[發(fā)明專利]基于多功能孔壓靜力觸探探頭及土側(cè)壓力系數(shù)測定方法

有效

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• 申請日: 2011-12-13
• 公開（公告）號: CN102518106A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡國軍;劉松玉
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: E02D1/00
• 分類號: E02D1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于多功能CPTU的測定土側(cè)壓力系數(shù)的方法，屬于土木工程領(lǐng)域中一種新的土側(cè)壓力系數(shù)測定方法。

背景技術(shù)

靜力觸探技術(shù)(CPT)是指利用壓力裝置將帶有觸探頭的觸探桿壓入試驗土層，通過量測系統(tǒng)測試土的錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力等，可確定土的某些基本物理力學(xué)特性，如土的變形模量、土的容許承載力等。靜力觸探技術(shù)至今已有80多年的歷史。國際上廣泛應(yīng)用靜力觸探，部分或全部代替了工程勘察中的鉆探和取樣。我國于1965年首先研制成功電測式靜力觸探并應(yīng)用于工程勘察。現(xiàn)代數(shù)字式多功能孔壓靜力觸探技術(shù)(以下簡稱多功能CPTU)是20世紀(jì)80年代在國際上興起的新型原位測試技術(shù)，與我國傳統(tǒng)的單雙橋靜探相比，具有理論系統(tǒng)、功能齊全、參數(shù)準(zhǔn)確、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。既可以用超孔壓的靈敏性準(zhǔn)確劃分土層、進行土類判別，又可求取土的原位狀態(tài)參數(shù)、固結(jié)系數(shù)、滲透系數(shù)、動力參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、地基承載特性等，在國外土木工程設(shè)計中已得到廣泛應(yīng)用。

靜止土側(cè)壓力系數(shù)(Ko)是巖土工程中的一個非常重要的參數(shù)，如確定場地中的應(yīng)力狀態(tài)、計算靜止土壓力、土壩施工期的孔隙水壓力和樁側(cè)向承載力計算等等都需要準(zhǔn)確的靜止側(cè)壓力系數(shù)；同時在地下工程中的地下連續(xù)墻、隧道的襯砌和土中的填埋管道等地下結(jié)構(gòu)設(shè)計中也要用到準(zhǔn)確的靜止側(cè)壓力系數(shù)。隨著地鐵、輕軌的建設(shè)，涉及到很多的地下結(jié)構(gòu)的土壓力問題，而各土層的靜止側(cè)壓力系數(shù)能夠反映出地基中水平向應(yīng)力的變化，由此可直接推算出作用在擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力分布及可靠性，所以地鐵、輕軌、基坑工程勘察中一般都要求測試靜止側(cè)壓力系數(shù)Ko值。但是無論是通過土工試驗還是常規(guī)原位測試它都是最難精確測定的參數(shù)之一。因此，應(yīng)用孔壓靜力觸探所能直接測得的側(cè)壁摩阻力，合理地采用孔壓對現(xiàn)有公式進行修正，提出考慮有效上覆土壓力的適合于地下工程的靜止土側(cè)壓力系數(shù)預(yù)測方法是很有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對國內(nèi)現(xiàn)有測定靜止土側(cè)壓力系數(shù)各種方法存

在的不確定性，提出一種基于多功能孔壓靜力觸探探頭及土側(cè)壓力系數(shù)測定方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明基于多功能孔壓靜力觸探探頭，其上部連接探桿；在該探頭下半段的上部設(shè)有三分量地震檢波器，在三分量地震檢波器的下部設(shè)有測斜儀，摩擦筒位于測斜儀的下方，在摩擦筒的下方連接有錐形探頭，孔壓過濾環(huán)位于摩擦筒與錐形探頭的連接處，觸探探頭與探桿直徑相同。

錐形探頭的錐角為60°，錐底截面積為10cm²；摩擦筒表面積為150cm²。

孔壓過濾環(huán)厚度為5mm，探頭的不等端面積比為0.8。

本發(fā)明基于多功能孔壓靜力觸探探頭的測定土側(cè)壓力系數(shù)的方法在于采用歸一化側(cè)壁摩阻力(f_s/σ′_vo)與超固結(jié)比OCR預(yù)測土側(cè)壓力系數(shù)，超固結(jié)比OCR由歸一化凈錐尖阻力q_net計算，其關(guān)系式可以表示為：

OCR=k(qt-σv0σv0′)]]>

式中，q_net＝(q_t-σ_v0)為凈錐尖阻力；σ_v0為豎向總應(yīng)力；q_t為經(jīng)孔壓修正的錐尖阻力＝q_c+u(1-a)，q_c為實測錐尖阻力，u為CPTU探頭量測的孔壓值，a為探頭不等端面積比，k為試驗參數(shù)。

針對江蘇典型黏土場地，k的變化范圍在0.37～0.45之間。

土的靜止側(cè)壓力系數(shù)定義為水平向有效應(yīng)力與垂直向有效應(yīng)力之比，表達式如下：

K₀＝σ′_h0/σ′_v0