静力触探测试成果的应用( 七 ) _静力触探与动力触探

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。