□胡 浩（信陽市水土保持監(jiān)督監(jiān)測站）

1.引言

孔壓靜探測試（CPTU）是在測定錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力f s的同時，能測量探頭貫入時土層中的孔隙水壓力u，測量超孔隙水壓力△u隨時間消散的過程。既可以用超孔壓的靈敏性來對土體進行準確分層，還能通過超孔壓估算土層的不排水抗剪強度、固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)等。

2.測試概況

超孔壓消散試驗采用的探頭截面積為15cm2的三橋電測探頭，可同時測量端阻、側(cè)摩阻以及由于觸探引起的孔壓和探頭傾斜。在探頭肩部裝備了水壓測量計，測量由于觸探引起的孔壓，采用真空抽氣飽和法對孔壓測量計進行飽和。探頭的豎向角度偏差由探頭內(nèi)的測斜儀測量。

在孔壓靜探試驗中，達到預(yù)定深度停止貫入，以測量由于觸探在土層中產(chǎn)生的超孔隙水壓力的消散過程。消散60%以上，視為消散結(jié)束。以下是采用的參數(shù)和定義：

Ui：初始孔隙水壓力，指在孔壓消散試驗剛開始時的孔隙水壓力M Pa。

Up：最高孔隙水壓力，一般在孔壓消散試驗開始后幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)M Pa。

Uf：最終孔隙水壓力，指在孔壓消散試驗完成時的孔隙水壓力M Pa。

Uo：靜水壓力 M Pa。

Di ssi pat i on：超孔隙水壓力在試驗結(jié)束時的消散比例%，這里：

或者，當Ui=Up時，則按下式估算：

而任意t時刻的孔壓消散比例，則為：

這里，Ut是任意t時刻的孔隙水壓力。

通過對具體土層進行孔壓消散試驗可知：淤泥土由于滲透系數(shù)比較小，所需的消散時間較長，消散比例為50%對應(yīng)的消散時間超過2000s；粉質(zhì)粘土與淤泥土相比，純粘土的滲透系數(shù)比較小，所需的消散時間也較長，消散比例為50%對應(yīng)的消散時間小于300s；砂土由于砂層提供了良好的透水通道，所需消散時間較少，消散比例為50%對應(yīng)的消散時間僅為13s，完全消散（消散比例100%）的時間也不到300s。

3.試驗分析

在本次孔壓靜探試驗中發(fā)現(xiàn)，探頭的結(jié)構(gòu)、操作方法、土層條件等都可能影響超孔壓消散試驗結(jié)果。這也與他人研究結(jié)果吻合。下面從探頭的結(jié)構(gòu)、水壓測量計的飽和、貫入速率、土層特性等方面對試驗結(jié)果的影響進行分析總結(jié)。

3.1 探頭結(jié)構(gòu)

探頭的結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的是水壓測量計的位置，直接影響超孔壓消散試驗結(jié)果。不同位置的水壓測量計測出的孔隙水壓力有很大的不同，在錐尖處最大，在錐肩處最小，錐面介于兩者之間。

3.2 水壓測量計的飽和

水壓測量計的飽和在測量孔隙水壓中極為關(guān)鍵，尤其是滲透性差的粘性土，影響更大。在實際測試中發(fā)現(xiàn)，沒有充分飽和的水壓測量計，測量結(jié)果一般偏低，這是因為有部分孔隙水壓力被水壓測量計中的壓縮空氣吸收。在時間上也存在一定的滯后性，不飽和程度越高，滯后性越大。

3.3 貫入速率

貫入速率對孔壓測量結(jié)果的影響，與土層本身的滲透性密切相關(guān)。與端阻、側(cè)摩阻相比，孔壓測量受貫入速率的影響更為敏感。不同的貫入速率，對土層來講，就相當于不同的排水條件。在不同的土層中，貫入速率在粉質(zhì)土中影響則為最重。這是因為在粉質(zhì)土的貫入過程中，貫入速率的改變，對改變其排水狀態(tài)影響較大。

3.4 土層特性

孔壓消散試驗結(jié)果表明，在不同的土層中，消散曲線有明顯的不同。這與土層本身的排水特性密切相關(guān)。一般是滲透性大的土層超孔壓消散快，滲透性小的土層超孔壓消散慢。通過本次測試，可以得出以下幾點：

3.4.1 砂土

對于砂土等粗粒土，其滲透系數(shù)較大（k≥1×10-4cm/s），相當于排水狀態(tài)。超孔壓消散曲線表明，其超孔壓消散很快，對應(yīng)于消散水平為50%的消散時間t50一般不超過100s。

3.4.2 粘性土

對于粘土等細粒土，其滲透系數(shù)較?。╧≤1×10-7cm/s），相當于不排水狀態(tài)。超孔壓消散曲線表明，其超孔壓消散很慢，對應(yīng)于消散水平為50%的消散時間t50一般在1000s以上，而且飽和度越高。

3.4.3 粉質(zhì)土

對于粉質(zhì)土，其滲透系數(shù)介于砂土和粘性土之間，相當于部分排水狀態(tài)。超孔壓消散曲線表明，其超孔壓消散介于砂土和粘土之間，對應(yīng)于消散水平為50%的消散時間t50一般在500s左右。

4.超孔壓消散試驗結(jié)果的應(yīng)用

由于孔壓靜探試驗可以連續(xù)測試，能夠區(qū)分出大于20m m的細薄軟弱夾層，可以更好地消除工程安全隱患?？讐红o探試驗測量的超孔壓及其消散過程，可以用來估算土層的固結(jié)系數(shù)、抗剪強度等指標。

4.1 不同消散程度下的固結(jié)系數(shù)比較

根據(jù)超孔壓的消散過程可以求得土層固結(jié)系數(shù)，與室內(nèi)試驗相比，方便快捷，而且準確性高。本次測試用Torst ensson固結(jié)系數(shù)估算公式，如下所示

式中：Ch為固結(jié)系數(shù)；

R為探頭錐肩半徑（cm）；

t為一定固結(jié)程度下的消散時間，一般可取t50；

T相應(yīng)于一定固結(jié)度的時間因數(shù)（通常取50%固結(jié)度）。

公式（4）為一定消散程度下的固結(jié)系數(shù)。對同一土層，測定不同消散程度的固結(jié)系數(shù)，研究消散程度對固結(jié)系數(shù)的影響。

通過實驗并運用上式計算表明：不同消散程度下的固結(jié)系數(shù)變化不大，其平均值比較接近消散程度為50%時，即t50的值。

4.2 不同方法測定的固結(jié)系數(shù)比較

在實際應(yīng)用中，通常以現(xiàn)場沉降反算的固結(jié)系數(shù)為準。

通過對超孔壓的消散試驗、室內(nèi)試驗、現(xiàn)場沉降反算三種方法結(jié)果的比較，結(jié)果表明：孔壓靜探試驗求得的固結(jié)系數(shù)與室內(nèi)試驗測定的結(jié)果相比，兩者相差較大，室內(nèi)試驗結(jié)果小，孔壓靜探結(jié)果大；通過現(xiàn)場沉降反算的固結(jié)系數(shù)與通過孔壓靜探求得的固結(jié)系數(shù)比較接近，偏差范圍為0.04-0.17之間，而與室內(nèi)試驗結(jié)果相差較大，偏差均＞0.90。

4.3 不排水抗剪強度

不排水抗剪強度是土層重要的力學性質(zhì)指標，目前多由現(xiàn)場十字板剪切試驗直接測出。根據(jù)孔壓靜探的錐尖阻力和超孔壓可以求出不排水抗剪強度，其關(guān)系式為

式中：Cu為不排水抗剪強度kPa；

qc為錐尖阻力kPa；

△u為超孔隙水壓力kPa；

k、c為常數(shù)，可以通過試驗數(shù)據(jù)的回歸分析求得。

通過對孔壓靜探估算和現(xiàn)場十字板剪切試驗實測兩種方法求得的不排水抗剪強度結(jié)果進行比較，結(jié)果表明，通過孔壓靜探估算的不排水抗剪強度值與現(xiàn)場十字板剪切試驗實測的不排水抗剪強度值較為一致，偏差范圍在0.03~0.25之間。

5.結(jié)語

孔壓靜探測試超孔壓消散試驗中，探頭的結(jié)構(gòu)直接影響結(jié)果修正，水壓測量計的飽和、貫入速率是保證測量結(jié)果的關(guān)鍵，測試過程應(yīng)特別重視。通過與其它測試試驗結(jié)果的分析對比，發(fā)現(xiàn)用孔壓靜探資料對土層一些物理力學參數(shù)進行估算是可行的，加上該技術(shù)能較大地縮短勘察周期，且試驗性能穩(wěn)定，值得在水利工程勘察及設(shè)計中推廣應(yīng)用。

[1]林宗元.巖土工程試驗監(jiān)測手冊[M].第一版.遼寧：遼寧科學出版社，1994.357.

[2]蔡國軍，劉松玉，童立元，杜廣印.孔壓靜力觸探（CPTU）測試成果影響因素及原始數(shù)據(jù)修正方法探討.工程地質(zhì)學報[J]，2006/14（05）-0632-05.