0mm钻杆应用在标贯中的理论分析

2015-08-04 200 0

   标准贯入试验(SPT)是岩土工程勘察中一种常用的方法,是一种集勘探与原位测试与一体的技术手段,这种方法可简单快捷地判定土的性质,在我国和世界大多数国家都得到广泛应用,但目前在实际勘察工作中存在一些问题,本文探讨的是自己曾遇到的一个问题。众所周知,我国《岩土工程勘察规范》GB50021-2001(2009年版)中规定标准贯入试验应采用42mm外径的钻杆,但是目前在岩土工程勘察中为了钻进的安全性,有不少钻机配备的是50mm钻杆,在标贯过程中严格要求其换用42mm钻杆是不太实际的,应用50mm钻杆进行标准贯入试验这种目前我国不规范的做法,很多时候是我们不得不接受的事实,对50mm钻杆的标贯击数究竟该怎样修正?如何对比42mm所建立的修正体系?相信各位同仁也都进行过深刻的思考,对与国外不同规格的钻杆规格又是如何考虑的!
 
  对与标准贯入试验数值N,国外的传统修正包括饱和粉细砂的修正、土的上覆压力修正、地下水位的修正,我国规范并不考虑这些修正,而着重考虑杆长的修正。
 
  杆长修正是依据牛顿碰撞原理,下面是我对50mm钻杆标贯修正对比42mm钻杆的一些理论分析,按主次关系论述如下:
 
  1.能量及动量守恒方面对比
 
  相同长度的50mm钻杆要比42mm钻杆质量大,因此其具有的动能要比用42mm钻杆所具有的动能要小,对应标贯器惯入相同土层能克服摩擦力做功就相对小,也就是说理论状态下惯入相同深度(30cm)所需要的击数就大。
 
  碰撞后的动能比值,42mm钻杆内径32mm,50mm钻杆内径39mm,底面积分别为5.809×10-4m2和7.685×10-4m2,钻杆材料一致,则相同长度m杆50=1.32297m杆42。我们研究比例关系式不难看出其为递减函数,且最大值小于1;不难看出深度越大50mm钻杆的动能损失越大,击数偏差也越大。钻杆钢材型号YB235-70,其密度按7.8×103kg/m3,将已知常量代入上式得到
 
  2.摩擦力方面对比
 
  在实际操作中很难保证钻杆完全垂直,钻杆与孔壁的摩擦无可避免。钻杆与土体之间的摩擦为滑动摩擦,根据滑动摩擦力的大小计算公式:f=μN,摩擦力仅与钻杆的正压力N有关,毋庸置疑50mm钻杆对土体的挤压大于42mm钻杆,因此惯入相同深度的土层,50mm钻杆需要克服更多的摩擦力做功,因此也会使击数较42mm钻杆击数偏大。
 
  3.弹、塑性变形方面对比
 
  以上两个方面都是影响击数相对42mm钻杆偏大的因素,但是50mm钻杆其本身刚度大,在标贯锤与钻杆碰撞过程中弯曲变形较42mm钻杆小,塑性变形小损失的能量也就小。
 
  但是个人认为,标贯试验较浅的情况下钻杆的塑性弯曲变形很小,仅弹性卸荷影响微弱。
 
  综合以上三点,我认为:50mm钻杆进行标准贯入试验其惯入30cm所需击数偏大,但是笔者能力有限无法给出具体比例参数。考虑第二点与第三点在钻具合格的情况下影响较小,可认为二三相互抵消,仅考虑第一点。
 
  对与实际工程中应用,我想每人都有自己的理解与经验,建议各位同仁共同试验研究、讨论,建立修正体系,更希望有关专家能尽快完善修改相应规范、手册,在实际工作中给我们以指导帮助。
 
  参考文献:
 
  1.《岩土工程勘察规范》(GB50021-20012009年版)
 
  2.《工程地质手册》(第四版)

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