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    动力触探杆长适应性及其修正试验

    李会中 郭飞 傅少君 郝文忠 李志

    李会中, 郭飞, 傅少君, 郝文忠, 李志, 2016. 动力触探杆长适应性及其修正试验. 地球科学, 41(7): 1249-1258. doi: 10.3799/dqkx.2016.103
    引用本文: 李会中, 郭飞, 傅少君, 郝文忠, 李志, 2016. 动力触探杆长适应性及其修正试验. 地球科学, 41(7): 1249-1258. doi: 10.3799/dqkx.2016.103
    Li Huizhong, Guo Fei, Fu Shaojun, Hao Wenzhong, Li Zhi, 2016. Adaptation and Correction of Dynamic Penetration Rod Length. Earth Science, 41(7): 1249-1258. doi: 10.3799/dqkx.2016.103
    Citation: Li Huizhong, Guo Fei, Fu Shaojun, Hao Wenzhong, Li Zhi, 2016. Adaptation and Correction of Dynamic Penetration Rod Length. Earth Science, 41(7): 1249-1258. doi: 10.3799/dqkx.2016.103

    动力触探杆长适应性及其修正试验

    doi: 10.3799/dqkx.2016.103
    基金项目: 

    水利部公益性行业科研专项经费项目 201201039

    详细信息
      作者简介:

      李会中(1964-),男,硕士,教授级高工,主要从事水利水电(岩土)工程勘察、设计与科研工作.E-mail:lihz8@163.com

      通讯作者:

      郭飞,E-mail:ybbnui.2008@163.com

    • 中图分类号: P64

    Adaptation and Correction of Dynamic Penetration Rod Length

    • 摘要: 西部地区河床深厚覆盖层勘探取样及工程特性是水电工程地质勘察中常遇技术难题,动力触探(dynamic penetration test,DPT)因操作简单、适用土类多而成为西部地区河床覆盖层原位测试首选方法.现行规范仅给出了20 m杆长范围的修正方法,但对超此范围重型、超重型动力触探杆长适用性及修正问题,长期以来业内则颇多争议却少有研究.鉴于此,利用现场试验与数值模拟相结合,通过对动力触探试验杆上各测点应变现场实测并得到各测点应力分布,再利用LS-DYNA软件进行反演分析并确定相关计算参数,而后进行杆长25 m、40 m、60 m、80 m、120 m的数值模拟计算得到了杆长适用范围及修正系数.试验研究方法及成果可供类似问题研究与深厚覆盖层地区工程勘察借鉴或参考.

       

    • 图  1  现场试验场地

      Fig.  1.  The site of field test

      图  2  现场试验应变测试系统

      Fig.  2.  The strain measuring system of field test

      图  3  应变计布置

      a.25.87 m;b.40.92 m;c.46.85 m

      Fig.  3.  The distribution of strain gauge

      图  4  杆长25.87 m动力触探试验过程沿杆应力分布情况

      a.第18次锤击时各测点应力-时间曲线;b.第18次锤击时应力包络线;c.第30次锤击时各测点应力-时间曲线;d.第30次锤击时应力包络线

      Fig.  4.  The stress distribution along the rod of DPT, with the rod length of 25.87 m

      图  5  杆长40.92 m动力触探试验过程沿杆应力分布情况

      a.第21次锤击时各测点应力-时间曲线;b.第21次锤击时应力包络线;c.第41次锤击时各测点应力-时间曲线;d.第41次锤击时应力包络线

      Fig.  5.  The stress distribution along the rod of DPT, with the rod length of 40.92 m

      图  6  杆长46.85 m动力触探试验过程沿杆应力分布情况

      a.第20次锤击时各测点应力-时间曲线;b.第20次锤击时应力包络线;c.第40次锤击时各测点应力-时间曲线;d.第40次锤击时应力包络线

      Fig.  6.  The stress distribution along the rod of DPT, with the rod length of 46.85 m

      图  7  动力触探数值模拟网格模型

      Fig.  7.  The meshes model of numerical simulation of DPT

      图  8  阻尼系数与杆长关系

      Fig.  8.  The correlation between damping coefficients and rod length

      图  9  杆长25.87 m、40.92 m和46.85 m数值模拟结果

      a, c, e分别代表杆长25.87 m、40.92 m和46.85 m的各测点应力与时间关系曲线;b, d, f分别代表杆长25.87 m、40.92 m和46.85 m应力包络线

      Fig.  9.  The numerical simulation results of DPT with the rod length of 25.87 m, 40.92 m and 46.85 m

      图  10  杆底端应力与土体弹性模量的关系

      Fig.  10.  The relation between stress at the bottom of rod and elastic modulus of soil

      图  11  杆径50 mm、落锤质量120 kg时各工况应力包络线(考虑阻尼系数)

      Fig.  11.  The stress envelope of each condition when the rod diameter is 50 mm and the mass of drop hammer is 120 kg

      图  12  杆径50 mm、落锤质量120 kg时各工况应力包络线(未考虑阻尼系数)

      Fig.  12.  The stress envelope of each condition when the rod diameter is 50 mm and the mass of drop hammer is 120 kg

      表  1  动力触探现场试验应力沿杆长变化规律

      Table  1.   The rules of stress among the rod length in the field DPT

      杆长(m)杆顶应力(MPa)杆底应力(MPa)衰减比例(%)沿杆长应力变化规律公式
      25.871609540.63y=0.143 4x2-0.203 6x-181.330 0
      40.921407050.00y=0.048 5x2-1.025 8x-137.000 0
      46.851406851.43y=0.021 8x2+0.337 0x-138.540 0
       注:y为应力;x为杆长.
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      表  2  数值试验模型尺寸

      Table  2.   The model size of numerical simulation

      材料(kg)外径(cm)内径(cm)高度(cm)
      落锤63.526.00.015.0
      落锤120.028.00.024.8
      150.00.01 000.0
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      表  3  主要计算参数

      Table  3.   The main calculation parameters

      材料密度(g/cm3)弹性模量(Pa)泊松比
      落锤7.852.10×10110.269
      探杆7.852.16×10110.269
      1.806.00×1060.300
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      表  4  探杆底端计算参数

      Table  4.   The parameters of rod at the bottom

      序号弹性模量(Pa)杆长(m)/杆径(mm)
      13.00×10640/50
      26.00×10640/50
      310.00×10640/50
      420.00×10640/50
      530.00×10640/50
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      表  5  数值计算工况

      Table  5.   The calculation conditions of numerical simulation

      工况序号重锤(63.5 kg)超重锤(120.0 kg)
      杆径42 mm (a)杆径50 mm (b)杆径50 mm (c)
      工况1252525
      工况2404040
      工况3606060
      工况4808080
      工况5120120120
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      表  6  动力触探数值模拟应力沿杆长变化规律

      Table  6.   The rules of stress among the rod length in the numerical simulation of DPT

      杆长(m)/杆径(mm)考虑阻尼系数未考虑阻尼系数
      杆顶应力(MPa)杆底应力(MPa)衰减比例(%)杆顶应力(MPa)杆底应力(MPa)衰减比例(%)
      25/502019353.92101909.5
      40/502016468.421018511.9
      60/501983681.721018312.9
      80/502011990.020918014.3
      120/50201597.321017815.2
       注:换算得到的杆底应力为多位小数,这里只作说明,故取整数;两个方案第1个监测点选取不同,考虑阻尼系数时,第1个监测点距离杆顶0.7 m,不考虑阻尼系数时,第1个监测点距离杆顶0.6 m.
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      表  7  重型动力触探锤击数杆长修正系数

      Table  7.   The modified coefficients of rod length of heavy dynamic penetration

      杆长(m)杆底冲击力(kN)有效能(N·m)杆长修正系数水工公式列出的杆长修正系数有效能公式列出的杆长修正系数
      290.954421.2311.001.001.00
      478.137411.2040.970.97-
      670.640383.3200.910.920.94
      963.143358.0460.850.860.84
      1257.824345.4090.820.810.79
      1553.698332.7720.790.770.74
      1850.327324.3480.770.730.71
      2147.477311.7110.740.700.68
      2445.008299.0740.710.670.65
      2742.830290.6490.690.650.63
      3040.882278.0120.660.620.61
      3339.120269.5880.640.60-
      3637.511261.1630.620.580.57
      3936.031252.7390.600.57-
      4234.660240.1020.570.550.55
      4533.385231.6770.550.54-
      4832.191223.2520.530.53-
      5131.071219.0400.520.520.52
      6626.303181.1290.43-0.48
      6925.481176.9170.42--
      7224.694168.4920.40--
       注:杆长修正系数利用式(2) 计算得出;水工公式、有效能公式列出的杆长修正系数见林宗元(2005);-表示未列出.
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      表  8  超重型动力触探锤击数杆长修正系数

      Table  8.   The modified coefficients of rod length of extra heavy dynamic penetration

      杆长(m)杆底冲击力(kN)有效能(N·m)杆长修正系数水工公式列出的杆长修正系数有效能公式列出的杆长修正系数
      2136.7771 124.8031.001.001.00
      4117.5841 079.8110.960.97-
      6106.3561 057.3150.940.920.94
      995.1291 023.5710.910.860.84
      1287.163978.5790.870.810.79
      1580.984944.8350.840.770.74
      1875.936899.8420.800.730.71
      2171.667877.3460.780.700.68
      2467.970821.1060.730.670.65
      2764.708798.6100.710.650.63
      3061.791776.1140.690.620.61
      3359.152753.6180.670.60-
      3656.742719.8740.640.580.57
      3954.526697.3780.620.57-
      4252.474674.8820.600.550.55
      4550.564652.3860.580.54-
      4848.776629.8900.560.53-
      5147.098607.3940.540.520.52
      6639.958584.8980.52-0.48
      6938.728562.4020.50--
      7237.549551.1530.49--
      7835.333517.4090.46--
      8134.288506.1610.45-0.45
      8433.281483.6650.43--
      8732.309472.4170.42--
      9031.370461.1690.41--
      9330.462449.9210.40--
      9629.583427.4250.38-0.44
      9928.731416.1770.37--
      10227.905404.9290.36-0.43
      10527.102393.6810.35--
      10826.320382.4330.34--
      11125.556371.1850.33--
      11424.808359.9370.32--
       注:杆长修正系数利用式(2) 计算得出;水工公式、有效能公式列出的杆长修正系数见林宗元(2005);-表示未列出.
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    出版历程
    • 收稿日期:  2015-09-30
    • 刊出日期:  2016-07-15

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