空心柱（弹性元件）的钢材应具有强度高、弹性好、性能稳定、热膨胀系数小及耐腐蚀等特征。国内一般选用60Si2Mn（弹簧钢）和40CrMn钢制作空心柱。其它部件可采用40Cr或45号钢，需作好热处理。③由式（2—41）可知，空心柱应变量的大小和地层阻力及空心柱环形截面积有关。在相同地层阻力的情况下，应变量越大（也就是越灵敏），它能承受的最大荷载也就会愈小。要兼顾这两者，如前所述，可以选择好的钢材。但这还不够，为适应不同地区、不同软硬土层贯入的需要，目前厂家一般均生产几种不同额定荷载（当空心柱材料一定时，就相当于不同截面积）的探头选用。一般在软土地区可选用额定荷载小一些的比较灵敏的探头；反之，则选用额定荷载大一些的探头。④铁道部“静力触探技术规则（TBJ37-93）”规定：探头规格、各部加工公差和更新标准应符合表2—4、表2—5和图2—23、图2—24的要求，⑤探头的绝缘性能，应附合下列规定：探头出厂时的绝缘电阻应大于500MΩ，并且在500kPa水压下恒压2h后，其绝缘电阻仍不小于500MΩ。用于现场测试的探头，其绝缘电阻不得小于20MΩ。⑥对于各种探头，自锥底起算，在1000mm长度范围内，任何与其连接的杆件直径不得大于探头直径；为降低探杆与土的摩擦阻力而需加设减摩阻器时，亦只能在此规定范围以上的位置设置。⑦探头贮存应配备防潮、防震的专用探头箱（盒），并存放于干燥、阴凉的处所。

表2—4　单桥探头规格

表2—5　双桥探头及孔压探头规格

续表

注：①a=FA/A,FA=1/4πd2，对孔压探头a值不受限制。

②e1、e2为工作状态下的间距。

图2—23　单桥探头外形图

图2—24　双桥探头（上）及孔压探头（下）形状图

（三）量测记录仪表

我国的静力触探几乎全部采用电阻应变式传感器。因此，与其配套的记录仪器主要有以下4种类型：①电阻应变仪；②自动记录绘图仪；③数字式测力仪；④数据采集仪（微机）。

1.电阻应变仪

从60年代起直到70年代中期，一直是采用电阻应变仪。电阻应变仪具有灵敏度高、测量范围大、精度高和稳定性好等优点。但其操作是靠手动调节平衡，跟踪读数，容易造成误差；而且不能连续读数，只能间隔进行（一般5—10s，即每贯入10—20cm），不能得到连续变化的触探曲线。经过改进，出现了数字式测力仪，如上海新卫机器厂生产的数字测力仪和新达电讯厂生产的JC-X2静力触探测量仪。数字式测力仪与过去使用的应变仪比较，其优点是：体积小、重量轻，不用手动跟踪，用数字显示不容易看错，还可以把率定系数输入仪器内直接读取阻力值。由武汉市勘测院设计，由武汉无线电厂生产的数字式测力仪即具有上述功能。上述两种仪表的主要缺点是需人工记录。

2.自动记录仪

为了实现自动记录，于是就出现了自动记录仪。我国现在生产的静力触探自动记录仪都是用电子电位差计改装的。这些电子电位差计都只有一种量程范围。为了在阻力大的地层中能测出探头的额定阻力值，也为了在软层中能保证测量精度，一般都采用改变供桥电压的方法来实现。早期的仪器为可选式固定桥压法，一般分成4—5档，桥压分别为2、4、6、8、10V，可根据地层的软硬程度选择。这种方式的优点是电压稳定，可靠性强；但资料整理工作量大。现在已有可使供桥电压连续可调的自动记录仪。图2—25是ZSJ-2型双笔自动记录仪工作原理图。

（1）自动记录仪工作原理：如图2—25所示，由传感器送来的被测直流信号，经测量电路与仪表内补偿电压进行比较后产生一不平衡电压，经放大器放大105—6倍后获得足够大的功率驱动可逆电机转动。可逆电机经过一套机械传动装置，一面带动测量电路中的滑线电阻的滚动触点，使补偿电压与被测信号平衡；一面带动指针和记录笔沿着有分度的标尺左右移动。此时放大器中无信号输入和输出，电机停止转动，指针在分度尺上的指示值即为被测信号的电压值。如果被测信号发生变化，则新产生的电位差值信号又被送至放大器，使滑线电阻的滚动触点又移动到一个新的平衡点，被测信号与补偿电压又达到新的平衡，指针又移到新的位置……。

与此同时，自整角机通过一套传动机构，以一定速度卷动记录纸。这样，随着指针移动和记录纸卷动，记录笔便在记录纸上连续地记录出各深度被测信号的大小——静力触探曲线。

（2）仪器主要组成部分：除走纸机构外，双笔记录仪各部分都由两套组成。

图2—25　ZSJ-2型双笔自动记录仪工作原理图

①测量电路：和应变仪一样，也是采用双电桥电路，所不同的是自动记录仪采用的是直流内桥，传输的是直流信号。为对外桥路提供稳定的直流电压，自动记录仪专门增设了桥路稳压电源。稳压范围一般为0—20V，连续可调，以适应标定探头和贯入不同软硬地层的需要。

②晶体管放大器：在记录仪中，放大器的作用是把测量电路送来的直流信号△U放大成足以驱动可逆电机转动的交流信号，并且当直流信号△U的极性改变时，输出交流信号的相位也随之改变，从而能带动可逆电机正反转动，使测量系统达到自动平衡。

③可逆电机：其作用前文已述及。

④仪表的走纸机构：静力触探自动记录仪除了要把被测信号显示出来外，还必须将信号随深度变化的情况记录在纸带上，才能及时准确地记录出地层各位置的阻力值。为此，记录仪用一对自整角机取代了原电位差计走纸系统中的同步电机。发讯角机和摩擦轮通过齿轮组联在一起，并安装在触探主机的底盘上，使摩擦轮紧贴触探杆。当触探杆下压时，摩擦轮便随着转动，带动发讯机的转子旋转。接收机固定在仪器内，并和走纸机构的齿轮组相联接，当发讯机旋转时它也跟随旋转，带动记录纸按1:100（或其它）比例移动，这样就把触探深度记录下来了。

（3）优缺点：自动记录仪与应变仪相比，灵敏度不如应变仪，它的量程小。但是，自动记录仪有深度控制装置，可以连续自动地记录土层的贯入阻力曲线，提高了野外工作效率和质量，因而目前使用最广。

3.数字式测力仪

数字式测力仪是一种精密的测试仪表。这种仪器能显示多位数，具有体积小、重量轻、精度高、稳定可靠、使用方便、能直读贯入总阻力和计算贯入指标简单等优点，是轻便链式十字板－静力触探两用机的配套量测仪表，国内已有多家生产。这种仪器的缺点是间隔读数，手工记录。

4.微机在静探中的应用

以上介绍的量测记录仪表的功能均不够完善，有的只能人工间隔读数，不能画图；有的只能画图，不能显示打印数据。这些仪器虽还能满足一般生产的需要，但资料整理时工作量大，效率低。用微型计算机采集和处理数据已在静力触探测试中得到了广泛应用。如上海地质仪器厂和长春地质学院共同研制成功的GCJW-1型静力触探微机实时处理系统，全部操作采用汉字人机对话方式，便于一般人员掌握和操作。触探时，可同时绘制锥尖阻力与深度关系曲线、侧壁摩阻力与深度关系曲线；终孔时，可自动绘制摩阻比与深度关系曲线。通过人机对话能进行分层，并自动绘制出分层柱状图，打印出各层层号、层面高程、层厚、标高以及触探参数值。该系统在工作参数选择、参数处理、公式选择及汉字绘制表头、图表等方面都比较灵活新颖，可与多种静力触探机配套使用。又如中国地质大学从荷兰引进的孔压触探仪，同时可测4个参数，即锥尖阻力、侧壁摩擦力、孔隙水压力及孔斜，可同时绘制各种曲线，进行数字显示、磁带记录和打印。其数据采集和处理完全由微机完成（见图2—26）。

（四）贯入系统

静力触探贯入系统由触探主机（贯入装置）和反力装置两大部分组成。触探主机的作用是将底端装有探头的探杆一根一根地压入土中。触探主机按其贯入方式不同，可以分为间歇贯入式和连续贯入式；按其传动方式的不同，可分为机械式和液压式（见图2—27）；按其装配方式不同可分为车装式、拖斗式和落地式等。

反力装置的作用是平衡贯入阻力对贯入装置的反作用。从设备角度来说，静力触探贯入深度的大小主要取决于三方面因素：①贯入设备能力的大小；②触探头截面的大小及其与探杆的配合；③反力大小。反力不够，整个贯入设备的能力就得不到充分发挥，可见反力装置是很重要的。反力的取得，一般有下地锚和利用汽车自重两种。现在的触探车都综合利用这两种方法，效果良好。拧锚机有液压、电动、手摇三种类型。

有关地锚锚片，目前多趋向单翼片式的，这样的地锚对土的扰动较小，下锚也容易些。叶片直径有φ200、φ250、φ300及φ400mm等几种，应根据所需反力大小和土层软硬选用不同直径的地锚。下锚深度为1.0—1.5m左右。在一般地层中每个锚可提供10—20kN的反力。一般下锚2—4个，多则6—8个。

当估算地锚反力不能满足触探深度要求，而采用增加地锚数量或改用其它反力方案又有困难时，可考虑在探杆上加设减摩器。减摩器外径要较探杆大，加在离探头摩擦筒上方1m靠外处。它可削弱土对探杆的摩阻力，达到在同样设备条件下增大触探深度的效果。

（五）探杆

它也有一定的规格和要求，探杆应有足够的强度，应采用高强度无缝管材，其屈服强度不宜小于600MPa。探杆与接头的连接要有良好的互换性。用锥形螺纹连接的探杆，连接后不得有晃动现象；用圆柱形螺纹连接的探杆，丝扣之间、肩应能拧紧密贴。探杆应平直，不得有裂纹和损伤。每根探杆的长度一般为1m，其直径应和探头直径相同；但单用探头探杆直径应比探头直径小。

（六）电缆

电缆的作用是连接探头和量测记录仪表。由于探头功能不同，相应电缆的蕊数也不同，最少的为配单桥探头的四蕊电缆，多则几十蕊，各蕊之间应互相屏蔽，在输出讯号时不能互相干扰。电缆应有良好的防水性和绝缘性，接头处应密封。其直径应比探杆内径小，以便能将其顺利穿过探杆，连接探头和仪表。

图2—26　孔压触探数据采集系统

图2—27　常用触探主机类型

1—油缸；2—活塞杆；3—支架；4—探杆；5—底座；6—高压油管；7—垫木；8—防尘罩；9—探头；10—丝杆；11—螺母；12—变速箱；13—导向器；14—电动机；15—电缆线；16—摇把；17—链轮；18—齿轮皮带轮；19—加压链条；20—长轴销；21—山形压板；22—垫压块

静力触探与动力触探

一、相同点：

下陷观测是归属于测量学的范畴，都归属于静力或动力触探。

静力触探是指利用压力装置将有触分析仪的触探杆压入试验土层，通过量测系统测土的贯入阻力，可确认土的某些基本物理力学特性。

动力触探是利用一定质量的重锤，将与探杆相连接的标准规格的分析仪打地里中，根据分析仪贯地里中一定深度所必须的锤击数，辨别土的力学特性。

二、不同点：

1、试验频率：

动力触探试验频率：控制在 15～30 击/min。 静载压板试验的频率：试桩数量为单位工程桩数的3%，不得少于3根，总桩数不足50的，不少于两根。

2、锤重：

轻型动力触探锤重10kg，计每贯入30cm锤击数。落距500mm，探头直径40mm，锥角60度。重型动力触探锤重63.5kg，计每贯入10cm锤击数，落距760mm，探头直径74mm，锥角60度。

3、计算公式：

多组统计资料得要计算公式为轻型：qpa=29.29n-132.9，重型qpa=160n。

扩展资料：

原位测试：在岩土层原来所处的位置，基本保持的天然结构,天然含水量以及天然应力状态下，测定岩土的工程力学性质指标。

原位测试包括静力触探、动力触探、标准贯入试验、十字板剪切、旁压试验、静载试验、扁板侧胀试验、应力铲试验、现场直剪试验、岩体应力试验、岩土波速测试等。 用载荷试验确定地基承载力时，承压板面积不宜小于0.5平米 。承载力基本值的选用，应根据压力和沉降、沉降与时间关系曲线的特征，结合地区经验取值。

静力触探测试法的基本原理

一、静力触探机理

静力触探自问世以来，仪器几经更新换代，触探机理研究也很活跃。如：1974年和1978年召开了二届欧洲触探会议(ESOFT)；1988年又召开了第一届国际触探会议(ISOPT)。同时，历届国际土力学与基础工程会议、国际工程地质大会，以及近年来的国际地质大会的论文集中，都有原位测试及触探机理的研究文章；20世纪80年代以来，国内也有不少单位进行了这方面的工作，如：同济大学、铁道部科学研究院、第四勘测设计院、长沙铁道学院、原长春地质学院[2]、中国地质大学[3]及武汉水利水电大学等，都进行了大量的研究工作，发表了论文，出版了专著或教材。

静力触探机理的试验和理论研究，对其测试方法和成果应用，都有直接的关系。因此触探机理研究是很有意义的。但由于土的性质的不确定性和复杂性，以及触探时产生的土层大变形等，都对机理研究带来很大困难。因此，到目前为止，触探机理的理论研究成果远不尽人意，仍然处于探索阶段中。目前，大部分已知的理论都是在饱和粘土中、且于不排水贯入条件下或在纯砂中排水贯入条件下得到的。这些理论可归并成以下几类：①承载力理论；⑦孔穴扩张法；③应变路径法；④其他方法。下面将简单分析和评价这些方法。

1.承载力理论

由于CPT类似于桩的作用过程，很早就有人尝试借用深基础极限承载力的理论，来求解CPT的端阻qc，这就是所谓的承载力理论(bearing capacitytheory)，简称BCT。该法把土体作为刚塑性材料，根据边界受力条件给出滑移线场，或根据试验或经验假定滑动面，用应力特征线法或按极限平衡法求出极限承载力。BCT得到的qc一般可以表达为：

土体原位测试与工程勘察

式中：Cu为土的不排水抗剪强度；

为上覆压力；它和土层深度有关：

=γh；Nc，Nq为量纲为一的承载力系数，依赖于滑动(面)的选择。

BCT承载力理论(Bearing capacitytheories)思路的发展是从平面应变、修正平面应变到轴对称承载力理论。

对该方法可做如下的评价：

(1)BCT和稳定贯入有差别，前者是用于极限破坏状态的理论；后者是破坏已发生的过程。

(2)滑移线法、极限平衡法都是应力静定的。求qc时没有直接考虑塑性区内的变形，也就不能考虑压缩性、剪胀和压碎效应。两者考虑的都是静态加载，并且没有涉及贯入所产生的高的垂直和水平应力。

(3)只有在整体剪切破坏的土体中，才能出现完整的破坏面，才能用滑移线法或极限平衡法求解。对于大多数深贯入，土体破坏都包含局部剪切和压缩，难以观察到明显的滑动面。研究者往往采用β等参数来描述这种非完整滑动面，以进行修正。

(4)据刚塑性滑移线法，在塑性破坏之前，土作为刚体无变形，当受力加到极限时，滑移线场内整体塑性流动。显然，这与实际不符，土本构关系的刚塑性简化会带来误差，但若要考虑弹性变形和应变硬化、软化效应的关系，将引起数学上的极大困难，就失去了滑移线法的简捷性了。

(5)可以根据流动法则求出塑性区内土的速率场，并能考虑体积变化的情况复杂。也无人做过，原因是兴趣在于qc，而问题是应力静定的。

(6)BCT不能求解出孔压。

2.孔穴扩张法

孔穴扩张法(cavities expansionmethods，简称CEM)是源于弹性理论中无限均质各向同性弹性体中圆柱形(或球形孔穴)受均布压力作用问题而形成的观点。该理论最初用于金属压力加工分析，随后引入土力学中，用柱状孔穴扩张来解释夯压试验机理和沉桩；用球形孔穴扩张来估算桩基础的承载力和沉桩对周围土体的影响。CEM在土力学中已有较深入的应用。

图3-2 圆孔的扩张

柱(球)穴在均布内压P作用下的扩张情况，如图3-2所示。当P增加时，孔周区域将由弹性状态进入塑性状态。塑性区随P值的增加而不断扩大。设孔穴初始半径为Rf，扩张后的半径为Ru及塑性区最大半径为Rp，相应的孔内压力最终值为Pu，在半径Rp以外的土体仍保持弹性状态。CEM类似于弹塑性力学问题的一般提法，即：列出三组基本方程(平衡微分方程、几何方程及土本构关系)，配以破坏准则及边界条件求解。各研究者获得的解之间的差别主要在于问题所涉及的变形程度和本构关系的选择上。本构关系(含塑性阶段流动法则)的选择是CEM的关键，随土力学理论及计算方法的发展，从简单到考虑土的许多复杂性质，主要有多个模型。

CEM的主要优点在于：采用柱穴扩张或球穴扩张，把探头贯入的三维问题简化模拟成平面应变和球对称问题；应力、应变和位移仅是径向坐标变量r的函数，边界条件极简单，采用数值方法可以纳入各种土本构模型，并可以考虑土的许多复杂性质。它在得到孔压和考虑在高压缩性土中贯入时，明显比BCT具有优势。可以看出，CEM的思路源于把探头贯入看作是锥面的连续扩张，并近似用柱面或球面扩张来替代，大大简化了边界条件。

CEM的主要缺点在于：①很明显，在固定位置的孔穴扩张不能模拟垂直向贯入的以下两个重要特征：a.土体变形与垂向坐标有关。特别是柱扩不能模拟此点，它得到的位移都在水平面内，而球扩也不能说明位移反向的情况。b.稳定贯入的连续性。因为CEM描述的总是在一个固定位置的扩孔。因此，甚至在最简单的均质各向同性土中，CEM也不能正确模拟贯入时土中各单元的变形过程(应变路径)。②目前的CEM方法，没有考虑到贯入速率的影响，尽管它对Δu(超孔压)和qc的影响是存在的。

3.应变路径法

应变路径法(strain pathmethods，简称SPM)是由Baligh领导的小组经过10多年的研究，于1985年正式提出的。SPM旨在为合理解释和预估桩的贯入、静力触探、取土器取土等深层岩土工程问题(相对浅基而言)提供一套集成化、系统化的分析方法。

(1)SPM的基本思想

通过观察探头在饱和软粘土中的不排水贯入，Baligh(1975年)假设，由于深贯入过程中存在严格的运动限制(上覆压力大，探头周围土体在高应力水平下深度重塑、强制性流动及不排水条件下土体不可压缩等)，探头周围土体的应变受土的抗剪性质影响很小，于是，Baligh称该类问题是由应变控制的(strain controlled)。后来的理论和试验也证实了这一假设。

因此，用相对简单的土性(如各向同性)来估算贯入引起的变形和应变差，在预期合理的范围内。再利用估算的应变，采用符合实际情形的本构模型条件，就可以计算出近似的应力和孔压。

对于轴对称探头在饱和粘性土中的准静力贯入，忽略粘性、惯性效应，可将这类由不排水剪切造成的塑性破坏，看作是定向流动问题，即视探头为静止不动，土颗粒沿探头周围分布的流线向探头贯入的反方向流动，不同流线上每个单元的变形、应变、应力和孔压可用一些步骤求出。

(2)SPM对贯入问题的模拟

SPM对稳定贯入问题的模拟的关键在于正确预估应变场。目前，都是将土体视为无粘性不可压缩流体，通过求解土颗粒绕流探头来估计应变场。这可分两种情况，即：探头以速度为u(一般2cm/s)在静止流体中运动；或速度为u的无穷远均匀束流零攻角绕流静止探头。

解决流体对轴对称体的绕流，有两种方法，即：Bankine法和保角映射法。该方法的评价如下：

其优点为：SPM法的优点主要在于首次比较真实地考虑并模拟到了垂向贯入的特征，克服了CEM的两个主要缺点。根据基本假设，用锥体绕流的方法获得应变场，避开了复杂的边界条件，和在复杂应力路径下结合本构关系计算的困难。而SPM法的主要缺点在于其基本假设的适用性上。Clark和Meverhof(1972年)及steenfellt(1981年)现场观测到沉桩对周围土的径向位移场影响范围分别是4倍和8倍桩径。一些研究者得到的Δu影响范围为4～25倍桩径。因此，贯入产生的应变依赖于土性。而目前SPM法实际把其基本假设更推进一步，将贯入时土中的流场，同无粘性不可压缩流体绕流锥体的流场等同起来。众所周知，无粘性流不能抵抗任何剪力(无论多么小)，而且土的粘性一般比水大8～16个数量级。所以，用无粘性不可压缩无旋流体绕流锥体来模拟深贯入产生的流场，只有对于完全饱和的软粘土才可能有效(指一级近似)。对于OCR(超固结化)＞4的硬粘土，贯入时容易产生不连续滑动面，仍用连续的流体运动来模拟就不适合了。若要考虑到粘性和可压缩性及桩-土界面的摩擦，流动方程的解就很困难。

虽有上述困难，SPM法在构思上还是很巧妙的，它把应变场和应力场分开计算，为解决深贯入问题开辟了一条新途径，故很有发展前景。运用它已得到了不少有用成果，如在估算qc的承载力系数和估算Δu，这方面可参考Baligh的文章。

二、静力触探探头的工作原理

1.探头——地层阻力传感器

静力触探探头亦称地层阻力传感器，它是量测地基土贯入阻力的关键部件。是贯入过程中直接感受土的阻力，将其转变成电信号，然后再由仪表显示出来的元件。为实现这一过程，可采用不同型号的传感器，其中电阻应变式传感器最为常用。电阻应变式传感器应用了虎克定律、电阻定律和电桥原理制成。

2.静力触探测试地的机电原理

(1)P→e转换 探头(图3-3)被压入土中，受地层阻力作用要引起装在探头内部的空心柱(变形柱4)的变形；如将空心桩视为一个杆件，则其阻力与变形的关系，可用虎克定律表达为：

土体原位测试与工程勘察

或

σ=Eε (3-3)

式中：E是材料的弹性模量；F是空心柱的截面积；P为探头所受的压入阻力；ε为在压力P下空心柱产生的应变；L为空心柱有效变形长度。对于给定探头，两者均已给定。因此，只要测得应变ε就可以求得应力σ的大小，进而也就知道受力P的大小了。

(2)ε→ΔR 转换为了测得 ε，在空心桩的外周贴上一个阻值为 R 的电阻应变片(图3-4)。空心桩受拉力而产生变形，电阻丝也随之变长。根据电阻定律的公式知：

土体原位测试与工程勘察

式中：L为电阻丝的长度；ρ为电阻丝的电阻率。由于空心桩受力产生ΔL的变化，那么相应电阻R值也将引起ΔR的变化，其关系可表达成：

土体原位测试与工程勘察

式中：K为电阻应变片的灵敏系数。

图3-3 单桥探头结构示意图

图3-4 应变与电阻变化的转换

(3)ΔR→ΔU转换 公式(3-5)表明：已实现了由非电量ε 到电量ΔR 的转换。但是钢材在弹性范围内的变形很小，因而引起的电阻变化ΔR值也是很小的。利用微小的电阻变化去精确计量力的变化很困难，故转而需要利用电桥原理，在空心桩上贴上一组应变片，再经放大器放大，来实现微电压的测量。

下面分析一下电桥原理：电桥线路如图3-5所示。电桥电压为U，R2上的电压降为UBC。在ABC或ADC回路中，电阻R1、R2串联，电流为I1，由欧姆定律可知：

土体原位测试与工程勘察

因此，BC电位差为：

土体原位测试与工程勘察

同理，在ADC回路上，DC的电位差UDC：

土体原位测试与工程勘察

电桥的输出电压ΔU为UBC与UDC之差，即：

土体原位测试与工程勘察

图3-5 电桥原理

显然，为了使电桥平衡，即输出电压为零(检流计无电流)，应有：

R2·R4-R1·R3=0； 或 R1·R3=R2·R4 (3-7)

式(3-7)即为电桥平衡条件。

下面进一步分析输出电压ΔU与电阻变化ΔR，进而与变形ε之间的关系。

分析的对象是等桥臂全桥测量电路，每臂一片，即R1=R2=R3=R4。显然，不受力时，满足电桥平衡条件。四片的贴法如图3-6所示，即：R2和R4顺着空心柱轴线方向贴，使之有正的变化；R1和R3横着空心柱贴，使之有负的变化，四片互为补偿。这样组成的电桥，经推导得知，其输出ΔU的表达式为：

土体原位测试与工程勘察

很显然，式中Kε(1-μ)是非线性项，就是说上式中ΔU并不与ε成正比。对于阻值不大的常规应变片，由于K值较小(2左右)，即使应变较大，Kε(1-μ)项也是很小的，故可将其略去，这样式(3-8)就变成为：

土体原位测试与工程勘察

对于两片受拉、两片不受力的全桥测量电路，不难证明其输出电压ΔU与应变ε的关系为：

土体原位测试与工程勘察

分析以上两式，可看出：在K、ε和U都相同的条件下，仅由于应变片贴法不同，前者输出电压是后者的(1-μ)倍。为获得较大的输出，目前静探头里的应变片都采用前一种贴法。

由式(3-9)或式(3-10)可知，电桥输出电压ΔU与应变片灵敏系数K，应变量ε及供桥电压U成正比。对一定的传感器，组桥方式已经确定，K、ε都是常数，在选定工作电压U的情况下，ΔU只随空心柱应变ε的大小而变化。再联系到式(3-2)，容易看出，由于E、F也已确定，输出电压ΔU就只随空心柱受力P的大小而变化了。

综上所述，静力触探通过地层阻力→空心柱变形→电阻变化→电压变化→施入电子记录仪表等一系列转换，可实现测定土的强度等目的。

3.探头的结构类型

探头是静力触探仪测量贯入阻力的关键部件，有严格的规格与质量要求。一般分圆锥形的端部和其后的圆柱形摩擦筒两部分。目前国内、外使用的探头可分为三种形式：

(1)单用(桥)探头：是我国特有的一种探头型式，只能测量一个参数，即比贯入阻力ps，分辨率(精度)较低，见图3-3和图3-8。

(2)双用(桥)探头：它是一种将锥头与摩擦筒分开，可以同时测量锥头阻力qc和侧壁摩阻力fs两个参数的探头，分辨率较高，见图3-7和见图3-8。

图3-6 四壁工作的全桥电路

图3-7 双桥探头示意图

图3-8 静力触探探头类型

(3)多用(孔压)探头：它一般是将双用探头再安装：一种可测触探时所产生的超孔隙水压力装置——透水滤器和一种测量孔隙水压力的传感器。分辨率最高，在地下水位较浅地区应优先采用。

探头的锥头顶角一般为60°，底面积为10cm2，也有15cm2或者20cm2。锥头底面积越大，锥头所能承受的抗压强度越高；探头不易受损；且有更多的空间安装其他传感器，如：测孔斜、温度和密度的传感器。在同一测试工程中，宜使用统一规格的探头，以便比较。建标(CECS 04：88)《静力触探技术标准》中的有关规定，见表3-1和表3-2所列。

图3-9展示的是一组实物探头，有10cm2单双桥探头、15cm2单双桥探头和50×100mm2电测十字板头传感器(Probe andVane Sensor)。

表3-1 单桥和双桥探头的规格

表3-2 常用探头规格

4.有关探头设计的问题

对此问题扼要说明几点：

(1)探头空心柱与其顶柱应有良好接触，采用顶柱接触最好，可使传感器受力均匀，也容易加工。

(2)加工空心柱(弹性元件)的钢材应具有强度高、弹性好、性能稳定、热膨胀系数小及耐腐蚀等特征。国内一般选用60 Si2Mn(弹簧钢)和40 CrMn钢制作空心柱。其他部件可采用40 Cr或45号钢，需作好热处理。

(3)由式(3-2)可知，空心柱应变量的大小和地层阻力及空心柱环形截面积有关。在相同地层阻力的情况下，应变量越大(也就是越灵敏)，它能承受的最大荷载也就会愈小。要兼顾这两者，如前所述，可以选择好的钢材。但这还不够，为适应不同地区、不同软硬土层贯入的需要，目前厂家一般均生产几种不同额定荷载(当空心柱材料一定时，就相当于不同截面积)的探头选用。一般在软土地区可选用额定荷载小一些的比较灵敏的探头；反之，则选用额定荷载大一些的探头。

图3-9 实物探头照片

(4)铁道部《静力触探技术规则(TBJ37-93》规定：探头规格、各部加工公差和更新标准应符合该规则的要求。

(5)探头的绝缘性能，应符合下列规定；探头出厂时的绝缘电阻应大于500MΩ，并且在500kPa水压下恒压2h后，其绝缘电阻仍不小于500MΩ。用于现场测试的探头，其绝缘电阻不得小于20MΩ。

(6)对于各种探头，自锥底起算，在1000mm长度范围内，任何与其连接的杆件直径不得大于探头直径；为降低探杆与土的摩擦阻力而需加设减摩阻器时，亦只能在此规定范围以上的位置设置。

(7)探头贮存应配备防潮、防震的专用探头箱(盒)，并存放于干燥、阴凉的处所。

5.电阻应变片及粘合剂

图3-10 箔式电阻应变片

目前普遍用箔式电阻应变片(图3-10)制作传感器，这种片子具有放热性好、允许通过电流较大(因而可使用较大的输入电压。从而得到较大的输出电压)、疲劳寿命长、柔性好、蠕变性小等优点。丝式胶基电阻应变片也可采用，但半导体应变片用的很少，因它存在非线性大、温度稳定性差等严重缺点，不能满足对传感路的有关质量要求。

用电阻应变仪量测时，可选用120Ω的片子。利用自动记录仪时，可选用240Ω或360Ω的片子。四片阻值尽量相等，差值最大不要越过0.1Ω，否则对电桥初始平衡不利。可使用直流单电桥等仪器来测量应变片阻值大小。

适合粘贴应变片的粘合剂的种类繁多。目前使用酚醛类粘合剂1720胶较普遍；聚酰亚胺粘合剂也在使用。选用粘合剂应注意使其与应变片胶基相一致。

有关具体贴片工艺这里就不介绍了，因为目的国内已有多种规格型号的商品化传感器由工厂生产出来，供广大工程技术人员选用，其质量一般较好，价格也不贵，除特殊情况外，已不必由使用者去制作它了。

6.温度(t)对传感器的影响及补偿方法

传感器在不受力的情况下，当温度变化时，应变片中电阻丝(亦称线栅)的限值也会发生变化。与此同时，由于线栅材料与空心柱材料的线膨胀系数不一样，使线栅受到附加拉伸或压缩，也会使应变片的阻值发生变化。综合起来，一个贴在空心柱上的应变片因温度(t)变化而引起阻值变化的关系可表达成：

土体原位测试与工程勘察

式中：αt为贴在空心柱上的应变片的电阻温度系数。联系到式(3-5)，应变片由于温度变化而产生的热输出εt为：

土体原位测试与工程勘察

这种热输出是和地层阻力无关的，因此必须设法消除才会使测试成果有意义。在静探技术中，通过采用以下两种办法，基本上可以把温度对传感器的影响，控制在测试精度允许之内。除此之外，温度自补偿应变片在有条件时也可积极使用。

(1)桥路补偿法 就是在制作传感器时精选四片为一批次、规格、阻值、灵敏系数的应变片，以相同的粘接剂和贴片工艺，贴在空心柱上，组成全桥四臂测量电路(四个工作片互为补偿，或两个工作片，两个补偿片)，使温度变化时，补偿片和工作片的(ΔR/R)相等，这就起到了温度补偿作用。

(2)温度校正方法 就是在野外操作时测初读数的变化，内业资料整理时，将其消除。

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