_世界各地标准贯入试验比较和共同问题

世界各地标准贯人试验比较和共同问题杨文卫,岳中琦(香港大学土木工程系中国香港)摘要:标准贯入试验是国内外广泛使用的原位测试技术之一本文在简单介绍该试验发展过程的基础上对比了世界各地所采用的规范标准和应用的异同深入地探讨了试验的测量手段结果分析方法及能量传递等问题指出了标准贯入试验的试验深度浏童能量传递测量分析锤击数与贯入深度浏量N值定义及度量方法贯入深度与N值及经验公式异地应用等一些共同存在的问题,提出了基于现代科学技术的解决途径和方法关镇词:标准贯入试验;规范;岩土工程;工程勘察;原位试验中圈分类号:TU4135文献标识码:AA加坛鱿t:Thestnadardpenetrationtest15awidelyusedinsitutestmethodfor501elsasifciationinthewodlrThispniefreviewonthedevelopmenthistoryofthetestandeomparesinedtalithesimliairteParpresetsabriesanddiefresatheteststnadardsandtheir即pilcatninsindilf池erntergionsnadeountriesThepaperfuecnmongrtherexaminestheequipmentsdataanlaysismethodsandenergytransmissionofthetestsonthebasisoftheexaminationsthepaPersummirazestheeommonissuesinthestandardizedtestmethodsandpointsoutthepossible即porachandmethodstosolvetheeommonissuesbyusingmodernhightcehnologiesK勺words:stnadardpenetrationtests(spT);standardizations;geotechnie公enginering;investigationandsurveying;insitutesting0前言验和成果在确定土的力学性质基础设计参数及判别砂土液化等方面得到广泛应用标准贯入试验StandardPenetartionTest(SPT)1是目前世界各地最广泛使用的土强度和特早期形成简介性的原位测试方法。该方法是以一质量为36skg根据作者所查到的公开文献川ch的锤沿导杆自由下落760mm通过钻杆将一标RGow于1902年在钻孔过程中运用254mm直elras径准规格的对开式贯人器在钻孔底部击人土体的贯人器进行取土样试验使土样得到有效保护54Omm并记下相应的锤击数一般假设开始贯其方法是采用一个949kg的锤连续敲击一个人的510mm为排除钻头在孔底部的扰动影响后524mm外径的空心开口管使得该空心管在土层贯人的3O0mm为贯人器在未扰动的土体中的贯人不被冲洗的情况下贯人土体当管内空腔充满土样深度记录后30mm贯入深度的锤击数为标贯击时停止锤击并取出土样在9130年初HraryM。数(N值)一般根据此N值来判断土体的强度hr川将这一取土方法进行了标准化,方法包括以下土层变化及其工程性质同时对开式贯人器可从几个方面内容:钻孔底部土体获取一个扰动土样可直接对土样进(l)对开式贯人器外径508mm所取土样直行鉴别描述及土工试验径为34gmm;由于土层种类性质及状态等的差异贯人同(2)铁锤质量63skg锤落距762mm;样深度土层所需锤击数可能不相同因而可根据()3试验结果为贯人器打人土中475mm所需N值的多少来评价钻孔底部测试土体的工程强度和性质该方法具有设备简单易于操作成本低收稿日期:2079019;修订日期:2071180廉土层适用范围广并可同时获取扰动土样的特作者简介:杨文卫(1970一)男(汉族)浙江绍兴人点在世界各地得到了广博士泛应用积累了丰富的经高级工程师208年第1期工程勘察G翻细日价如1InveS晚扣才初.遥翻烈即吨5的锤击数随后试验结果改为贯人器打人土中下各地规范在锤质量落距预击贯人深度以及部305mm所需的锤击数试验贯人深度这四个参数上是完全一致的这是标Terzaghi与cerk[,]于一945年给出了经过一系准贯人试验最基本的要素也是该试验能够在世界列试验后得出的N值与土的一些工程性质的关系各地通用的基础但不同规范之间也存在一定的差aJmesDPasrnos[’〕在1954年提出将试验的锤击数异主要体现为以下六个方面]’[:记录分为三个巧omm贯入度的组合(l)锤质量与落锤高度的公差范围;在20世纪50年代试验的操作过程和取样器()2钻孔直径的上下限;尺寸与现今所用标准已相差不多,此项试验逐渐作(3)钻孔的方式孔内液体的类型以及液面所为标准贯人试验开始被人们接受并在岩土工程实需高度;践中应用(4)贯人器头部的排水孔尺寸的不同以及是否现在标准贯入试验已成为工程勘察中常用的用球阀;原位测试方法许多国家和地区已建立了相应的测(5)是否允许应用06。角的锥头;试规范例如我国早在1974年已将标贯试验编人(6)试验结果整理以及试验终止条件规范来判别砂土液化问题]s[22国标港标英标及关标的对比2各地标贯规范对比表2更深人地比较了国标港标英标及美标这四个规范在设备试验过程及结果整理等方21世界各地标贯规范的对比面存在以下主要区别:表1所示为72个国家或地区所实行的标贯试首先设备方面有三点不同:验规范可以看到美国规范(美标)共有1个(l)落锤:各规范的锤质量及落距均相同但国家采用英国标准(英标)共4个国家和地区使在尺寸方面没有给出具体规定;在落锤方式上国用另有9个国家使用自己的规范标和港标规定须采用自动脱钩英标和美标没有此一些国家/地区所采用的标准贯入试验标准表1项规定这使得各地区的锤具在尺寸起吊方式国家l地区采用自己的标准采用其它国家的标准落锤方式导杆锤垫和锤击时间距等方式均会有阿根廷ASTMD158684澳大利亚SAATest(1971)相当的差异从而在锤击和贯人土体效果上可造成巴西NBR64841980一定差异;加拿大CSAA11911966(2)钻杆管径:国标与英标相近分别采用24中国GBS《M】212()X1捷克斯洛伐克(438CSN731821)mm或50(541)mm两种管径;美国采用埃及ASTMD158684BS1377142mm管径;港标采用64mm管径钻杆最粗;希腊EarthManula(USBR1963)()3贯人器:港标及英标的对开管尺寸基本相香港璐137:19哭】初th训劝肠翅i闭印度15:2131标稍长;1963同国标和美标在长度上比港标和英美国以色列ASTMD158684的对开管管壁最厚;国标的管靴尺寸与美标相近;伊拉克ASTMD158684港标的管靴尺寸与英国相同意大利ASTMD158684日本JIS12191976其次在试验过程及结果整理方面有两点区墨西哥ASTMD158684别:尼日利亚BS1377:1975(l)锤数记录的贯人深度:港标及英标规定每娜威TeZrgahi&peck(1948)的贯人波兰Senote(l)57mm深度纪录锤击数一次国标为葡萄牙Senote(l)010mm记录一次而美标则深度更大为巧Omm沙特阿拉伯ASTMD158684一次;南非ASTMD158684不足3O0mm时的试验:西班牙TeaZ’rgih&1948)()2贯人深度终止条件瑞士ASTMDPcek(158684国标与英标均规定若锤击数已达05而贯人深度达土耳其TS19()X1975到30mm时可终止试验美标规定最大锤击数为英国BS1377:19901美国0或在75mm贯人深度内止ASTMD锤击数达50则可终158648高委内瑞拉}AsTMD158684试验港标的要求最规定为最大锤击数为20注:(l)认为存在标准但未指明;2()本表源自文献闭与文或在75mm贯人深度内锤击数达10方可终止试献阁并加人中国标准验6工程勘察G翻.以如‘翻l肠附确产拍用遗uSVr即吨208年第1期标贯试脸在中国大陆香港英国及美国之比较衰2国家或地区中国大陆}香港)英国美国岩土工程勘察规范Gnidetoe规范InveB或标准SitstiionSI(1990)Patr9ASTMGBS()X2120)(l[6〕GEOGUIDEZ[7tag〕In-tisuttses[8]D15869(91锤质量(kg)635365365635落锤落距(mm)760760754一彻1537760方式自动脱钩自动脱钩长度(mm)>5《洲)457457一7贯人器的26m)5l5050对开管外径(m8内径(mm)3535381长度(mm)767625~50钻一管杆靴一刃口角度()o18~2016~23刃口单刃厚(mm)251616254直径(mm)42或50665438或541412预击贯人度(mm)150150巧0150试验贯人度(mm)3o3o3o3o贯人阻力记录间隔(mm)1o75150记录及其它其他终止试验条件锤击数已达50而贯锤击数已达2()X而贯人当锤击数已达50而当锤击数已达10而入度未达30mm度未达30mm时或在贯人度未达30mm贯人度未达30mm时57m二贯人度内锤击数或在75mm贯人度内达到10锤击数达到50以上比较了各个国家和地区之间标贯设备和测Gbis和Hlozt[1在1957年做了一系列试验量方法存在的差异同时值得注意的是一个国家得到一组关于N值相对密度和有效上覆土压力或地区范围内所用的锤具钻杆贯人器以及钻的关系曲线结果表明N值随相对密度或上覆土孔设备也会有一定差异例如在美国就有穿心压力的增加而增加表4列出了几组N值与相对锤针式锤安全锤及自动锤等类型0l[〕。另外密度的关系式由于土层随深度的变化同一钻孔直径从浅部至深N值与砂土密实程度的关系衰3部可能有从大到小的变化以上种种不同均可在一密实程度相对密度N值定程度上造成标贯试验结果的差异国内‘6川国外[2〕D国内[6”〕国外[2〕3标贯试验的应用松散极松0~02<1000~44、10031土的松散性质310~15510、300311判定砂土密实状态稍密中密密02~03033~06715~30如表3中密所示砂土的密实度与标贯击数有直接密实密实实076.10》3030~500关系因此标贯试验可方便地在现场判定砂土的极密>50密实状态N值与砂土相对密度D的关系衰4来源关系式备注文献[’3〕,二(17十、命)D,根据文献[’2〕成果整理了为有效上夜土压力(kPa)文献[‘4]N印当035<刀<055及sokP。<。<25okP。时参数a与吞为常数,二a十口口,L亨对超固结土参数b需要修正文献〔’5〕。二万业兰丛二丛丝(擎”,”,。~为最大孔隙比L、飞,\\口IJe~为最小孔隙比文献[’6〕探二485。(D卜220d,)x104d”为平均粒径(mm)208年第1期工程勘察G印如d.如l肠附心动俪邃uSr.勺吨7312判定粘性土状态及无侧限抗压强度erzaghi和peck[,」提出表5所示的(l)TI短边边长;FFZF3F4方值5的系数(表7)与粘性土状态及无侧限抗压强度q的关系粘性土无侧限抗压强度与N<动落锤的表k(N表7中N:值可由下式转换为四个与N值有关值为人工松绳落锤自N12值的关系[。N灯二074+112N自动6)(值24}稠度状态极软{无侧限抗压强度<)aP25~}凡lF川地甚承载力估算中的F系数【,凡f表7N70124815>~~软中等硬很硬坚硬25501050l0)(SI伽25伽30.2一00~815一00540·204000860~3020>~03031212304()X‘,注:I指地基承载力采用国际单位sFPs指地基承载力采用英(2):式如下〔J对长江《港口工程地质勘察规范》中下制单位游粘性土归纳出N值与无侧限抗压强度q的关系:-)7(我国《建筑地基基础设计规范》(GB5002)002[川中的用N值确定砂土与粘性土承载力的一般粘性土q。二4N1l)(2)(经验关系在表8和表9中给出砂土地基承载力t,‘老堆积土3:二15N](kPa)l5裹830500估算砂土的有效内摩擦角974年提出下列用N值来估算砂土有ecPk于1:效内摩擦角衬的公式[jsl甲13飞尸奥中粗砂粉l0018001402503402500’5o34D二53881一276034e。,‘7N43)(N细砂1800314判定土的变形参数6粘性土地基承载力勺J值31055145l774300表,llll33255表N列出一些国内外关于土变形参数和模量与7190l9923552l6o值的关系式来源文献I,gkP介(a)N28023变形模t与土层类型JN值的关系关系式式E二二表‘fN一值a巧3700k(kP)5150680砂砾及砂砂12(N++6)6<15515322基础沉降uranE0412E(N二)N>Bld与s,6]Bubidge〔提出一个用N值估算基7)(纵刘轴对称荷载下的砂砾文献仁砾15N+础沉降的经验公式如下15):文献〔j2饱和砂部分饱和砂砾砾饱和残积土〕E二5(N222=。“,,文献〔j32文献〔342文献[16EE二二砂K88.豁(。B一印粤J。277KN二07一09式中:s为基础最终沉降;为基础宽度;N。为粘性土粉性土武汉粘性土粉土E二1二606N++7431262E14lN唐山粉砂细砂砂E二0276N+10222归一化至60%能量传递率的N值;q为土体表面,所受的平均承载压力;了为土的前期固结压力,如果承载压力小于了则沉降量用下式估。32基础设计算N:321估算地基承载力Bwleo5s=尹]提出如下计算公式用:算浅基础地基承载力和沉降量aqq值来直接估323鲁瓢J丈,。。7506(8)单桩承载力eert=N不一兀、lrB感+2F、凡了4口I了shmmann[203提出了表10中的半经验公式用N=NIB一)入‘B>F4;值来计算桩端承载力及桩侧摩阻力Meyerho户]认为桩端承载力可由桩端附近的N式中Kdq为沉降量为25mm时的地基承载力(kPa)D=l+033D/B《133工程勘察为基础埋深击Br.为最a值来估算并且应修正为lokP的上覆土压力的N值打人桩及钻孔桩在砂土中的桩端摩eero,,,吕阻力可由图l来估算Myh淤]还提出当探平均G即如叻月如Iln脚庵动流uS卿吨2佣吕年第1期0时值小于3之间桩侧平均摩阻力应在,15万;1至7万不断改进其中而为修正为lo(kP)akPa上覆土压力的N最新修正的方法见《建筑抗震设计规一,0范》(eB50ll2001)[]值而对砂层中的打人桩其平均桩侧摩阻力约为该规范中规定围内液化判别7万;N5m深度范在地表面至地下1:值临界值可按下式计算对于H型等打人钢桩]认92香港土力工程处〔N二二N。[09+01(d一d,)](d可不了、15)为当2元N5时值小于0其桩侧摩阻力在15万至kPa)之间(对砂土中的钻孔桩Meyerho产吕〕指出桩侧平0m深度范围内在地下巧m到2:值临界值可按下式计算浑。二9)(液化判别N均摩阻力应在1元至(kP)之间a25元之间(N<60)香港万。(24一01‘)川则建议桩侧摩阻力在1元至15再土力工程处〔N面不(15丫二d蕊20)(10)。式中N为液化判别N值临界值;N。为液化判别N用土类型值预估桩端与桩侧阻力表10桩侧摩阻力203N1”桩端阻力3424N}值基准值按表n采用;d为饱和土标准贯人试验深度(m);p为粘粒含量百分率当小于3或为砂土砂土粉土粉砂及泥炭土可塑枯土1712N428N时它等于3N74gN535N值基准值[]03:表n:设计地展分组含贝壳的砂2460软岩3852N17N0{68{101219第一组8)((13)l618159—呈‘八娜映肠麟只󰀂打入桩第二注区细砂正常固结圈:三组(10)(15)一一钻桩桩长羞础直径括号内数值用于设计基本地展加速度度为。和03崛的地书暇蓉帜厂夕厂一一石协一l0一年比较了我国抗震规范TJI一74中的方法和他自己提出的简化评价方法发现两者的结果非常相似根据研究结果Sed,,,提出一个归一化的浑值概念(浑).即现场等[”〕Seed[川于1983一一持力层裸度基础直径测量的N值(N)应先修正为60%能量传递率的N二值(N。),:。=,一式中松散砂‘车龙喊橄,E量传递率(召)~为通过测量冲击轴力再计算得到的能黯(“,然后中密砂N。值进一步修正为lokPa上覆荷载的(N)。值用于判别砂土液化在这些工作基础上l0美国国家地震工程研究中心[]建议用(N)63,值表示的砂土抗液化强度CRR如下~_:,密实砂_“‘0051。、52025HtI丽二了瓦)丽+l1--二下二二-(N)。ljJ+m基础直径(注)当桩荃础直径大于0如时极限承暇力盆桑以折减系数几图331桩端承载力与N值的关系田〕式中(N,45][10(N)。需进行细粒含量上覆土压力杆+2一05场-一o12勺‘砂土液化长及能量传递率的修正4410世纪720年代初期国内外的研究工作者先后提出用N值作为砂土液化判别的标准我国于971工业和民用建筑抗震4年将该研究成果写人《共同存在的问题钻孔内试验深度的测量方法规范》(TJn74]3)[中之后规范中的判别方法标贯试验是在一定深度的钻孔底部进行工程勘察uG即妞加如l肠vestV勺妙t俪左sr贯人9公沁吕年第1期吨器被安置在钻杆底部再插人钻孔直到孔底孔内贯人器尖顶的深度是试验的一项重要结果标贯试验中43部[,〕贯人器尖顶往往不是放置在原来钻孔底贯人器会因钻杆自重而在擂人时贯入孔底E=平H钻孔越深钻杆重量越大这种初始贯人深度越大;孔底土层越软该初始贯人深度越大再土层。锤落距760口m者孔底土层已受到钻探扰动且处于饱和状态通常比较松软可造成初始贯人深度较大从而造成吓凡二平林爪标贯试验深度的误差另一方面贯人器尖顶在钻孔内的深度通常是通锤垫口双二E刃过人手用皮尺量度的这种人工测量存在以下问题:钻孔壁)钻孔底部情况复杂一般不平整有水和(l沉渣钻孔有时会不垂直则皮尺头很难被自重落放到与贯人器尖顶相同深度的位置钻孔越深越钻杆间接头钻杆难以将皮尺头准确地放到贯人器尖顶位置()可利用钻杆长度来估算试验深度2这个钻对开式贯入器E.l,rE护~咖杆长度可代表孔底深度但不自动等于贯人器尖顶深度[川原因之一是钻头和贯人器尖顶不同可造成它们因钻杆自重插人土体的深度不等孔底岩土层(3)人工测量一般可存在操作误差图2标准贯入试验中能量传递示意图一根据以上讨论现行标贯试验深度的测量方法而在实际工程中这个问可能会有不可忽略的误差题往往被忽略42能量转换与传递的测量和分析方法421能量转换与传递过程½锤被快速上提后同上部铁锤垫发生碰撞而反弹使得锤下落的初速度不等于零产生锤动能的增加上述锤的势能到锤的动能转换和传递过程可以用下式表示:标准贯人试验的实质是将落锤的势能通过钻杆弹性冲击传递给贯人器从而使贯人器在冲击作用下插人一定深度的土体再根据贯人指定厚度土层EE二MhEhh二IE专Hg(13)(14)skg)式中:E为落锤总势能;g为锤撞击下部锤垫前的;所需要的锤击数N值来判别被贯人土体的抵抗强度和性质如图2所示整个能量转换和传递过程:可分解成四个过程锤落到下锤垫落锤撞击钻杆h最大动能;M为锤质量(即63H为落锤距(即760mm);为加速度(即9sm,厅);,为第一总能量传递效率顶部锤垫钻杆顶部锤垫传至钻杆底部贯人器和贯入器贯人土层以下逐一讨论这四个过程(2)落锤撞击钻杆顶部锤垫(l)锤落到下部锤垫过程当锤从760mm高度落到下部锤垫前锤在原位所具的势能转换为重锤的动能在落锤过程中当锤落下撞击钻杆顶部锤垫时落锤同静止的铁锤垫碰撞落锤的动能大部分传给了锤垫和钻杆一部分被反弹另一部分生热和发声它们均随碰撞时间t而变化:则落锤动能传给锤垫和钻杆锤的原势能可能有以下几个方面的损耗:的总能量可表示为式中:¹锤中间有洞套在钢导杆外锤洞内壁与钢导杆之间在锤下落时的摩擦会引起势能损耗;º锤和提升绳索能量损耗;»导杆不直可造成锤的实际落高小于706而引起的势能减少;大于76001mmEE二ZE甲h(15)2为落锤传递给钻杆顶部锤垫的能量,是滑轮及吊架之间的摩擦引起mm第二总能量传递效率(3)钻杆顶部至贯人器落锤传给钻杆顶部锤垫的能量通过杆内弹性应力波随时间向下传递到贯人器该能量传递过程有以下几个方面损耗:¹应力波在钻杆内传播的粘弹性损耗;º应力波在每两根钻杆连接处的变化和反2008¼过轻或过力上提可造成锤的实际落高小于或使锤的势能减少或增加;G即如呀姚如I脱&如V即n峭t伽止lurSeni工程勘察年第1期射;»钻杆弹塑弯曲变形和发热所吸收和损耗的钻杆内随时间变化的轴向冲击弹性应变应力或总轴能量;¼钻杆与孔壁接触摩擦和挤压等它们都随力来进行的再用线弹性变形理论来积分计算出通过时间变化因此到达贯人器的总弹性动能可表示为:钻杆的总冲击弹性应变能然后再同落锤的总势能E刀3E(16)E进行比较以确定一个能量转换和传递的效率式中:E给吵=贯人器的总弹性动能;,为第具体测量和计算总冲击弹性应变能的方法可分为rZ法[,,3吕三总能量呻为传递,传递效率〕和Fv法[,94]两大类型FZ法的基(4)贯人器贯人土层本假设是锤撞击在钻杆内产生向下压缩应力波在到到达贯人器的弹性动能使得贯人器克服土体阻达贯人器末端后再反射为向上传播的拉伸应力波力而插人土体一定深度在插人过程中贯人器所具当这个拉伸应力波到达钻杆顶端锤垫时造成锤与锤动能转换成三部分:¹对插人土层做的塑性功;º垫分离该方法通过在锤垫下方上部钻杆放置一个使得土体粘弹性振动而传给远处土体的能量;»土冲击轴力传感器记录由落锤撞击杆顶锤垫产生的体反弹给贯入器和钻杆的能量其中真正使得贯人钻杆轴向冲击力假设一维应力波单方向沿钻杆传器插人土体的有效能量可表示为:播时应变与波速成正比〔15,则钻杆的总冲击弹E‘二甲4E17)性应变能可用下式计算得到:式中:E‘为贯人器插人土体一呻(定深度所用的总能’一量;,4为第四总能量传递效率AE厂厂(‘J‘(21)式中:f(t)为锤击引起的沿钻杆轴向的冲击力(5)在贯人过程中锤和钻杆随贯人器整体向是随下移动它们的势能有所降低成为对土体做功的一时间t而变化的;△t为应力波向下传通过测点到应力A部分若考虑该部分功则(巧)式应修改为:波上传到测点的一个来回所需时间;为钻杆横截面E‘二,4E+(M、+M)梦积;E为钻杆弹性模量;。式中::为一次锤击贯呻(18)为丫厄7万即应力波在钻杆人度;M为钻杆锤垫及贯人中的传播速度(p为钻杆材料的密度)值得注意的是器的总质量F2方法于1968年被美国材料综合上述公式(21)至(16)一次锤击输人的总与试验协会(AsTM)编人标准D4636864[〕中但势能为:此标准在1995年被撤销在205年1月AsTME发了新的咖=M、gH+(M、+M)梦(19)表标准D463305〔刊放弃了F2:法而该创群翩划诊队器插人到材采用了FV法解狡喊握FVE‘=,1刀2+过在上叭叭M、脚(M卜+M)梦(20)法的原理是通部钻杆同时测量钻杆422轴向冲击力(约和加速度再用下列公式计算钻目前的测量和分析方法f杆的总冲击弹性应变能:人们早已认识到能量转换和传递的效率对标贯试:=验很重要各地研(:,究者针对标贯试验的能量传递问题{犷,二“,“,(,,,做了不少研究与测试在所有查到的公开文献中对式中:mxat为积分值达到最大的时间。(t)为由测标贯试验能量转换和传递的测量以及研究是通过测量量加速度经积分计算得到的钻杆速度不同国家标贯试验设备的能,传递率(本衰来源于文献tv3〕及文献83[)l衰12国家锤类型落锤方式式能量传递率RE(%)它月/60%资料来源中国即cno触发式式印10文献〔14]穿心锤人工落锤锤55509文献[14]英国PUeonDando触发式6017310文献[14][37]老标准锤绳索一吊架式式5008文献[14]美国穿心锤绳索一吊架式式45075文献[14〕安全锤绳索一吊架式式55~6009~10文献[32安全锤锤触发式式85144][14〕文献[32〕日本穿心锤Tombi788[35穿心锤绳索一655]吊架式式{}文献文献[14〕{阿根廷廷穿心锤绳索一吊架式45075文献322针式锤绳索一吊架式式450755巴西文献388哥伦比亚穿心锤绳索一吊架式式50008文献388巴拉圭针式锤人工落锤7212文献388委内瑞拉穿心锤绳索一吊架式式4307文献38208年第1期工程勘察G即如以.如Iln卿才妙才加及uSVr即吨n用上述方法得到总冲击弹性能E后再用下一位置列公式计算能量转换和传递效率(ER):同步23)(。)中f)和(这会造成公式(22t)的不(t计算结果会有误差;¼落锤撞击锤垫位置的RE一一rE’E一很小改变会造成加速度有较大的变化尽管新7〕采用了Fv法但它还有46305[sTM标准D4A率一O3%85%另一方面K较大其变化范围约为4v吕lomone.〕的结果表明对于同一标贯试[s和saca验设备其钻杆能量传递变化幅度同样非常大1列出一些主要国家标贯设备的能量传递表2从中可看出各种设备的平均能量传递率变化(30%一e90%ert)ml‘1[]作了一系列试验与Pa他们的结果表明对于同一种土(N<50)而言shmnan05,,N值与传递到钻杆的能量成反比423共同存在的问题钻杆的冲击和惯性使得贯人器强行插入钻孔底20)可见应直接测量贯人器部的土体由公式(插入土体所用的有效能量但这一直接测量非常困难点迄今还未发现公开文字报导进一步地:22)或()可见以下两由公式(21¹迄今能量测量是通过测量钻杆中的弹性波的冲击应力和加速度(变形)经计算而间接得到的º此能量是钻杆中的弹性能不等于使贯入器贯人;土中的能量942方法具有以下的三项局限性〔F]05:¹需杆3为几组但修正系数目前仍未统一(表1不同的杆长修正系数);º钻杆之间接头的反射波长修正待时间和实践的检验更进一步在落锤撞击后钻杆内有向下传播的随时间变化的轴向冲击弹性应力波同时这股应力波会在钻杆连接处和贯人器与土体交界面发生反弹和反射产生沿钻杆向上传播的随时间变化的轴向冲击弹性应力波它们又会多次反射再者落锤被锤垫反弹后又会落下砸在锤垫上从而再次在钻杆内产生向下的冲击能量较小的冲击波因此测量到的钻杆内随时间变化的轴向冲击弹性应变应力或总轴力是这些撞击和反弹或反射的随时间叠加和消减的总体表现结果会有较大的随机性因而由此测量结果再积分计算出钻杆内的总冲击弹性应变能物理含意不是单一的它同落锤总势能E进行比较会难以得到清晰结论的另一方面由于各个国家的标准贯入试验并非完全统一尤其在设备方面甚至一个国家内部同时有多种不同类型的设备在同时使用从而造成了标准贯人试验的能量传递率之间存在相当大的差异综上所述需要对世界各地的标贯设备进行大量地有效能量测试从而更合理地对N值进行能量修正以便合理应用与研究43锤击数与贯入深度的手工测量会破坏力与速度的比例关系从而影响测量准确度;»当N>50时可能得到不合理的结果几组不同的杆长修正系数钻杆长度度钻杆(m)>>表13文献t43)1标贯试验的结果表示为贯人器贯人一定深度土层所需锤击数该结果目前仍然由手工完成测量:这种手工测量的过程可简介如下当设置好钻杆及锤具后杆长修正系数文献[32)1l11111r试验人员需选择一不动点作为测量贯人度14文献〔)111文献【6)41111144~~~~0000101012108864~~14121100o00000010~~~11012000然后以该参考点作为原点在钻杆上用粉笔做一定的记号(图3)记号间距为规范中的锤数记录间隔的参考点(此参考点一般为护壁套管的顶部)1051021051121055在打锤时需要一位试验人员记录锤数并同时根据~~~~~864105105~~1051181121321183<<1333132一145125钻杆上的记号与参考点的相对位置目视监测钻杆的贯人度当第一个粉笔记号与参考点标高相同时记录下相应的锤击数同时锤数从零开始计数如3133313331451333此反复直至贯人度达到450mm或锤击数符合试验注:文献〔j中的系数根据杆长进行内插得到64FV0441道[法目前仅在一些室内试验研究中报:其存在的局限性有¹由于标准贯人试值为最后30mm贯人度的锤击总数:分析以上过程人工测量存在以下问题(1)锤击数采用人工计数操作人员在受到干终止条件Nj而矛验中钻杆在锤击冲击下的加速度可高达50以X加速度在野外难以被精确测量;º加速度传感器在扰时或锤数较多时易产生计数误差;(2)通常采用粉笔做钻杆上的记号号约有1020mmmm野外使用难以耐久;»在上部钻杆测量钻杆轴向冲的宽度该粉笔记-即贯人度测量可能有10击力和加速度虽然可以做到同步21工程勘察G印.‘姚但难以做到在同遥左右误差;208n卿心动俪如IluSV勺r吨年第1期验贯人度及其相应的锤击数为试验结果图3标准贯人试验中在钻杆上用粉笔做的记号(香港规范)()3锤击时钻杆可能会转动而使粉笔记号背向参考点而目视点(人眼)一般与该参考点不在图4标准贯人试验中各间隔锤击数记录同一水平线上从而使目视判断产生误差;(香港规范)(4)在记录各贯人间隔的锤数时一般需在完图4为按照香港(英国)规范记录的标贯试验成该间隔贯人深度时用粉笔写在专用木板上但此的锤击数图中木板上的6个数分别代表6个时标贯试验仍在继续从而造成试验人员一心二用75mm间隔的锤击数根据规范前150mm深度的情况增加了人为错误的可能性为预计贯人度其锤击数为2+01二21而N值综上所述贯人度的手工测量结果可能因人为是指贯人器贯人后30mm深度所需的锤击数即因素产生误差为后4个锤击数之和:10+5+4+8二27该方法44N值的定义和度量方法可以用图5表示香港地区关于标准贯人试验的规范是在英国有关规范的基础上,附加上一些适合本地区的特点修改而成],[的根据香港房屋署有关规定[l5〕N值的具体分析如下:(l)标准贯人试验的结果以每贯人75mm深度所需的锤击数进行记录其中前2个数即前510mm为预击贯人度的锤击数后4个数表示为后30mm即试验贯入度的锤击数;()2N值为最后30mm贯人度的锤击数总和;(3)几种特殊情况的处理:¹当锤击数达到05而贯人度仍未达到预击贯图5香港(英国)规范N值计算示意图人度标准时应将第50锤的贯人度作为试验贯人图5中粗虚线为该试验N值的图形表示数度的起点;据点为根据图4中锤击数虚拟的一套每一锤击的贯º在试验贯人度中:人深度数据由图可见试验贯人度(30mm)a若累计10锤的贯人度未超过任何一个内的每一锤击的贯入深度为3mm至61mm不等57mm贯人度间隔终止试验并记录试验贯人度及即土层对于贯人器的贯人阻力是变化的而从标贯试验的结果(N=2)7其相应的锤击数为试验结果;我们只能得到试验贯人度b不包括预当累计锤击内每一锤击的平均贯人度为300/27=1lmm击贯人度的锤击数则N数达到20而试验贯人度未达到30mm记录试值实际上是贯人阻力在试验贯人度30mm上的一208年第1期工程勘察G即翻呀姚加Inlv.坑抖‘劝&uS门勺吨31个平均值因此标准贯人试验无法准确反映试验贯人度30mm以内土层变化的情况。一差对于每一次试验结果是不同的(图57)如果两次试验锤击总数相同而实际贯人度不一样则表若考虑各纪录间隔的锤击数则可在一定程度上辨别土层变化图5中细线为香港(英国)规范得出的6个锤击数的图形表示经过观察贯人度曲线的斜率是不均匀的即每一击的贯人度不均匀可以看出6个锤击数中只有第1第4及第5个记录间隔中的锤数与相应的贯人深度变化基本一致其它3个锤击数未能真实反映各锤贯人深度的精确变化而这种变化是由于土层性质的局部变化造成的间隔越大则平均度越高越不能反映,明土的性质有一定差异但在标贯试验的记录上却无法体现一般情况下实际贯人度大于贯人度标准值(30mm)而最后贯人度是按照标准值而非实际贯人度进行记录的这个差异使得标贯试验结果N值在事实对应的贯入深度在不同程度上大于,3()mmX。.64各地辫验公式相互关拳和异地应用的问题土层变化对于中国规范锤击数记录间隔为lomm应用到同一组数据上(图6)可发现只有一个间在实际应用方面标贯试验成果的应用是基于一定试验数据上建立起来的经验公式迄今还未一致这些经验公式不仅随不同类型的土层变化而变化而且对于不同地区类似的土层其经验公式也不尽相同隔的锤击数与贯人深度变化一致在应用该试验成果时需充分考虑当地实际经验规范和异地成果三者相结合方能得到较合理的结果统计并建立各地的标贯试验与土。因此工试验的数据库可使岩土工作者在实际应用中能有气对一N二介扮。悦川,z一,o二)一’十,击一‘侧K归刊,(sw一一~一、、\\一J竺。~可靠的参考基础5结论与建议,、luU贾入度、服丽一吧竺卿吧竺标贯击致2+6卜1《〕\\一)加mm毕粗I(b7钊留3)卜、)作为一种原位测试技术标准贯人试验在世界范围内得到了广泛的应用但它在测量手段结果分析方法能量传递测量及应用等方面存在如下很图6中国规范N值计算示意图mm对于美国规范(记录间隔为105所示如图7多共同的问题(l)现行孔内试验深度的测量方法会有不可忽略的误差;有效能量传递率在标贯试验中是非常重要的在野外工程中应用开展少而室内试验较多应尽可能多地获取野外测量数据从而进一步研究能其锤击数均不能反映弱细土层变化情况怪击斌bo”)l(2)\\位击盈(以、叫,击贾入度\\__、咋呼伟川“切粉I(5月一胜悠恤不不不~;州四咖叼I0。)s公~量传递尤其是在较硬土层中的规律(3)一、\\__气一侧丈、12权(N150mm)翎洲\\供.、、、琳、,,、简单的手工测量往往存在相当的测量误差及人为误差且结果不可验证和重复;4)N值是度量30mm土层的一个平均值(标贾击橄N151月7(b一狱刃以腼m)不能分辨小于30mm的软弱土层;(5)人为的预设贯人度同样造成相对不精确的图7美国规范N值计算示意图结果;(6)题各地经验公式不一致异地应用存在问依据各间隔的锤击数在很大程度上难以判别较细土层的变化弱细层的分辨率受所分间隔厚度的限制间隔厚度越大分辨率越低根据以上讨论45预先设定的贯入深度与N值标贯试验的贯人度为00mm是预先设定的一个人为标准值在试验3中经过一定锤击后的贯人度大于该标准值后才记由上节的讨论可知笔者建议研制和开发一套针对标贯试验的自动化监测系统它可以实时监测标贯试验的过程并自动记录该试验的测试深度锤击数每一锤的贯人度钻杆所承受的每一锤冲击力并且可以计算出各锤的能量传递率利用这套系统可以方多年来。录相应的锤击总数41工程勘察这一实际贯人度与该标准值之扣拍用附摘遥便地获取大量数据从而对标准贯人试验进行质量控制以及为解决上述共同问题提供可行的技术和方208”JG即翻d姚众nluSr.勺吨年第1期法此项研究成果将在以后论文中做进一步报道致谢:。spTNo一vue目耐rd‘veden‘tyfo5)(r翻dy~O击S[J3s心:tindFuandaons199396171击中琦感谢香港特别行政区政府研究基6〕祝龙根1〔刘利民耿乃兴地基基础测试新技术北京0机械工业出版社7)98〕1〔金委员会和房屋委员会的研究资助港大学的奖学金杨文卫感谢香20)2(7」中华人民共和国交通部港口工程地质勘察规范(12〔TJ4J北京:人民交通出版社197PeCkRB参考文d山对peo献ne山面朋Englne~ahHgWnW耐ThOY证狱mTHF]l[曲ehachDivrGPFAstantriotantntse:oustl耐u日escorKASCEJSUMechAdFdna~9En1974hOJeGSwWyeli0nd5。aIncNewYork~护[19]Be朗mrnanHKne旧哪Eum91ghi(SM4)67一75l%5[2〕TeaZ’Idnawopeck:ReBsouMechpe泄ticNeYrklyWi1948cuzainEngieningrTes29ePOProc倪庙ngsofgthentiNatiolahh诫sts。B园digRncnee即SymPsOPoomtotroftr以dnaonw.tenEuriumPenetVol一39tr1974~e妙t一itar2:姐lh〔]3国家基本建设委员会建筑科学研究院四川省建筑工程局建19740]2〔chmSeo筑科学研究所编准〕(TJn74)工业与民用建筑抗震设计规范〔技术标ev:.oisnd~[」JJHJournalftheSOch耐。andFolMeiucita~tastictesemtlnenttio。da北京:中国建筑工业出版社imrre讨eDiviASCEmVOI96eUsSM3the1011toe10341970[]4KwTeson。JsuMIntewofthestandonttecProcedhniserwithRefeernectoHgKong耐rneettartion[川sehmprortnanJHspTnPCiareCtre?eisPOYesSPT加t…!5DymaiuhiasaecsunGeoec目Temtnedynr。uostignCeo1997lacCEn脚1ingofericeHongKongTN219732ASTM22〔〕webs46NewYokr341~3551978dDtsLesettlmnettfao【〕5口勺腼meRuTbeSt助ds司Pttionthods胡desC咖rcuInyRd“trFunder毗~RT图t(SPT)tionAssn诫tioan(cIRIA)印Crase。handInfo—m-a汕mononindurbaneaSouthAf‘ourotcurun、ona娜au祖sUefudyrPr佣e走n幼oft抽CoeecnInSitu;ehvBaifSoUsandRocknsttuteIifCi司O川cLondo129199371PcIRIAEnginers23〔〕onLond181一1881969w墩haBmP翻Now日ZkiErAgraR山面姗肠p】比防」中华人民共和国建设部201)岩土工程勘察规范(GB5021肠rmtinood己助朗dSPTNfove5UseostsflnsituTe~ed北京n:中国建筑工业出版社nieg202nGeiotto[37Oeog以ith已ceiEndngomee(GEO)GuideHSiteInvseti1177nihi囚殊gCenerngSamuleClmei1986cnede1163-onCi司EgnlneahgDeP肛t1996nemtto0gKong;359J〕岩石力学与工程学4〕赖琼华岩土变形参数取值研究【2〔报n2()lX(0)21750~1754[8〕Bslne石t认hstothod耐MedsofTesofr5山fo:Ci祖Egi925丁【BowselJEroundation^ndysisndD.igna1996NewYork:ingpurerPoesIn-situstrtests(Bsl1377ptra:1BritishStnrd。Inadaitution(BSI)TestLondon199009n)TheMeGraw一lHieom州切lesInc肠〕加仁画dJBndBurbid罗aMcemsettlentoffounda-[9〕AmeirnacsoetyfcioofrTestingtert面ndMaa山(AsTM)standa耐7〕2〔oitPnsons明ds砚dgravdPcorlt认suuetfofcoi讨En子ne玛Tes0tM欲hodPentauoil一til耐nSigofb明lSmpletzal781325一138119855湘ASTMDesi即ation:D1586995tAnnulBokfaoSATMMev的ofGGT卜印钾咖卿既必场四山‘。朋ProStand耐sVol4081999Aptn0〕1〔Yangtowe.DWmovd叩血9SysteofptrStandardp~erdnaeneati户CionontfAuotomaticMinotarDTesoinSitegKIonnvsetiga[28〕Mefye山ot沁仙GG致别俪名tionTheis妞〔11]加任沮tnne~f晚doett曰toTheUiversityfHongingfohP2加6raP“te民lhT比吃肠乙印觉e气画tyad毗d~ntfo佣盯回aJfso己M忱h刚晚朋dFO皿沙细阶山1976d吐i恤压vASCEVOI102GT3195一228中华人民共和国建设部2()2)X建筑地基基础设计规范(G苗以刃7der[291北京H:中国建筑工业出版社lodHotz2仪犯反沙耽山9tann(EoG。氏场喇io“iHmgKongC坛血过G即te0佑沈’(GEO)6乞。祖91队。,i护dnaCon“[12〕G山bstheJoWonGeRidthensityfnasndtesbySPOatnPenonttarnon~onhnontermin饭gns又8:l更拓bj飞Testig0poc砚妇iges0中华人民共和国建设部2()X《建筑抗展设计规范》(G舫02的1fOFethIFouronnrion公Cefrence5让Mechani叭d)1~I压钾rt~11-北京H中国建筑工业出版杜I面阳ounedatieoEng切erigLondonEgl阴d35on一39er1957nS,妇B1M耐nAm即E拍恤函朋苗峥e[13]MyrhfGGD谕s丽noondeityfnsoConfnassbyd侧沁ePnetrati501MechAFdnEnggLond~onrehtestndatpmiingthen‘‘‘即dd尸而户即t过圈飞五igcor4thIt‘因助咖留垃唱尤犯E198压~的(3)1d时aJ例盯回ofahto双忱h54L8一on31101957〔〕hte32,”,HIfln.Bin川SU乳‘orKI如川匕nsieFue口4〕Skemptnoewtasnd田心拌讹tntset画op瓜刘t“bressinsf细dooelcizei鳍engndaubrIsrdenprcroeonsiloudasetireateliden日tyidn~aMevuencefSPTpOC记ur50认U叼patie山tiaonsJoun目r一oftheGeiotcehn以EnfCainerig428耐ChUgntionn.Rgi19~ser85tonJ]〔Geotechi明n111(12)1425145198636(3)M245一47(下转第52页)n[15]curno.地bidnaaahrKE叩石司oor记田icntebwe20)8(年第1期工程勘察G即.日婉如I抖‘阴邃叙刀即n附婉l吨51另外京杭运河为南水北调东线工程的输水主历时40天的大型群孔抽水试验资料的识别和一个干河道工程实施后本工作区段京杭运河将长年完整水文年长测资料的验证计算结果的精度也应保持53m以上的高水位对附近孔隙水具有长期该是较高的;为合理开发和利用该地下水资源提供补给作用。这不但有利于增加孔隙水的补给量同了科学依据时也保证了孔隙水对岩溶含水层的越流补给本次数值模拟计算采用连续2年的降水资料;参考文献与极丰年份尤其包含了罕见的其中包括极枯年份,III王大纯张人权史毅虹水文地质学基础〔M〕北京:连续4个枯水年(1986一198922年)年平均降水地质出版社1980量620mm低于多年平均(1965一204年)降水薛禹群朱学愚地下水动力学〔M〕北京:地质出版社197量6235mm采用的降水量偏保守9故计算结果山东省普南地质工程勘察院济宁市仪上县邵庄任城区双的保障程度是较高的同时本次数值模拟经过了庙水源地供水水文地质详查报告【R〕20(抖(上接第巧页)[331YoudTLetlaLi甲risstanceofso山:summa-ASCE2()X5131(10少1252一1262yrPerortO’rfm七he1996NCEERcafetionenad1998NCEE刃NSFwkro[34〕D画dCRoHwieJ人Jca七拍nR明dw司医erBshSPOonevlauationoflique佃tionseristaneeof50湘JournalofReveiwofstnadradePnettariontestshotrdorocrr改tionJourGeotcehnic目EngnieringDivisionASCE201127(10)niaofGeotechniealandGivronmentalEn脚eahg2()X5817~833131(4)489一497noe[34]肠P访toVJ即dMorhHAD谏习sion.月eteh(l%5)〔4SanicoRBnadBryaJDnAsmnetoftheef俗,tPrcoASCEJ501MechAndFoundEn塑gDivofdorlengthonSPTeneygr司e山tio朋esab朋司叨mae。闹6edlVol92SMI195一1991966datac即thce拍以TestnigJounr目20528(l)1一9〔35〕沁mtremnaJHnadp吐CaiosAEne咭ydyna而esofI144󰀅OTimopshenko5pnadGodireJNTheo叮ofEsalticSPTJournaloftheGeotcehinlscEnniseringDivisionityMeGraw一H沮B00kCompallyNewYork1970ASCE1979105(8)909一926AmeMaeirSla(ASTM)Test[36]凡脚C0NtrohAs记nevte画。。Tsetp二MethacnsicoetyofrTestingandtodForStsersWaveEnergyMsaeuer毗ntForDyna而etice:na“svaUSeOfInenacnemstandSituTestsineGotechnilacEnignerePnetrometerTestingSystemoASTMDesi护a亡ion:砚363-ingSamuelClemecde499一%7198686Anu目Bbok叮St助dardsscetion4Voulme4008[37〕c坛,tnoCR1spTene铭ytnarsm诚ion:theo仃mae1986suermentisgnificnaceGronudEngin19023[47〕AmesocietyofrTestingnadMtaeir山(AsTM)Standrad(10)35dna一43irengTestacnMeth闭ofrEnregyM幽uermnetForDyna而ePeentrome[38〕DecoutrLstandardpneetrationteststtae-o-fthe-trar印otrtersASTMDisengtaion:琳633一05AnnlauBokofStanPrOC倪走ngsoftheTw山hIntnretaionlaCoefnerecnno501MedardsVolume以08675一7711995eh咖scandFoundationEn咖eahg几0denaJiero13一18「48」KoWDnad胭omoneLASPThmamreengreyAugust1989/翻tor:PubilcationsCommitteofXllICSMFEmsae~urementJournalofGeotcehni。目En脚eirngDiviison1990ASCE1995108GT4599一620[39〕SyA耐Cma卿团aRGnA目terntaivemethdo。fmea[49]ButlerJJCalendoJAnadGoelbGGComsuermentSpTproc创记ingsoftheZndIntemtaiondparlsonofSpTnergyrentmethdosGeotcehinlacsiteCRner盯oefnerneeonecentAdvansecniGeotechcinlaEngnieahgnadCh对aZtion以刘insgoftheiF玲tIntemtaionaIC叨fe-rS司Dyn脚isc499一505191c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