圆锥动力触探和标准贯入试验圆锥动力触探试验习惯上称为动力触探试验（DPT：dynamic penetration test）或简称动探，它是利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥形探头打入土中，根据每打入土中一定深度的锤击数（或贯入能量）来判定土的物理力学特性和相关参数的一种原位测试方法。

标准贯入试验习惯上简称为标贯。

它和动力触探在仪器上的差别仅在于探头形式不同，标贯的探头是一个空心贯入器，试验过程中还可以取土。

因为和动力触探试验由许多共同之处，故将其放入同一章中论述。

动力触探和标准贯入试验在国内外应用极为广泛，是一种重要的土工原位测试方法，具有独特的优点：（1）设备简单，且坚固耐用；（2）操作及测试方法容易掌握；（3）适应性广，砂土、粉土、砾石土、软岩、强风化岩石及粘性土均可；（4）快速，经济，能连续测试土层；（5）标准贯入试验可同时取样，便于直接观察描述土层情况；（6）应用历史悠久，积累的经验丰富。

因此，动力触探和标准贯入试验在岩土工程中应用极广。

目前，世界上大多数国家在岩土工程勘察中都不同程度地使用动力触探技术。

其中，美洲、亚洲和欧洲国家应用最广；而日本则几乎把动力触探技术当作了一种万能的土工勘测手段。

试验设备和方法试验设备动力触探使用的设备如图3-1，包括动力设备和贯入系统两大部分。

动力设备的作用是提供动力源，为便于野外施工，多采用柴油发动机；对于轻型动力触探也有采用人力提升方式的。

贯入部分是动力触探的核心，由穿心锤、探杆和探头组成。

图3-1 现场动力触探试验根据所用穿心锤的质量将动力触探试验分为轻型、中型、重型和超重型等种类。

动力触探类型及相应的探头和探杆规格见表3-1。

表3-1 常用动力触探类型及规格类型锤质量/kg落距/cm探头规格探杆外径/mm触探指标（贯入一定深度的锤击数）备注锥角/底面积/cm2轻型10105030604512.64.92512贯入30cm锤击数N10贯入10cm锤击数N10工民建勘察规范等推荐英国BS规程中型28 80 60 30 33.5 贯入10cm锤击数N28工民建勘察规范推荐重型63.5 76 60 43 42 贯入10cm锤击数N63.5岩土工程勘察规范推荐超重型120 100 60 43 60 贯入10cm锤击数N120水电部土工试验规程推荐在各种类型的动力触探中，轻型适用于一般粘性土及素填土，特别适用于软土；重型适用于砂土及砾砂土；超重型适用于卵石、砾石类土。

穿心锤的质量之所以不同，是由于自然界土类千差万别；锤重动能大，可击穿硬土；锤小动能小，可击穿软土，又能得到一定锤击数，使测试精度提高。

现场测试时应根据地基土的性质选择适宜的动探类型。

虽然各种动力触探试验设备的重量相差悬殊，但其仪器设备的形式却大致相同。

图3-2示出了目前常用的机械式动力触探中的轻型动力触探仪的贯入系统，它包括了穿心锤、导向杆、锤垫、探杆和探头五个部分。

其他类型的贯入系统在结构上与此类似，差别主要表现在细部规格上。

轻型动力触探使用的落锤质量小，可以使用人力提升的方式，故锤体结构相对简单；重型和超重型动力触探的落锤质量大，使用时需借助机械脱钩装置，故锤体结构要复杂得多。

常用的机械脱钩装置（提引器）的结构各异，但基本上可分为两种形式：图3-2轻型动力触探仪（单位：mm）图3-3偏心轮缩径式1-穿心锤；2-钢时与锤垫；3-触探杆；1-上导杆；2-下导杆；3-吊环；4-偏心轮；4-圆锥探头；5-导向杆5-穿心锤；6-锤座（1）内挂式（提引器挂住重锤顶帽的内缘而提升），它是利用导杆缩径，使提引器内活动装置（钢球、偏心轮或挂钩等）发生变位，完成挂锤、脱钩及自由下落的往复过程。

内挂式脱钩装置如图3-3所示。

（2）外挂式（提引器挂住重锤顶帽的外缘而提升），它是利用上提力完成挂锤，靠导杆顶端所设弹簧锥套或凸块强制挂钩张开，使重锤自由下落。

20世纪80年代前，国内外都用手拉绳（或卷扬机）提锤、放锤，和现在的自动脱钩式方式不同。

国际上使用的探头规格较多，而我国的常用探头直径约5种，锥角基本上只有60 一种。

图3-4是重型和超重型探头的结构图。

标准贯入使用的仪器除贯入器外与重型动力触探的仪器相同。

我国使用的贯入器如图3-5。

试验方法（一）轻型、重型、超重型动力触探的测试程序和要求1．轻型动力触探（1）先用轻便钻具钻至试验土层标高以上0.3m处，然后对所需试验土层连续进行触探。

（2）试验时，穿心锤落距为（0.50±0.02）m，使其自由下落。

记录每打入土层中0.30m 时所需的锤击数（最初0.30m可以不记）。

（3）若需描述土层情况时，可将触探杆拨出，取下探头，换钻头进行取样。

（4）如遇密实坚硬土层，当贯入0.30m所需锤击数超过100击或贯入0.15m超过50击时，即可停止试验。

如需对下卧土层进行试验时，可用钻具穿透坚实土层后再贯入。

（5）本试验一般用于贯入深度小于4m的土层。

必要时，也可在贯入4m后，用钻具将孔掏清，再继续贯入2m。

2．重型动力触探（1）试验前将触探架安装平稳，使触探保持垂直地进行。

垂直度的最大偏差不得超过2%。

触探杆应保持平直，连结牢固。

（2）贯入时，应使穿心锤自由落下，落锤高度为（0.76±0.02）m。

地面上的触探杆的高度不宜过高，以免倾斜与摆动太大。

（3）锤击速率宜为每分钟15-30击。

打入过程应尽可能连续，所有超过5min的间断都应在记录中予以注明。

（4）及时记录每贯入0.10m所需的锤击数。

其方法可在触探杆上每0.1m划出标记，然后直接（或用仪器）记录锤击数；也可以记录每一阵击的贯入度，然后再换算为每贯入0.1m所需的锤击数。

最初贯入的lm内可不记读数。

（5）对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过12~15m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻影响。

（6）每贯入0.1m所需锤击数连续三次超过50击时，即停止试验。

如需对下部土层继续进行试验时，可改用超重型动力触探。

（7）本试验也可在钻孔中分段进行，一般可先进行贯入，然后进行钻探，直至动力触探所测深度以上1m处，取出钻具将触探器放入孔内再进行贯入。

3．超重型动力触探（1）贯入时穿心锤自由下落，落距为（1.00±0.02）m。

贯入深度一般不宜超过20m，超过此深度限值时，需考虑触探杆侧壁摩阻的影响。

（2）其他步骤可参照重型动力触探进行。

（二）标准贯入试验1．试验方法标准贯入试验的设备和测试方法在世界上已基本统一。

按水电部土工试验规程SD128-86规定，其测试程序和相关要求如下：（1）先用钻具钻至试验土层标高以上0.15m处，清除残土。

清孔时，应避免试验土层受到扰动。

当在地下水位以下的土层中进行试验时，应使孔内水位保持高于地下水位，以免出现涌砂和塌孔；必要时，应下套管或用泥浆护壁。

（2）贯入前应拧紧钻杆接头，将贯入器放入孔内，避免冲击孔底，注意保持贯入器、钻杆、导向杆联接后的垂直度。

孔口宜加导向器，以保证穿心锤中心施力。

贯入器放入孔内后，应测定贯入器所在深度，要求残土厚度不大于0.1m。

（3）将贯入器以每分钟击打15~30次的频率，先打入土中0.15m，不计锤击数；然后开始记录每打入0.10m及累计0.30m的锤击数N，并记录贯入深度与试验情况。

若遇密实土层，锤击数超过50击时，不应强行打入，并记录50击的贯入深度。

（4）旋转钻杆，然后提出贯入器，取贯入器中的土样进行鉴别、描述记录，并测量其长度。

将需要保存的土样仔细包装、编号，以备试验之用。

（5）重复1~4步骤，进行下一深度的标贯测试，直至所需深度。

一般每隔1m进行一次标贯试验。

2．注意事项：钻孔时应注意下列各条。

（1）须保持孔内水位高出地下水位一定高度，以免塌孔，保持孔底土处于平衡状态，不使孔底发生涌砂变松，影响N值；（2）下套管不要超过试验标高；（3）须缓慢地下放钻具，避免孔底土的扰动；（4）细心清除孔底浮土，孔底浮土应尽量少，其厚度不得大于10cm；（5）如钻进中需取样，则不应在锤击法取样后立刻做标贯，而应在继续钻进一定深度（可根据土层软硬程度而定）后再做标贯，以免人为增大N值；（6）钻孔直径不宜过大，以免加大锤击时探杆的晃动；钻孔直径过大时，可减少N至50%，建议钻孔直径上限为100mm，以免影响N值。

标贯和圆锥动力触探测试方法的不同点，主要是不能连续贯入，每贯入0.45m必须提钻一次，然后换上钻头进行回转钻进至下一试验深度，重新开始试验。

另外，标贯试验不宜在含有碎石的土层中进行，只宜用于粘性土、粉土和砂土中，以免损坏标贯器的管靴刃口。

基本测试原理动力触探是将重锤打击在一根细长杆件（探杆）上，锤击会在探杆和土体中产生应力波，如果略去土体震动的影响，那么动力触探锤击贯入过程可用一维波动方程来描述。

动力触探基本原理也可以用能量平衡法来分析，现将分析方法叙述如下。

对于一次锤击作用下的功能转换，按能量守恒原理，其关系可写成：E m=E k+E c+E f+E p+E e（3-1）式中：E m——穿心锤下落能量；E k——锤与触探器碰撞时损失的能量；E e——触探器弹性变形所消耗的能量；E f——贯入时用于克服杆侧壁摩阻力所耗能量；E p——由于土的塑性变形而消耗的能量；E e——由于土的弹性变形而消耗的能量。

各项能量的计算式如下：落锤能量：E m=Mgh· （3-2）式中：M ——重锤质量；h ——重锤落距； g ——重力加速度；η——落锤效率（考虑受绳索、卷筒等摩擦的影响，当采用自动脱钩装置时η=1）。

碰撞时的能耗，根据牛顿碰撞理论得：mM k Mgh m E k +-⋅=)1(2 （3-3） 式中：M ，g ，h ——意义同（3-2）式；m ——触探器质量；k ——与碰撞体材料性质有关的碰撞作用恢复系数。

触探器弹性变形的能耗：EalR E c 22⋅=（3-4） 式中：l ——触探器贯入部分长度；E ——探杆材料弹性模量： a ——探杆截面积：R ——土对探头的贯入总阻力（kN ）。

土的塑性变形能：E P =R ·S P （3-5）式中：R ——意义同（3-4）式：S p ——每锤击后土的永久变形量（可按每锤击时实测贯入度e 计）。

土的弹性变形能：E e =0.5R ·S e （3-6）式中：R ——意义同（3-4）式；S e ——每锤击时土的弹性变形量。

S e 值在试验时未测出，可利用无限半空间上作用集中荷载时的明德林（Mindlin ）解答并通过击数与土的刚度建立的如下关系确定。

β⋅⋅⋅⋅=066.0p N A DR S e （3-7） 式中：R ——意义同（3-4）式；D ——探头直径（m ）； A ——探头截面积（m2）：N ——永久贯入量为0.1m 时的击数； p 0——基准压力，p 0=1kPa ；β——土的刚度系数（经验值：粘性土，β=800；砂土，β=4000）。