静力触探测试法的基本原理
（一）准备工作
1.探头率定（probe calibration）
应根据测试要求和土层软硬情况选用触探头。在使用前，必须先率定，新探头或使用一段时间（如3个月）后的探头都应进行率定。其目的是求出测量仪表读数与荷载之间的关系——率定系数。将率定系数乘以仪表读数，就可求出各贯入阻力值的大小。
率定工作应在专门的标定装置上进行（图2—28），首先按图2—28装好率定设备及探头，并接通仪表，然后加荷、卸荷三次以上，以释放掉空心柱由于机械加工而产生的残余应力，减少应变片的滞后和非线性；随后就可正式加压率定。率定所用记录仪表同测试用仪表。探头率定曲线应为一直线（图2—29）。
率定方法可根据TBJ 37-93规定进行。
探头的率定方法，按供桥电压对仪表、探头的输入和输出关系，分为以下两种：
（1）固定桥压法：固定仪器的供桥电压，率定施加于探头的荷载与仪表输出值之间的对应关系。此方法适用于电阻应变仪、数字显示仪及带电压表的自记式仪器。
（2）固定系数法：根据仪器性能和使用要求，先令定探头的率定系数为某一整数值（称令定系数），率定探头在该令定系数时对应于所施加的荷载及仪器所需要的供桥电压值。此法适用于桥压连续可调的自记式仪器。
用固定桥压法率定探头时，应符合下列要求：
（1）在固定的供桥电压下，对探头加荷和卸荷，应逐级进行。每级荷载增量可取探头最大加载量的1/10—1/7；但在第一级荷载区间内，宜进一步细分成三级。
图2—28 钢环测力式探头率定装置图
1—活动架上梁；2—顶帽；3—探头；4—活动架；5—底座；6—百分表；7—钢环；8—传动箱；9—手柄；10—顶针
（2）每级加荷或卸荷均应记录仪表输出值。探头率定记录格式可参照表2—6制作。
（3）每次率定，其加、卸荷不得少于3个循环。
对于顶柱式传感器或传感器与传力垫可以相对转动的探头，每加、卸荷一个循环后，应转动顶柱或传力垫90°—120°，再进入下一个加、卸荷循环过程。
用固定系数法率定探头，应按下列步骤进行：
（1）按下式计算记录纸中点荷载：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中：DM——笔尖自记录纸零位线到中位线所需的荷载（即中点荷载）（kN）;
K——探头的令定系数；
A——探头的锥尖投影面积或侧壁摩擦筒表面积（cm2）;
L——记录纸的有效宽度（cm）。
（2）在2—8V范围内先输入一个假定桥压，施加荷载为Pm，调整桥压使笔尖对准中线，然后卸荷，转动调零旋钮使笔尖对准零位线。复加Pm。重复上述操作过程，直至探头在空载和中点荷载两种状态下，笔尖能一道指零和对中为止。此时的供桥电压值，即为在该令定系数下的率定桥压。
（3）在率定桥压下，以Pm/5为一级，逐级对探头加荷，直至纸带满幅荷载（2Pm）。然后逐级卸荷回零，完成一个加、卸荷循环过程。与此同时，启动走纸机构，使率定曲线成梯状，以便读取数据。
在分级加荷（或卸荷）过程中，当出现加荷（或卸荷）过量时，应将荷载回复到预定荷载的前一级荷载，再加（或卸）至预定荷载。
图2—29 探头率定曲线
表2—6 探头率定记录表
对一批检测精度合格的探头，应抽出其总数的10%—20%，进行如下两种检验性率定。
（1）对探头进行时漂检验，应在恒温条件下，将探头与仪器接通工作电源，待其预热并统调平衡后，记录探头在空载状态下仪表的零输出随时间而变化的过程值。记录的时间间隔由密而疏，累计观测时间不宜少于2h。然后点绘零输出值与时间的关系曲线，即为探头的时漂修正曲线。
（2）对探头进行温漂检验，应利用温度可调和可控的热处理装置，在－10—45℃范围内，分级测定探头在各级温度下仪器的零输出值，点绘零输出值与温度的关系曲线（即探头的温漂修正曲线）。连同探头时漂检验结果一并记入表格（表2—7）。
表2—7 探头技术卡片
2.探头率定结果计算
（1）探头经率定后，应按下列步骤计算其率定系数：
①按表2—6要求，分别计算同级荷载下各次加荷和卸荷的仪表平均输出值。
②以荷载为横轴，以仪表输出值为纵轴，根据各级荷载下算得的平均输出值，点绘荷载（P）-输出值（x）的关系曲线。此曲线应是一条过原点的直线。
③按下式计算探头的率定系数：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中：K——率定系数；
Pi——第i级荷载（kN）;
A——探头的工作面积（cm2）；
——第i级荷载下，仪表的平均输出值，
——第i级荷载加上后，仪表的平均输出值；
——卸至第i级荷载时，仪表的平均输出值；
图2—30 探头率定曲线及其误差
（2）探头各项检测误差计算，应符合下列要求：
①以过原点的公式（2—52）所确定的直线，定为“最佳直线”。
②探头的检测误差统一采取极差值，以满量程输出值的百分数表示（图2—30）。
③按公式（2—53）至（2—56）计算探头的各项误差：
非线性误差
重复性误差
滞后误差
归零误差
式中： ——加荷（或卸荷）至第i级荷载时仪表的平均输出值；
——重复加荷（或卸荷）至第i级荷载时仪表输出值的极差；]]0——卸荷归零时仪表的平均不归零值。
FS——在额定荷载下仪表的满量程输出值；
其它符号同前。
④上列计算的检验误差及总误差均满足下列要求时，该探头即符合精度要求，即测力传感器的检测总误差不应大于3%FS，其中非线性误差、重复性误差、滞后误差、归零误差均应小于1%FS。
（3）探头的灵敏度可根据起始感量（Y0）按表2—8规定标准分级；工作中应视场地地层情况和勘察要求，合理使用探头。
表2—8 探头灵敏度分级
（4）起始感量应按下式计算：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中：Y0——起始感量；
K——探头的率定系数，按公式（2—52）计算；
△x——仪表的有效（最小）分度值。
当计算出的Y0值超过表2—8规定的数值时，应提高供桥电压或换用薄壁传感器探头，重新率定、计算。
3.仪器安装、检查与调试
将测量电缆穿入各节探杆，探杆根数或总长度要满足所测地层的最大深度要求，后将探头通过电缆与测量仪表联接起来。注意检查各部件应附合质量要求。检查内容如下：
（1）探头、探杆和信号电缆检查：探头锥尖、顶柱和摩擦筒应滑动灵活；否则，将其拆下擦洗上油或换新。久用的探头，其尺寸会变小，其误差超过1%时应换新。探杆应平直无损伤。电缆外皮应无损坏，如局部有轻微损伤，可涂防水胶，并用防水胶布包裹。
（2）测量记录仪表检查：
①自动记录仪检查：a.接通外电源，打开仪器电源开关，如指示灯不亮，主要是电源线路有故障，应及时排除。b.记录笔出水是否流畅。c.将角机发讯机与仪表接通，按贯入方向拨动角机滚轮，记录纸应跟着转。如记录纸不动，拨动角机时角机内也无“嗡嗡”响声，则可能角机有问题；如记录纸转动方向相反，可调换一根信号线。d.接上探头，检查整个测试系统工作是否正常：转动调压旋钮，直流电压表应随之变化，外接数字电压表有数字显示并稳定。转动调零旋钮，记录笔应在纪录纸整个宽度范围内自由移动。如调节旋钮，记录笔不动，则先用“自校探头”检查探头或电缆有无问题。如探头或电缆无问题，可判定是仪器内出了故障，再打开仪器进行检查。e.经常擦洗滑线电阻盘，检查滚子与滑线电阻丝接触是否良好。
②测量记录仪表检修及故障的排除方法：详见表2—9和表2—10（摘自TBJ37-93）。
表2—9 电阻应变仪检修方法
4.其它准备工作
（1）现场作业前应了解以下情况：
①工程类型、名称、孔位分布和孔深要求。
②测试区地形、交通、地层情况。
③测试区地表有无杂物及地下设施，以及它们的确切位置，有无高压电线、强磁场源；使用外接电源工作时，了解其供电情况。
（2）使用触探车进行测试时，须做以下准备工作：
①检查、维修汽车，重点是刹车、方向盘，轮胎、电气及供油系统，使整个汽车处于良好状态。
②对油路系统，主要是检查油泵、触探油缸和支腿油缸、各换向阀、油马达等是否正常，各接头、管路有无漏油现象，压力表是否完好等。
（3）使用（可测）孔隙水压力探头时，须做以下准备工作：
表2—10 自动记录仪故障的排除
①在测试开始前，应对孔隙水压力探头进行饱和。这是保证孔压测量正确的关键。如果探头孔压量测系统含有1%的空气（在一个大气压下），则其压缩性为纯水的1000倍；如含有溶解空气的水，则其压缩性为纯水的100倍。如果探头孔压量测系统通道未被水饱和，测量孔压时，则有一部分孔隙水压力在传递过程中会消耗在压缩空气上，使所测孔隙水压力值比实际值小，且滞后。
排除水中空气的方法有加热排气法和真空排气法。加热排气的水在冷却过程中仍有空气溶解于水中；真空排气法是对充有水的透水滤器（也称滤水器）及空腔施加真空，同时施加振动，达到排气的目的。当室温为20℃时，排除5L水中的空气，一般需10—12h。
除了用水饱和孔压量测系统外，也可采用其他液体，如硅油、甘油和酒精等。使用硅油有以下好处：
a.可在真空要求较低条件下使滤水器等饱和，真空排气所需时间比用水短；
b.可以调制最佳粘滞度的油液；
c.与透水滤器有良好的表面粘着力，当探头穿过不饱和土层时，或探头暴露在空气中时，探头孔压量测系统不易进气失去饱和度。
d.有良好绝缘性，能防止滤水器氧化。
②孔压探头饱和装置如图2—31所示，此装置由同济大学研制，由浙江温岭南光地质仪器厂生产。
图2—31 孔压静探探头排气饱和装置
③孔压静探探头量测系统的检验与标定：孔压静探探头测力传感器的检验与率定（非线性误差、滞后误差、归零误差、qc与fs测力传感器的相互干扰、绝缘电阻等），与常规的静探探头相同。对孔压探头，还应进行以下检验与标定。
a.孔压量测系统饱和度检验，采用孔压响应试验。在排气饱和标定装置中（图2—31）的密封容器内设置一个孔压传感器，记录密封容器压力与探头孔压传感器的变化。如两者同步变化，无时间上滞后，幅值（大小）相等，即认为完全达到饱和；否则，应检查原因，重新对探头进行饱和。
b.测力传感器与孔压传感器之间相互干扰检验。
c.探头孔压传感器在高孔隙水压力下的绝缘性检验。
（二）现场操作要点
1.贯入、测试及起拔要点
（1）将触探机就位后，应调平机座，并使用水平尺校准，使贯入压力保持竖直方向，并使机座与反力装置衔接、锁定。当触探机不能按指定孔位安装时，应将移动后的孔位和地面高程记录清楚。
（2）探头、电缆、记录仪器的接插和调试，必须按有关说明书要求进行。
（3）触探机的贯入速率，应控制在1—2cm/s内，一般为2cm/s；使用手摇式触探机时，手把转速应力求均匀。
（4）在地下水埋藏较深的地区使用探头触探时，应先使用外径不小于孔压探头的单桥或双桥探头开孔至地下水位以下，而后向孔内注水至与地面平，再换用孔压探头触探。
（5）探头的归零检查应按下列要求进行：
①使用单桥或双桥探头时，当贯入地面以下0.5—1.0m后，上提5—10cm，待读数漂移稳定后，将仪表调零即可正式贯入。在地面以下1—6m内，每贯入1—2m提升探头5—10cm，并记录探头不归零读数，随即将仪器调零。孔深超过6m后，可根据不归零读数之大小，放宽归零检查的深度间隔。终孔起拔时和探头拔出地面后，亦应记录不归零读数。
②使用孔压探头时，在整个贯入过程中不得提升探头。终孔后，待探头刚一提出地面时，应立即卸下滤水器，记录不归零读数。
（6）使用记读式仪器时，每贯入0.1m或0.2m应记录一次读数；使用自记式仪器时，应随时注意桥压、走纸和划线情况，做好深度和归零检查的标注工作。
（7）若计深标尺设置在触探主机上，则贯入深度应以探头、探杆入土的实际长度为准，每贯入3—4m校核一次。当记录深度与实际贯入长度不符时，应在记录本上标注清楚，作为深度修正的依据。
（8）当在预定深度进行孔压消散试验时，应从探头停止贯入之时起，用秒表记时，记录不同时刻的孔压值和锥尖阻力值。其计时间隔应由密而疏，合理控制。在此试验过程中，不得松动、碰撞探杆，也不得施加能使探杆产生上、下位移的力。
（9）对于需要作孔压消散试验的土层，若场区的地下水位未知或不确切，则至少应有一孔孔压消散达到稳定值，以连续2h内孔压值不变为稳定标准。
其它各孔、各试验点的孔压消散程度，可视地层情况和设计要求而定，一般当固结度达60%—70%时，即可终止消散试验。
（10）遇下列情况之一者，应停止贯入，并应在记录表上注明。
①触探主机负荷达到其额定荷载的120%时；
②贯入时探杆出现明显弯曲；
③反力装置失效；
④探头负荷达到额定荷载时；
⑤记录仪器显示异常。
（11）起拔最初几根探杆时，应注意观察、测量探杆表面干、湿分界线距地面的深度，并填入记录表的备注栏内或标注于记录纸上。同时，应于收工前在触探孔内测量地下水位埋藏深度；有条件时，宜于次日核查地下水位。
（12）将探头拔出地面后，应对探头进行检查、清理。当移位于第二个触探孔时，应对孔压探头的应变腔和滤水器重新进行脱气处理。
（13）记录人员必须按记录表要求用铅笔逐项填记清楚，记录表格式，可按以上测试项目制作（见第八章）。
2.注意事项
（1）保证行车安全，中速行驶，以免触探车上仪器设备被颠坏。
（2）触探孔要避开地下设施（管路、地下电缆等），以免发生意外。
（3）安全用电，严防触（漏）电事故。工作现场应尽量避开高压线、大功率电机及变压器，以保证人身安全和仪表正常工作。
（4）在贯入过程中，各操作人员要相互配合，尤其是操纵台人员，要严肃认真、全神贯注，以免发生人身、仪器设备事故。司机要坚守岗位，及时观察车体倾斜、地锚松动等情况，并及时通报车上操作人员。
（5）精心保护好仪器，须采取防雨、防潮、防震措施。
（6）触探车不用时，要及时用支腿架起，以免汽车弹簧钢板过早疲劳。
（7）保护好探头，严禁摔打探头；避免探头暴晒和受冻；不许用电缆线拉探头；装卸探头时，只可转动探杆，不可转动探头；接探杆时，一定要拧紧，以防止孔斜。
（8）当贯入深度较大时，探头可能会偏离铅垂方向，使所测深度不准确。为了减少偏移，要求所用探杆必须是平直的，并要保证在最初贯入时就不应有侧向推力。
当遇到硬岩土层以及石头、砖瓦等障碍物时，要特别注意探头可能发生偏移的情况。国外已把测斜仪装入探头，以测其偏移量。这对成果分析很重要。
（9）锥尖阻力和侧壁摩阻力虽是同时测出的，但所处的深度是不同的。当对某一深度处的锥头阻力和摩阻力作比较时，例如计算摩阻比时，须考虑探头底面和摩擦筒中点的距离，如贯入第1个10cm时只记qc；从第2个10cm开始，才同时记qc和fs。
（10）在钻孔、触探孔、十字板试验孔旁边进行触探时，离原有孔的距离应大于原有孔径的20—25倍，以防土层扰动。如要求精度较低时，两孔距离也可适当小些。
1.单孔触探成果图件应包括以下几项基本内容
（1）各触探参数随深度的分布曲线；
（2）土层名称及潮湿程度（或稠度状态）；
（3）各层土的触探参数值和地基参数值；
（4）对于孔压触探，如果进行了孔压消散试验，尚应附上孔压随时间而变化的过程曲线；必要时，可附锥尖阻力随时间而改变的过程曲线。
2.原始数据的修正及触探参数计算
原始数据的修正及触探参数计算，可按TBJ37.93规则进行：
（1）用读数方式取得的原始数据，应按下列步骤修正：
①当记录深度与实际贯入深度有出入时，应根据记录表所标注的数值和深度误差出现的深度范围，按等距修正法予以调整；多余的读数记录，应根据实际贯入情况予以删除。
②当零漂值在该深度测试值的10%以内时，可将此零漂值依归零检查的深度间隔，按线性内插法对测试值予以平差。当零漂值大于该深度测试值的10%时，宜在相邻两次归零检查的时间间隔内，按贯入行程所占时间段落按比例进行线性平差。
③各深度的测试值按公式（2—58）修正：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中：x′——某深度h读数的修正值；
x——该深度h的测试值（读数）；
△x——相应该深度处的零漂修正量（平差值），分正、负。
④用读数方式取得原始数据时，各深度的触探参数应按下列诸式计算：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中：X——某深度处的触探参数（Ps,qc、fs、ud或uT）代号（kPa）;
K——对应于各触探参数的率定系数；
β——贯入孔压换算系数，β＝uT/ud，参考表2—11取值；
σv0——土的总自重压力， ；
γi——第i层土的平均天然重度；
hi——第i层土的厚度或测试点与上层面的深度差；
qT——探头总锥尖阻力（kPa）;
FR——摩阻比（%）;
ud——探头贯入时于锥面测得的孔隙水压力（kPa）;
uT——探头贯入时于锥底圆柱面处测得的孔隙水压力（kPa）；
△u——探头贯入时土的超孔隙水压力（kPa）。
表2—11 与土质状态有关的β值
⑤用自动记录仪取得的原始记录曲线，应按下列要求修正。
a.深度修正
i.实际贯入深度按式（2—63）计算：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中：D——探头实际贯入深度（m）;
l——每根探杆长度（m）;
n——贯入土中的探杆根数；
h——从锥底全断面处起算的探头长度（m）;
△l——未入土的探杆余长（m）。
ⅱ.以孔口地面为深度零点，以停止贯入（加接探杆）时因锥尖应力松弛所形成的似归零线为依据，根据在记录纸上所标注的深度误差记录，按公式（2—63）校正记录曲线深度。曲线长度不足处，应据曲线发展趋势补入。
ⅲ.对于双笔或三笔记录曲线，尚应标明深度零点。
b.曲线幅度修正
i.以归零检查的标注为依据，直线连接两相邻归零点。根据此连线与记录纸上零线的偏差值，反号调整记录曲线的幅值。
ⅱ.当因加接探杆造成记录曲线脱节或出现喇叭口曲线形态时，应以平顺曲线予以补齐。
根据探头的率定系数，对各条经过修正的触探曲线绘制纵横坐标比例尺，并注明单位和标出各触探曲线所代表的参数符号。
⑥孔压消散值应按下列程序修正：
a.以经过修正的贯入孔压值（ud或uT）为消散试验的孔压初始值，以零漂修正量等量修正在该试验深度各个时刻测得的孔压消散值（ut）。
b.以孔压消散值（ut）为纵轴，时间对数值（lgt）为横轴，绘制孔压消散曲线（ut-lgt）。
c.当孔压消散曲线初始段出现陡降现象时，可用曲线板拟合其后段曲线，并让其通过陡降段终点而与纵轴相交，以此修正孔压消散曲线的初始段。
d.当孔压消散曲线初始段出现上升现象时（透水滤器位于锥面时，易发生这种现象；而位于锥底时，不发生上升现象），宜略去其上升段，以曲线峰值点作为该孔压消散曲线的计量起点，并在同一张ut-lgt坐标图中，重新绘制孔压消散曲线。
各种孔压消散曲线形态及修正方法见图2—32。
图2—32 各种孔压消散曲线形态
3.静力触探成果图和归一化超孔压消散曲线的绘制
（1）静力触探成果图可按下列方式绘制：
①以深度为纵轴，其比例尺一般用1∶100或1∶200，当图幅尺寸不够时，可缩小深度比例尺。
②以触探参数为横轴，其中fs,ud（或uT）、qc三者的数值比例关系，以取1∶10∶100为宜。
③qc或Ps用粗实线，ud或uT用细实线，fs用虚线绘制触探曲线，再用点连线绘制静水压力uw线。此四条曲线可同绘于一个坐标图中，也可将ud（或uT）和uw曲线绘制于该坐标图的对称侧。对自动记录曲线，经修正处理后，亦应透绘于同一张成果图中。为清楚起见，各曲线（qc－h（或Ps－h），ud（uT,uw）-h,fs-h,FR-h）也可分别绘制，如图2—40。
④在与之并排的另一坐标图中，分别用细实线和虚线绘制Bq和FR曲线，其横轴数值比例关系宜取10∶1。
⑤对上述诸曲线应分别用参数符号标注清楚或示出图例。然后按本章第七节要求进行分层，计算各分层触探参数值和地基参数值，并填入成果图上的表格中。
（2）归一化超孔压消散曲线应按下列要求绘制：
①静止孔隙水压力及均衡孔隙水压力取值：
i.地基中的静止孔隙水压力（uw）按静水压力计值。静水压力由（2—64）式确定：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中：uw——静水压力（kPa）；
γw——水的重度（kN/m3）;
hw——试验点在实测地下水位以下的深度（m）。
ⅱ.均衡孔隙水压力（uw′）取孔压消散达稳定时的孔压值，取值标准应符合本章现场操作要点第9点规定。
ⅲ.地基中试验点处的残余超孔压（△uT）按（2—65）式计算：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
②各时刻的归一化超孔压比按式（2—66）计算：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中： ——归一化超孔压比；
ut——消散至某时刻（t）的孔压值，可在经修正的孔压消散曲线上查取；
u0——经修正了的孔压消散试验的初始值；其余符合同前。
③以 为纵轴，以时间t（s）的对数lgt为横轴，绘制归一化超孔压消散曲线（ lgt）。
（3）静力触探仪上如配有自动记录曲线装置或由计算机处理测试数据，则上述成果整理可自动完成。
一、静力触探机理
静力触探自问世以来，仪器几经更新换代，触探机理研究也很活跃。如：1974年和1978年召开了二届欧洲触探会议(ESOFT)；1988年又召开了第一届国际触探会议(ISOPT)。同时，历届国际土力学与基础工程会议、国际工程地质大会，以及近年来的国际地质大会的论文集中，都有原位测试及触探机理的研究文章；20世纪80年代以来，国内也有不少单位进行了这方面的工作，如：同济大学、铁道部科学研究院、第四勘测设计院、长沙铁道学院、原长春地质学院[2]、中国地质大学[3]及武汉水利水电大学等，都进行了大量的研究工作，发表了论文，出版了专著或教材。
静力触探机理的试验和理论研究，对其测试方法和成果应用，都有直接的关系。因此触探机理研究是很有意义的。但由于土的性质的不确定性和复杂性，以及触探时产生的土层大变形等，都对机理研究带来很大困难。因此，到目前为止，触探机理的理论研究成果远不尽人意，仍然处于探索阶段中。目前，大部分已知的理论都是在饱和粘土中、且于不排水贯入条件下或在纯砂中排水贯入条件下得到的。这些理论可归并成以下几类：①承载力理论；⑦孔穴扩张法；③应变路径法；④其他方法。下面将简单分析和评价这些方法。
1.承载力理论
由于CPT类似于桩的作用过程，很早就有人尝试借用深基础极限承载力的理论，来求解CPT的端阻qc，这就是所谓的承载力理论(bearing capacitytheory)，简称BCT。该法把土体作为刚塑性材料，根据边界受力条件给出滑移线场，或根据试验或经验假定滑动面，用应力特征线法或按极限平衡法求出极限承载力。BCT得到的qc一般可以表达为：
土体原位测试与工程勘察
式中：Cu为土的不排水抗剪强度；
BCT承载力理论(Bearing capacitytheories)思路的发展是从平面应变、修正平面应变到轴对称承载力理论。
对该方法可做如下的评价：
(1)BCT和稳定贯入有差别，前者是用于极限破坏状态的理论；后者是破坏已发生的过程。
(2)滑移线法、极限平衡法都是应力静定的。求qc时没有直接考虑塑性区内的变形，也就不能考虑压缩性、剪胀和压碎效应。两者考虑的都是静态加载，并且没有涉及贯入所产生的高的垂直和水平应力。
(3)只有在整体剪切破坏的土体中，才能出现完整的破坏面，才能用滑移线法或极限平衡法求解。对于大多数深贯入，土体破坏都包含局部剪切和压缩，难以观察到明显的滑动面。研究者往往采用β等参数来描述这种非完整滑动面，以进行修正。
(4)据刚塑性滑移线法，在塑性破坏之前，土作为刚体无变形，当受力加到极限时，滑移线场内整体塑性流动。显然，这与实际不符，土本构关系的刚塑性简化会带来误差，但若要考虑弹性变形和应变硬化、软化效应的关系，将引起数学上的极大困难，就失去了滑移线法的简捷性了。
(5)可以根据流动法则求出塑性区内土的速率场，并能考虑体积变化的情况复杂。也无人做过，原因是兴趣在于qc，而问题是应力静定的。
(6)BCT不能求解出孔压。
2.孔穴扩张法
孔穴扩张法(cavities expansionmethods，简称CEM)是源于弹性理论中无限均质各向同性弹性体中圆柱形(或球形孔穴)受均布压力作用问题而形成的观点。该理论最初用于金属压力加工分析，随后引入土力学中，用柱状孔穴扩张来解释夯压试验机理和沉桩；用球形孔穴扩张来估算桩基础的承载力和沉桩对周围土体的影响。CEM在土力学中已有较深入的应用。
图3-2 圆孔的扩张
柱(球)穴在均布内压P作用下的扩张情况，如图3-2所示。当P增加时，孔周区域将由弹性状态进入塑性状态。塑性区随P值的增加而不断扩大。设孔穴初始半径为Rf，扩张后的半径为Ru及塑性区最大半径为Rp，相应的孔内压力最终值为Pu，在半径Rp以外的土体仍保持弹性状态。CEM类似于弹塑性力学问题的一般提法，即：列出三组基本方程(平衡微分方程、几何方程及土本构关系)，配以破坏准则及边界条件求解。各研究者获得的解之间的差别主要在于问题所涉及的变形程度和本构关系的选择上。本构关系(含塑性阶段流动法则)的选择是CEM的关键，随土力学理论及计算方法的发展，从简单到考虑土的许多复杂性质，主要有多个模型。
CEM的主要优点在于：采用柱穴扩张或球穴扩张，把探头贯入的三维问题简化模拟成平面应变和球对称问题；应力、应变和位移仅是径向坐标变量r的函数，边界条件极简单，采用数值方法可以纳入各种土本构模型，并可以考虑土的许多复杂性质。它在得到孔压和考虑在高压缩性土中贯入时，明显比BCT具有优势。可以看出，CEM的思路源于把探头贯入看作是锥面的连续扩张，并近似用柱面或球面扩张来替代，大大简化了边界条件。
CEM的主要缺点在于：①很明显，在固定位置的孔穴扩张不能模拟垂直向贯入的以下两个重要特征：a.土体变形与垂向坐标有关。特别是柱扩不能模拟此点，它得到的位移都在水平面内，而球扩也不能说明位移反向的情况。b.稳定贯入的连续性。因为CEM描述的总是在一个固定位置的扩孔。因此，甚至在最简单的均质各向同性土中，CEM也不能正确模拟贯入时土中各单元的变形过程(应变路径)。②目前的CEM方法，没有考虑到贯入速率的影响，尽管它对Δu(超孔压)和qc的影响是存在的。
3.应变路径法
应变路径法(strain pathmethods，简称SPM)是由Baligh领导的小组经过10多年的研究，于1985年正式提出的。SPM旨在为合理解释和预估桩的贯入、静力触探、取土器取土等深层岩土工程问题(相对浅基而言)提供一套集成化、系统化的分析方法。
(1)SPM的基本思想
通过观察探头在饱和软粘土中的不排水贯入，Baligh(1975年)假设，由于深贯入过程中存在严格的运动限制(上覆压力大，探头周围土体在高应力水平下深度重塑、强制性流动及不排水条件下土体不可压缩等)，探头周围土体的应变受土的抗剪性质影响很小，于是，Baligh称该类问题是由应变控制的(strain controlled)。后来的理论和试验也证实了这一假设。
因此，用相对简单的土性(如各向同性)来估算贯入引起的变形和应变差，在预期合理的范围内。再利用估算的应变，采用符合实际情形的本构模型条件，就可以计算出近似的应力和孔压。
对于轴对称探头在饱和粘性土中的准静力贯入，忽略粘性、惯性效应，可将这类由不排水剪切造成的塑性破坏，看作是定向流动问题，即视探头为静止不动，土颗粒沿探头周围分布的流线向探头贯入的反方向流动，不同流线上每个单元的变形、应变、应力和孔压可用一些步骤求出。
(2)SPM对贯入问题的模拟
SPM对稳定贯入问题的模拟的关键在于正确预估应变场。目前，都是将土体视为无粘性不可压缩流体，通过求解土颗粒绕流探头来估计应变场。这可分两种情况，即：探头以速度为u(一般2cm/s)在静止流体中运动；或速度为u的无穷远均匀束流零攻角绕流静止探头。
解决流体对轴对称体的绕流，有两种方法，即：Bankine法和保角映射法。该方法的评价如下：
其优点为：SPM法的优点主要在于首次比较真实地考虑并模拟到了垂向贯入的特征，克服了CEM的两个主要缺点。根据基本假设，用锥体绕流的方法获得应变场，避开了复杂的边界条件，和在复杂应力路径下结合本构关系计算的困难。而SPM法的主要缺点在于其基本假设的适用性上。Clark和Meverhof(1972年)及steenfellt(1981年)现场观测到沉桩对周围土的径向位移场影响范围分别是4倍和8倍桩径。一些研究者得到的Δu影响范围为4～25倍桩径。因此，贯入产生的应变依赖于土性。而目前SPM法实际把其基本假设更推进一步，将贯入时土中的流场，同无粘性不可压缩流体绕流锥体的流场等同起来。众所周知，无粘性流不能抵抗任何剪力(无论多么小)，而且土的粘性一般比水大8～16个数量级。所以，用无粘性不可压缩无旋流体绕流锥体来模拟深贯入产生的流场，只有对于完全饱和的软粘土才可能有效(指一级近似)。对于OCR(超固结化)＞4的硬粘土，贯入时容易产生不连续滑动面，仍用连续的流体运动来模拟就不适合了。若要考虑到粘性和可压缩性及桩-土界面的摩擦，流动方程的解就很困难。
虽有上述困难，SPM法在构思上还是很巧妙的，它把应变场和应力场分开计算，为解决深贯入问题开辟了一条新途径，故很有发展前景。运用它已得到了不少有用成果，如在估算qc的承载力系数和估算Δu，这方面可参考Baligh的文章。
二、静力触探探头的工作原理
1.探头——地层阻力传感器
静力触探探头亦称地层阻力传感器，它是量测地基土贯入阻力的关键部件。是贯入过程中直接感受土的阻力，将其转变成电信号，然后再由仪表显示出来的元件。为实现这一过程，可采用不同型号的传感器，其中电阻应变式传感器最为常用。电阻应变式传感器应用了虎克定律、电阻定律和电桥原理制成。
2.静力触探测试地的机电原理
(1)P→e转换 探头(图3-3)被压入土中，受地层阻力作用要引起装在探头内部的空心柱(变形柱4)的变形；如将空心桩视为一个杆件，则其阻力与变形的关系，可用虎克定律表达为：
土体原位测试与工程勘察
或
σ=Eε (3-3)
式中：E是材料的弹性模量；F是空心柱的截面积；P为探头所受的压入阻力；ε为在压力P下空心柱产生的应变；L为空心柱有效变形长度。对于给定探头，两者均已给定。因此，只要测得应变ε就可以求得应力σ的大小，进而也就知道受力P的大小了。
(2)ε→ΔR 转换为了测得 ε，在空心桩的外周贴上一个阻值为 R 的电阻应变片(图3-4)。空心桩受拉力而产生变形，电阻丝也随之变长。根据电阻定律的公式知：
土体原位测试与工程勘察
式中：L为电阻丝的长度；ρ为电阻丝的电阻率。由于空心桩受力产生ΔL的变化，那么相应电阻R值也将引起ΔR的变化，其关系可表达成：
土体原位测试与工程勘察
式中：K为电阻应变片的灵敏系数。
图3-3 单桥探头结构示意图
图3-4 应变与电阻变化的转换
(3)ΔR→ΔU转换 公式(3-5)表明：已实现了由非电量ε 到电量ΔR 的转换。但是钢材在弹性范围内的变形很小，因而引起的电阻变化ΔR值也是很小的。利用微小的电阻变化去精确计量力的变化很困难，故转而需要利用电桥原理，在空心桩上贴上一组应变片，再经放大器放大，来实现微电压的测量。
下面分析一下电桥原理：电桥线路如图3-5所示。电桥电压为U，R2上的电压降为UBC。在ABC或ADC回路中，电阻R1、R2串联，电流为I1，由欧姆定律可知：
土体原位测试与工程勘察
因此，BC电位差为：
土体原位测试与工程勘察
同理，在ADC回路上，DC的电位差UDC：
土体原位测试与工程勘察
电桥的输出电压ΔU为UBC与UDC之差，即：
土体原位测试与工程勘察
图3-5 电桥原理
显然，为了使电桥平衡，即输出电压为零(检流计无电流)，应有：
R2·R4-R1·R3=0； 或 R1·R3=R2·R4 (3-7)
式(3-7)即为电桥平衡条件。
下面进一步分析输出电压ΔU与电阻变化ΔR，进而与变形ε之间的关系。
分析的对象是等桥臂全桥测量电路，每臂一片，即R1=R2=R3=R4。显然，不受力时，满足电桥平衡条件。四片的贴法如图3-6所示，即：R2和R4顺着空心柱轴线方向贴，使之有正的变化；R1和R3横着空心柱贴，使之有负的变化，四片互为补偿。这样组成的电桥，经推导得知，其输出ΔU的表达式为：
土体原位测试与工程勘察
很显然，式中Kε(1-μ)是非线性项，就是说上式中ΔU并不与ε成正比。对于阻值不大的常规应变片，由于K值较小(2左右)，即使应变较大，Kε(1-μ)项也是很小的，故可将其略去，这样式(3-8)就变成为：
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。
用电阻应变仪量测时，可选用120Ω的片子。利用自动记录仪时，可选用240Ω或360Ω的片子。四片阻值尽量相等，差值最大不要越过0.1Ω，否则对电桥初始平衡不利。可使用直流单电桥等仪器来测量应变片阻值大小。
适合粘贴应变片的粘合剂的种类繁多。目前使用酚醛类粘合剂1720胶较普遍；聚酰亚胺粘合剂也在使用。选用粘合剂应注意使其与应变片胶基相一致。
有关具体贴片工艺这里就不介绍了，因为目的国内已有多种规格型号的商品化传感器由工厂生产出来，供广大工程技术人员选用，其质量一般较好，价格也不贵，除特殊情况外，已不必由使用者去制作它了。
6.温度(t)对传感器的影响及补偿方法
传感器在不受力的情况下，当温度变化时，应变片中电阻丝(亦称线栅)的限值也会发生变化。与此同时，由于线栅材料与空心柱材料的线膨胀系数不一样，使线栅受到附加拉伸或压缩，也会使应变片的阻值发生变化。综合起来，一个贴在空心柱上的应变片因温度(t)变化而引起阻值变化的关系可表达成：
土体原位测试与工程勘察
式中：αt为贴在空心柱上的应变片的电阻温度系数。联系到式(3-5)，应变片由于温度变化而产生的热输出εt为：
土体原位测试与工程勘察
这种热输出是和地层阻力无关的，因此必须设法消除才会使测试成果有意义。在静探技术中，通过采用以下两种办法，基本上可以把温度对传感器的影响，控制在测试精度允许之内。除此之外，温度自补偿应变片在有条件时也可积极使用。
(1)桥路补偿法 就是在制作传感器时精选四片为一批次、规格、阻值、灵敏系数的应变片，以相同的粘接剂和贴片工艺，贴在空心柱上，组成全桥四臂测量电路(四个工作片互为补偿，或两个工作片，两个补偿片)，使温度变化时，补偿片和工作片的(ΔR/R)相等，这就起到了温度补偿作用。
(2)温度校正方法 就是在野外操作时测初读数的变化，内业资料整理时，将其消除。
13421655195：动力触探试验的基本原理
晏会国
：答：按能量守恒原理，一次锤击作用下的功能转换，其关系可写成：Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee (4-1)式中：Em为穿心锤下落能量；Ek为锤与触探器碰撞时损失的能量；Ec为触探器弹性变形所消耗的能量；Ef为贯入时用于克服杆侧壁的摩阻力所耗的能量；Ep为由于土的塑性变形而消耗的能量；Ee为由于土的弹性变形而消耗...
13421655195：什么是静力触探实验原理?
晏会国
：答：静力触探的基本原理就是用准静力（相对动力触探而言，没有或很少冲击荷载）将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系...
13421655195：静力触探的触探试验
晏会国
：答：将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中量测其贯入阻力、锥头阻力及侧壁摩阻力的过程称为静力触探试验。静力触探是工程地质勘察中的一项原位测试方法，可用于：1．划分土层，判定土层类别，查明软硬夹层及土层在水平和垂直方向的均匀性；2．评价地基土的工程特性、容许承载力、压缩性质、不排水抗剪强度、水平...
13421655195：地基动力触探是如何检测的?
晏会国
：答：动力触探仪器试验 （2）首先开挖基础，挖至勘察设计确定的标高（或持力层），然后按基础样式合理布置探孔，对该持力层进行连续触探。（3）探孔设置：一般房屋，独立基础按基础每个基础都应布置探孔；条形基础一般按长度方向6-8m距离布置探孔，位置宜在外墙转角出、内外墙交接出、纵横墙交接处，但单栋房屋...
13421655195：什么是钎探试验?
晏会国
：答：钎探并不是用来测试地基承载力的，它主要是用来检查一下地基是否均匀，有一种叫做动力触探的试验方法是用来检测地基承载力的，它是按每10厘米或每30厘米的锤击次数来判断承载力的大小，即是每10厘米或每30厘米的锤击次越多，其承载力也就越大。若测出来的数值与设计要求的承载力相差太大，侧需请设计...
13421655195：动力触探检测深度达到加固深度以下0.5米 为什么
晏会国
：答：三、动力触探的基本原理 动力触探的锤击能量（重锤重量与落距的乘积），一部分用于克服土对探头的贯入阻力，称为有效能；另一部分消耗于锤与触探杆的碰撞、探杆的弹性变形、克服探杆与孔壁土的摩擦，以及触探器贯入时地基土产生塑性变形所消耗能量、贯入时土的弹性变形消耗的能量等。动力触探的检测方法 ...
13421655195：地基承载力轻型触探检测试验方法是怎样的?
晏会国
：答：地基承载力轻型触探检测试验方法：轻型动力触探锤重10kg，计每贯入30cm锤击数。落距500mm，探头直径40mm，锥角60度。计算每打入30公分的锤击数N，则地基承载力=8*N-20(N为锤击数）。地基承载力（subgrade bearing capacity）是地基土单位面积上随荷载增加所发挥的承载潜力，常用单位KPa,是评价地基稳定性...
13421655195：钎探和动力触探的原理不一样,但是目的是一样,一个地基是否选一种检测...
晏会国
：答：属于人工挖桩的，必须进行动测和钎探，动测试验就是你所谓的动力触探试验，主要就是检测地基达不达的到该工程的嵌岩部位，是否可以承载上部份的建筑传下来的承载力；而钎探主要就是为了在挖桩时检测该桩部位存不存在溶洞之类的问题，避免出现人员伤亡事故。轻型动力触探是利用一定的锤击能量(锤重10kg)，...
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晏会国
：答：动力触探试验是岩土工程勘察常用的一种原位测试方法，该方法是利用一定的落锤质量，将一定尺寸、一定形状的探头打入土中，根据打入的难度，即贯入锤击数，判定土层名称及其工程性质。根据穿心锤质量和提升高度的不同，国内常用的落锤质量为10kg、63.5kg和120kg，分别称为轻型、重型和超重型动力触探。轻型动力...
13421655195：轻型触探仪地基承载力检测方法
晏会国
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