岩土工程勘察認識實習

2022-06-21 10:48:04 字數 4834 閱讀 5594

2.齒輪機械式靜力觸探。主要組成部件有變速馬達(功率2.

8~3kw)、傘形齒輪、絲杆、稻香滑塊、支架、底板、導向輪等。其結構簡單,加工方便,既可單獨落地組裝,也可裝在汽車上,但貫入力小,貫入深度有限。

3.全液壓傳動靜力觸探。分單缸和雙缸兩種。

主要組成部件有:油缸和固定油缸底座、油幫浦、分壓閥、高壓油管、壓桿器和導向輪等。目前在國內使用液壓靜力觸探儀比較普遍,一般最大貫入力可達200kn。

(二)反力裝置

靜力觸探的反力用三種形式解決:

1.利用地錨作反力。當地表有一層較硬的粘性土覆蓋層時,可以是使用2~4個或更多的地錨作反力,視所需反力大小而定。

錨的長度一般1.5m左右,葉片的直徑可分成多種,如25、30、35、40cm,以適應各種情況。

2.用重物作反力。如地表土為砂礫、碎石土等,地錨難以下入,此時只有採用壓重物來解決反力問題,即在觸探架上壓以足夠的重物,如鋼軌、鋼錠、生鐵塊等。

軟土地基貫入30m以內的深度,一般需壓重物40~50kn。

3.利用車輛自重作反力。將整個觸探裝置裝在載重汽車上,利用載重汽車的自重作反力。

貫入裝置裝在汽車上工作方便,工效比較高,但由於汽車底盤距地面過高,使鑽桿施力點距離地面的自由長度過大,當下部遇到硬層而使貫入阻力突然增大時易使鑽桿彎曲或折斷,應考慮降低施力點距地面的高度。

觸探鑽桿通常用外徑φ32~35mm、壁厚為5mm以上的高強度無縫鋼管製成,也可用φ42mm的無縫鋼管。為了使用方便,每根觸探杆的長度以1m為宜,鑽桿接頭宜採用平接,以減小壓入過程中鑽桿與土的摩擦力。

(三)探頭

1.探頭的工作原理

將探頭壓入土中時,由於土層的阻力,使探頭受到一定的壓力。土層的強度愈高,探頭所受到的壓力愈大。通過探頭內的阻力感測器(以下簡稱感測器),將土層的阻力轉換為電訊號,然後由儀表測量出來。

為了實現這個目的,需運用三個方面的原理,即材料彈性變形的虎克定律、電量變化的電阻率定律和電橋原理。

感測器受力後要產生變形。根據彈性力學原理,如應力不超過材料的彈性範圍,其應變的大小與土的阻力大小成正比,而與感測器截面積成反比。因此,只要能將感測器的應變大小測量出,即可知土阻力的大小,從而求得土的有關力學指標。

如果在感測器上貼上電阻應變片,當感測器受力變形時,應變片也隨之產生相應的應變從而引起應變片的電阻產生變化,根據電阻定律,應變片的阻值變化與電阻絲的長度變化成正比,與電阻絲的截面積變化成反比,這樣就能將感測器的變形轉化為電阻的變化。但由於感測器在彈性範圍內的變形很小,引起電阻的變化也很小,不易測量出來。為此,在感測器上貼一組電阻應變片,組成乙個電橋電路,使電阻的變化轉化為電壓的變化,通過放大,就可以測量出來。

因此,靜力觸探就是通過探頭感測器實現一系列量的轉換:土的強度—土的阻力—感測器的應變—電阻的變化—電壓的輸出,最後由電子儀器放大和記錄下來,達到測定土強度和其他指標的目的。

2.探頭的結構

目前國內用的探頭有三種(如圖4﹣5所示),一種是單橋探頭,另一種是雙橋探頭。此外還有能同時測量孔隙水壓的兩用(ps~u)或三用qc~u~fs)探頭,即在單橋或雙橋探頭的基礎上增加了能量側孔隙水壓力的功能。

(1)單橋探頭;單橋探頭由帶外套筒的錐頭、彈性元件(感測器)、頂柱和電阻應變片組成,錐底的截面積規格不一,常用的探頭型號及規格見表4﹣2,其中有效側壁長度為錐底直徑的1.6倍。

2、標準貫入試驗

標準貫入試驗是動力觸探的一種,它是利用一定的鎚擊動能(重型觸探錘重63.5kg,落距76cm),將一定規格的對開管式的貫入器打入鑽孔孔底的土中,根據打入土中的貫入阻力,判別土層的變化和土的工程性質。貫入阻力用貫入器貫入土中30cm的鎚擊數n表示(也稱為標準貫入鎚擊數n)。

標準貫入試驗要結合鑽孔進行,國內統一使用直徑42mm的鑽桿,國外也有使用直徑50mm的鑽桿或60mm的鑽桿。標準貫入試驗的優點在於裝置簡單,操作方便,土層的適應性廣,除砂土外對硬粘土及軟土巖也適用,而且貫入器能夠攜帶擾動土樣,可直接對土層進行鑑別描述。標準貫入試驗適用於砂土、粉土和一般粘性土。

一、試驗儀器裝置

標準貫入試驗裝置基本與重型動力觸探裝置相同,主要有標準貫入器、觸探杆、穿心錘、錘墊及自動落錘裝置等組成。所不同的是標準貫入使用的探頭為對開管式貫入器,對開管外徑51±lmm,內徑35±1mm,長度大於457mm,下端接長度為76±1mm、刃角18°~20°、刃口端部厚1.6mm的管靴;上端接一內外徑與對開管相同的鑽桿接頭,長152mm。

見圖4﹣10。

二、試驗要點

1.標準貫入試驗孔採用迴轉鑽進,並保持孔內水位略高於地下水位。當孔壁不穩定時,可用泥漿護壁。鑽至試驗標高以上15cm處,清除孔底殘土後再進行試驗。

2.採用自動脫鉤的自由落錘法進行鎚擊,並減小導向杆與錘間的摩阻力,避免鎚擊時其偏心和側向晃動,保持貫入器、探杆、導向杆連線後的垂直度,鎚擊速率應小於30擊/min。

3.貫入器打入土中15cm後,開始記錄每打入10cm的鎚擊數,累計打入30cm的鎚擊數為標準貫入試驗鎚擊數n。當鎚擊數已達50擊,而貫入深度未達30cm時,可記錄50擊的實際貫入深度,按下式換算成相當於30cm的標準貫入試驗鎚擊數n,並終止試驗。

4﹣31)

式中:——50擊時的貫入度,cm。

4.拔出貫入器,取出貫入器中的土樣進行鑑別描述。

3、 十字板剪下試驗

十字板剪下試驗是將插入軟土中的十字扳頭,以一定的速率旋轉,在土層中形成圓柱形的破壞面,測出土的抵抗力矩,從而換算其土的抗剪強度。十字板剪下試驗可用於原位測定飽和軟粘土(φb=0)的不排水抗剪強度和估算軟粘土的靈敏度。試驗深度一般不超過30m。

為測定軟粘土不排水抗剪強度隨深度的變化,十字板剪下試驗的布置,對均質土試驗點豎向間距可取1m,對非均質或夾薄層粉細砂的軟粘性土,宜先作靜力觸探,結合土層變化,選擇軟粘土進行試驗。

一、試驗儀器和裝置

目前我國使用的十字板有機械式和電測式兩種。機械十字板每作一次剪下試驗要清孔,費工費時,工效較低;電測十字板克服了機械式十字板的缺點,工效高,測試精度較高。

機械式十字板力的傳遞和計量均依靠機械的能力,需配備鑽孔裝置,成孔後下放十字板進行試驗。

電測式十字板是用感測器將土抗剪破壞時力矩大小轉變成電訊號,並用儀器量測出來,常用的為輕便式十字板、靜力觸探兩用,不用鑽孔裝置。試驗時直接將十字板頭以靜力壓入土層中,測試完後,再將十字板壓入下一層上繼續試驗,實現連續貫入,可比機械式十字板測試效率提高5倍以上。見圖4﹣12。

試驗儀器主要由下列四部分組成:

1.測力裝置。開口鋼環式測力裝置。

2.十字板頭。國內外多採用矩形十字板頭,徑高比為1:

2的標準型。板厚宜為2~3mm。常用的規格有50mm×100mm和75mm×l50mm兩種。

前者適用於稍硬粘性土。圖4﹣13為十字板頭。

3.軸杆。一般使用的軸杆直徑為20mm。

4.裝置。裝置主要有鑽機、秒錶及百分表等。

二、試驗要求及試驗要點

(一)試驗的—般要求為:

1.鑽孔要求平直,不彎曲,應配用φ33mm和φ42mm專用十字板試驗探杆。

2.鑽孔要求垂直。

3.鋼環最大允許力矩80kn·m。

4.鋼環半年率定一次或每項工程進行前率定。率定時應逐級加荷和卸荷,測記相應的鋼環變形。至少重複3次,以3次量表讀數的平均值(差值不超過0.005 mm)。

5.十字板板頭形狀宜為矩形,徑高比1:2,板厚宜為2~3mm。

6.十字板頭插入鑽孔底的深度不應小於鑽孔或套管直徑的3~5倍。

7. 十字板插入至試驗深度後,至少應靜止2~3min,方可開始試驗。

8.扭轉剪下速率宜採用(1度~2度)/10s,並應在測得峰值強度後繼續測記1min。

9.在峰值強度或穩定值測試完後,順扭轉方向連續轉動6圈後,測定重塑土的不排水抗剪強度。

10.對開口鋼環十字板剪下儀,應修正軸杆與土間的摩阻力的影響。

(二)試驗要點

這裡主要介紹機械式十字板剪力儀試驗要點,電測式十字板剪力儀試驗要點可參考以下內容及有關規範。

1.在試驗地點,用迴轉鑽機開孔(不宜用擊入法),下套管至預定試驗深度以上3~5倍套管直徑處。

2.用螺旋鑽或提土器清孔,在鑽孔內虛土不宜超過15cm。在軟土鑽進時,應在孔中保持足夠水位,以防止軟土在孔底湧起。

3.將板頭、軸杆、鑽桿逐節接好,並用牙鉗上緊.然後下入孔內至板頭與孔底接觸。

4.接上導桿,將底座穿過導桿固定在套管上,將制緊螺栓擰緊。將板頭徐徐壓至試驗深度,管鑽不小於75cm,螺旋鑽不小於50cm,若板頭壓至試驗深度遇到較硬夾層時,應穿過夾層再進行試驗。

5.套上傳動部件,用轉動搖手柄使特製鍵自由落入鍵槽,將指標對準任一整數刻,裝上百分表並調整到零。

6.試驗開始,開動秒錶,同時轉動手柄,以l0s一度的轉速轉動,每轉一度測記百分表讀數一次,當測記讀數出現峰值或讀數穩定後,再繼續測記1min,其峰值或穩定讀數即為原狀土剪下破壞時百分表最大讀數εy,(0.01mm)。

最大讀數一般在3~10min內出現。

7.逆時針方向轉動搖手柄,拔下特製鍵,導桿裝上搖把,順時針方向轉動6圈,使板頭周圍土完全擾動,然後插上特製鍵,按步驟(6)進行試驗,測記重塑土剪下破壞時百分表最大讀數εc(0.01mm)。

8.拔下特製鍵和支爪,上提導桿2~3cm,使離合齒脫離,再插上支爪和特製鍵,轉動手柄,測記土對軸杆摩擦時百分表穩定讀數εg,(0.01mm)。

9.試驗完畢,卸下傳動部件和底座,在導桿吊孔內插入吊鉤,逐節取出鑽桿和板頭,清洗板頭並檢查板頭螺絲是否鬆動,軸杆是否彎曲,若一切止常,便可按上述步驟繼續進行試驗。

4、扁鏟側脹試驗

扁鏟側脹試驗(簡稱扁脹試驗)是用靜力(有時也用鎚擊動力)把一扁鏟形探頭貫入土中,達到試驗深度後,利用氣壓使扁鏟側面的圓形鋼膜向外擴張進行試驗,測量膜片剛好與板麵齊平時的壓力和移動1.10mm時的壓力, 然後減少壓力,測的膜片剛好恢復到與板麵齊平時的壓力。這三個壓力,經過剛度校正和零點校正後,分別以po、p1、p2表示。

根據試驗成果可獲得土體的力學引數,它可以作為一種特殊的旁壓試驗。它的優點在於簡單、快速、重複性好和便宜。故在國外近年發展很快。

扁脹試驗適用於一般粘性土、粉土、中密以下砂土、黃土等,不適用於含碎石的土、風化巖等。

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