CN113959874B - 一种基于锤击能量量测的动力触探动贯入阻力计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于锤击能量量测的动力触探动贯入阻力计算方法，通过探头处加装的加速度传感器和应变片，测试得到锤击过程中探头加速度和探头处应变随时间的变化量，并量测锤击贯入度；通过资料收集或室内试验测量得到探头上部传感器加装处的截面积和弹性模量；对加速度和应变进行积分运算得到锤击传到探头处的锤击能量；对加速度进行二次积分的到锤击能量测点的最大位移量，用最大位移量减去位移量测点到探头处的变形量和贯入度，得到土体的弹性变形量；根据土体的弹性变形能和塑性变形能等于探头处的锤击能量，通过等式变换计算即可得到动力触探过程中土体的动贯入阻力。本发明与现有的动贯入阻力量测方法(荷兰公式)相比，具有考虑探杆的弹性变形，考虑探杆与土体侧壁摩擦力的影响，考虑土体的弹性变形，计算结果更为精确的优点。

Description

一种基于锤击能量量测的动力触探动贯入阻力计算方法
技术领域
本发明涉及一种基于锤击能量量测的动力触探动贯入阻力计算方法，属于岩土工程原位试验技术领域。
背景技术
圆锥动力触探试验是利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据打入时的阻抗大小判别土层的变化，对土层进行分层，估计土层的物理力学性质指标，鉴别土的密实度，具有简便、易行的特点，在岩土工程原位勘察和检测领域应用广泛。以动贯入阻力作为动力触探指标，具有以下意义：采用单位面积上的动贯入阻力作为计量指标，有明确的力学量纲，便于与其他物理量进行对比；为逐步走向读数量测自动化(例如应用电测探头)创造相应条件；便于对不同的触探参数(落锤能量、探头尺寸)的成果资料进行对比分析。
现有的动贯入阻力计算方法主要为荷兰公式，其在计算工程中要基于以下几点假定：探杆为刚性体；不考虑探杆与土体侧壁摩擦力的影响；略去土体的弹性变形。
基于以上假定建立的物理模型与真实的圆锥动力触探试验过程差距较大。
针对上述问题，本发明以圆锥动力触探能量量测为基础，结合加速度传感器积分计算，提供一种基于锤击能量量测的动力触探动贯入阻力计算方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于锤击能量量测的动力触探动贯入阻力计算方法，以解决现有动贯入阻力计算公式(荷兰公式)中需假定探杆为刚性体、不考虑探杆与土体侧壁摩擦力影响、且需略去土体弹性变形中假定过多和现实条件差距较大的不足。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种基于锤击能量量测的动力触探动贯入阻力计算方法，包括以下步骤：
①通过探头处加装的加速度传感器和应变片测试获取锤击过程中探头加速度和探头处应变随时间的变化量g(t)、ε(T)，并量测锤击过程中探杆的下降量：动力触探贯入度e；
②锤击结束后所有的弹性变形恢复，只剩塑性变形保留，探杆为金属材料，其动力触探贯入度e等于土体的塑性变形；
③通过资料收集或室内试验测量得到探头上部传感器加装处的截面积A和弹性模量E；
④锤击传到探头处的能量E总为：
Figure BDA0003317554320000021
其中，T0为锤击过程起始时间，T1为锤击过程结束时间；
能量量测处到探头锤尖处的最大变形量Δl为：
Δl＝εmaxl
其中，I为探头上部传感器加装处到探头锤尖处的长度；
⑤将锤击过程中探头加速度g(t)进行积分，获取锤击过程中速度对时间的变化函数v(T)：
Figure BDA0003317554320000031
其中，T为锤击作用时间变量；
⑥将速度v(T)对时间进行积分，获取位移对时间的变化函数X(T′)：
Figure BDA0003317554320000032
其中，T′为锤击作用时间变量；
并在坐标系中绘制位移-时间图像，在图像中找到最高点，得到加速度传感器量测点位移量X(T′)的最大值xmax；
⑦加速度传感器量测点的位移最大值由加速度传感器量测处到探头尖端的弹性变形量、土体的弹性变形、动力触探贯入度e组成，计算公式如下：
xmax＝se+Δl+e
其中，Δl为探头上部传感器加装处到探头锤尖处的最大变形量；
土体弹性应变se的计算式为：
se＝xmax-Δl-e
⑧传递到探头处的锤击能量被土体的弹性变形和塑性变形而消耗，消耗公式为：
E总＝Ep+Ee＝0.5Rdse+Rde
其中，Ep为为克服土体的塑性变形而消耗的能量，Ee为为克服土体的弹性变形而消耗的能量；
动力触探动贯入阻力Rd的计算公式如下：
Figure BDA0003317554320000041
本发明的有益效果在于：考虑探杆的弹性变形、探杆与土体侧壁摩擦力的影响、土体的弹性变形，建立的物理模型与真实的圆锥动力触探试验过程更为相近。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明的加速度传感器应变片安装位置示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，一种基于锤击能量量测的动力触探动贯入阻力计算方法，以解决现有动贯入阻力计算公式(荷兰公式)中需假定探杆为刚性体、不考虑探杆与土体侧壁摩擦力影响、且需略去土体的弹性变形中假定过多和现实条件差距较大的不足。
本发明采取的技术方案为：
如图2所示，通过探头处加装的加速度传感器和应变片测试得到锤击过程中探头加速度和探头处应变随时间的变化量g(t)、ε(T)、并量测锤击过程中探杆的下降量，即动力触探贯入度e。
锤击结束后所有的弹性变形恢复，只剩塑性变形保留，探杆为金属材料其塑性变形可以忽略不记，因此认为动力触探贯入度e等于土体的塑性变形。
通过资料收集或室内试验测量得到探杆的截面积A和弹性模量E。
则锤击传到探头处的能量E总可由式(1)表示：
Figure BDA0003317554320000051
能量量测处到探头锤尖处的最大变形量可由式(2)表示：
Δl＝εmaxl (2)
将加速度g(t)进行积分得到锤击过程中速度对时间的变化函数v(T)，由式(3)表示：
Figure BDA0003317554320000052
将速度v(T)对时间进行积分的到位移对时间的变化函数X(T′)，由式(4)表示：
Figure BDA0003317554320000053
并在坐标系中绘制位移-时间(X(T′)-T′)图像，在图像中找到最高点，得到加速度传感器量测点位移量X(T′)的最大值xmax。
加速度传感器量测点的位移最大值由加速度传感器量测处到探头尖端的弹性变形量、土体的弹性变形、土体的塑性变形(动力触探贯入度e)组成，可由式(5)表示：
xmax＝se+Δl1+e (5)
将式(5)变形可得土体弹性应变的计算式，式(6)：
se＝xmax-Δl1-e (6)
传递到探头处的锤击能量主要被土体的弹性变形和塑性变形而消耗，可由式(7)表示：
E总＝Ee+Ep＝0.5Rdse+Rde (7)
将式(1)带入上式可得动力触探动贯入阻力Rd的，如式(8)所示：
Figure BDA0003317554320000061
综上所述，本发明通过探头处加装的加速度传感器和应变片测试得到锤击过程中探头加速度和探头处应变随时间的变化量，并量测锤击贯入度；通过资料收集或室内试验测量得到探杆的截面积和弹性模量。对加速度和应变进行积分运算得到锤击传到探头处的锤击能量；对加速度进行二次积分的到锤击能量测点的最大位移量，用最大位移量减去位移量测点到探头处的变形量和贯入度，得到土体的弹性变形量；传递到锤击能量测点的能量主要由土体的弹性变形和塑性变形而消耗，可得到土体的弹性变形能和塑性变形能等于探头处锤击能量；通过等式变换计算即可得到动力触探过程中土体的动贯入阻力。本发明与现有的动贯入阻力量测方法(荷兰公式)相比，具有考虑探杆的弹性变形，考虑探杆与土体侧壁摩擦力的影响，考虑土体的弹性变形，建立的物理模型与真实的圆锥动力触探试验过程更为相近的优点。

Claims (1)

1.一种基于锤击能量量测的动力触探动贯入阻力计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
①通过探头处加装的加速度传感器和应变片测试获取锤击过程中探头加速度和探头处应变随时间的变化量g(t)、ε(T)，并量测锤击过程中探杆的下降量：动力触探贯入度e；
②锤击结束后所有的弹性变形恢复，只剩塑性变形保留，探杆为金属材料，其动力触探贯入度e等于土体的塑性变形；
③通过资料收集或室内试验测量得到探头上部传感器加装处的截面积和弹性模量的截面积A和弹性模量E；
④锤击传到探头处的能量E总为:
Figure FDA0003317554310000011
其中，T0为锤击过程起始时间，T1为锤击过程结束时间；
探头上部传感器加装处到探头锤尖处的最大变形量Δl为：
Δl＝εmaxl
其中，l为探头上部传感器加装处到探头锤尖处的长度；
⑤将锤击过程中探头加速度g(t)进行积分，获取锤击过程中速度对时间的变化函数v(T)：
Figure FDA0003317554310000012
其中，T为锤击作用时间变量；
⑥将速度v(T)对时间进行积分，获取位移对时间的变化函数X(T′)：
Figure FDA0003317554310000021
其中，T′为锤击作用时间变量；
并在坐标系中绘制位移-时间X(T′)函数图像，在图像中找到最高点，得到加速度传感器量测点位移量X(T′)的最大值xmax；
⑦加速度传感器量测点的位移最大值由探头上部传感器加装处到探头尖端的弹性变形量、土体的弹性变形、动力触探贯入度e组成，计算公式如下：
xmax＝se+Δl+e
其中，Δl为探头上部传感器加装处到探头锤尖处的最大变形量；
土体弹性应变se的计算式为：
se＝xmax-Δl-e
⑧传递到探头处的锤击能量被土体的弹性变形和塑性变形而消耗，消耗公式为：
E总＝Ee+Ep＝0.5Rdse+Rde
其中，Ep为为克服土体的塑性变形而消耗的能量，Ee为为克服土体的弹性变形而消耗的能量；
动力触探动贯入阻力Rd的计算公式如下：
Figure FDA0003317554310000022
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103306255B (zh) * 2013-07-01 2014-12-31 浙江大学 无探杆箱式动力触探仪及其触探方法
CN104164860B (zh) * 2014-08-12 2015-12-02 东南大学 用于海底浅层土体的自落式孔压动力触探装置
CN106885747A (zh) * 2017-04-10 2017-06-23 东北农业大学 基于瞬态加速度检测的土壤贯入特性测量方法及装置
CN108931449A (zh) * 2018-04-09 2018-12-04 中国地震局工程力学研究所 一种利用标定罐的可变能量动力触探方法
CN208121737U (zh) * 2018-04-23 2018-11-20 四川省地质工程勘察院 圆锥动力触探自动记录试验装置
CN109283076B (zh) * 2018-08-03 2020-12-15 天津大学 基于动力触探指标标定系统评价钙质土相对密实度的方法

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