(1)常用靜力觸探儀器介紹
1.CLD靜力觸探-十字板剪切兩用儀
由四川省建築科學研究院和華東電力設計院研制，目前由上海新威機械廠、浙江南光地質儀器廠和江蘇如臯工程勘察機械廠生產(見本書第六章圖6-3)。
型號CLD-1最大侵徹力2t，總重(含工具)0.2t，探頭面積10cm2，葉片尺寸50mm×100mm×2mm，主機重量50kg，最大外形尺寸100cm× 30cm× 6550。該機輕便、多功能，特別適用於軟土地區。
CLD-3型，最大突防力3t，主機重65kg，可兩側手動操作。主機架比CLD-1型堅固，其他規格與CLD-1型相同。與CLD-1相比，該機的穿透力更大、更輕，穿透深度也相應增加。
2.懸掛式靜電探測器
由鐵道部科學研究院第三設計院設計，浙江寧波勘測機械廠(現鎮海電信廠勘測機械分廠)生產，型號為DY-5。該機體積小，重量輕，結構緊湊，屬於輕型靜電檢測儀。其主要技術參數如下:額定鉆進力為5t，額定起拔力為7.6t，鉆進速度為0.5-1.6m/min，起拔速度為3m/min，油缸行程為0.5m..
MJ-2型拖曳式靜力觸探機由中國船舶工業集團公司勘測研究院研制，杭州富陽科學儀器廠生產，具有輕便、靈活、占地面積小、性能穩定等優點，是壹種中型觸探設備。其主要性能和技術規格如下:總侵徹力10t，侵徹速度1m/min，拉速2m/min，最大行程1.2m，整機重430kg，外形尺寸385cm×135cm×230cm，功率3.5/。
3.靜力觸探車
目前國內生產CPT車輛的廠家很多，主要有浙江寧波勘測機械廠、江蘇如臯勘測機械廠、大連擔架機械廠、沈陽探礦機械廠、上海地質儀器廠等。各廠生產的貫入車的貫入能力達到了20t，並且都有封閉的車皮，可以用於野外作業，不受氣候條件的影響。
浙江寧波勘測機械廠的產品規格見表2-2。
(2)探針
1.探頭的類型和規格
探頭是靜力觸探儀的關鍵部件。它包括摩擦缸和錐頭兩部分，有嚴格的規格和質量要求。目前國內外使用的探頭可分為三種類型(見圖2-22)。
(1)專用(橋式)探頭:是中國特有的探頭類型。它連接錐頭和外套，因此只能測量壹個參數。這種探頭結構簡單，成本低廉，經久耐用，是國內使用最廣泛的探頭。對我國靜力觸探技術的發展和應用起到了積極的推動作用。自60年代初應用以來，積累了相當豐富的經驗，建立了大量試驗結果與土的工程性質之間的經驗關系。由於測試成本低，被勘測單位廣泛采用。但需要指出的是，這種探頭功能少，規格與國際標準不統壹，不便於國際交流，應用受到限制。
(2)兩用(橋式)探頭:是將錐頭與摩擦圓筒分開，能同時測量錐頭阻力和側壁摩擦力兩個參數的探頭。國內外廣泛使用，用途廣泛。
表2-2寧波勘測機械廠生產的貫入儀
(3)多用(孔壓)探頭:壹般是在兩用探頭的基礎上，安裝壹個能測量觸探時產生的超孔隙水壓力的探頭。70年代末，在國外得到應用。國內引進了很多種類的靜電探測儀，比如中國地質大學引進的輝固。國內已研制成功，如上海同濟大學研制的孔隙壓力探頭，浙江溫嶺南光地質儀器廠已生產。還有鐵道部研究院研制的孔隙壓力探頭。孔隙壓力探針至少可以測量三個參數，即錐尖阻力、側壁摩阻力和孔隙水壓力。它功能多，用途廣，在國外已得到廣泛應用。在中國，也會越來越多地使用。
另外還有多功能探頭，可以測量波速、井斜、溫度、密度，就不壹壹介紹了。常見探頭規格見表2-3。
探頭功能越多，測試結果越多，應用越廣。但相應的測試成本和維護成本也較高。因此，應根據測試目的和條件選擇合適的探頭。表2-3所列的探頭底部面積不同，主要是為了適應不同的土壤強度。探頭的底面積越大，它所能承受的抗壓強度就越高；另壹個原因是有更多的空間來安裝額外的傳感器。但在壹般土層中，應優先選用國際標準的探頭，即頂角為60°，底面積為65，438+00 cm2，側壁摩擦筒表面積為65，438+050 cm2的探頭，以便進行技術交流，便於應用和集思廣益。
圖2-22靜力觸探探頭的類型
A.壹次性探針；b .兩用探頭；c .多用途探針
1—錐頭；2-頂柱；3—電阻應變儀；4傳感器；5—外套管；6—單探針的探針管或雙探針側壁的傳感器；7—單用途探頭的探桿接頭或雙用途探頭的摩擦筒；8—探針接頭；l——壹次性探針的有效側壁長度；d-錐頭直徑；α錐角
表2-3常用探頭規格
2.與探針設計相關的問題
這個問題可以簡單解釋為:①探頭空心柱與其頂柱之間要有良好的接觸，頂珠接觸最好，可以使傳感器受力均勻，易於加工。②用於加工空心柱(彈性元件)的鋼材應具有強度高、彈性好、性能穩定、熱膨脹系數小、耐腐蝕的特點。國內壹般選用60Si2Mn(彈簧鋼)和40CrMn鋼制作空心柱。其他零件可采用40Cr或45鋼，需要熱處理。③根據公式(2-41)，空心柱的應變與地層阻力和空心柱的環空截面積有關。在同樣的地層阻力下，應變越大(即越敏感)，所能承受的最大載荷越小。要兼顧兩者，如上所述，可以選擇好鋼。但這還不夠。為了滿足不同區域、不同軟硬土層的穿透需要，廠家壹般會生產幾種不同額定載荷的探頭(空心柱材料壹定時，相當於不同的截面積)。壹般在軟土地區可以選擇更靈敏的額定載荷更小的探頭；反之，選擇額定負載較大的探頭。④鐵道部《靜力觸探試驗技術規程》(TBJ37-93)規定探頭規格、各部分加工公差及更新標準應符合表2-4、表2-5、圖2-23、圖2-24的要求；⑤探頭的絕緣性能應符合下列規定:探頭出廠時的絕緣電阻應大於500MΩ，恒壓保持500kPa小時。現場試驗用探頭的絕緣電阻應不低於20MΩ。⑥對於各種探頭，從圓錐體底部起1000mm長度範圍內，與其連接的任何桿件的直徑不得大於探頭直徑；為了減少探頭和土壤之間的摩擦阻力，當有必要增加壹個減摩電阻時，它只能安裝在這個規定的範圍之上。⑦探頭存放應配備防潮、防震的專用探頭盒(箱)，存放在幹燥陰涼處。
表2-4單橋探頭規格
表2-5雙橋探頭和孔隙壓力探頭規格
繼續的
註:①a=FA/A，FA=1/4πd2，孔壓探頭A值不限。
②e1和e2為工作狀態下的間距。
圖2-23單橋探頭剖面圖
圖2-24雙橋探頭(上)和孔隙壓力探頭(下)的形狀
(3)測量和記錄儀器
國內幾乎所有的靜力觸探試驗都使用電阻應變傳感器。因此，記錄儀器主要有四種:①電阻應變儀；②自動記錄繪圖儀；③數字測力計；④數據采集儀(微機)。
1.電阻應變儀
從20世紀60年代到70年代中期，壹直使用電阻應變儀。電阻應變計具有靈敏度高、量程大、精度高、穩定性好等優點。但其操作依靠人工調整平衡和跟蹤讀數，容易產生誤差；而且無法連續讀取，只能間隔讀取(壹般為5-10s，即每次貫入為10-20cm)，無法獲得連續變化的測深曲線。經過改進，出現了數字測力儀，如上海新偉機械廠生產的數字測力儀和新達電信廠生產的JC-X2靜力觸探儀。與過去使用的應變片相比，數字測力計具有體積小、重量輕、無需人工跟蹤、數字顯示時不易出錯等優點。也可以將校準系數輸入儀器，直接讀取電阻值。武漢勘測院設計、武漢無線電廠生產的數字式測功機具有上述功能。以上兩種儀器的主要缺點是需要手動錄音。
2.自動記錄儀
為了實現自動錄音，自動錄音機出現了。國內生產的自動靜力觸探記錄儀都是用電子電位器改裝的。這些電子電位計都只有壹個測量範圍。為了在高阻地層中測量探頭的額定電阻值，保證在軟地層中的測量精度，壹般采用改變電橋供電電壓的方法。早期的儀器是可選的固定橋壓法，壹般分為4-5級，橋壓分別為2、4、6、8、10V，可根據地層硬度選擇。這種方法的優點是電壓穩定，可靠性強；但是數據整理工作量大。目前有壹種自動記錄儀，可以連續調節電橋電源的電壓。圖2-25是ZSJ-2型雙筆自動記錄儀的工作原理圖。
(1)自動記錄儀工作原理:如圖2-25所示，傳感器發出的被測DC信號與儀器中的補償電壓進行比較，產生不平衡電壓，經放大器放大105-6倍，獲得足夠的功率驅動可逆電機轉動。可逆電機通過壹套機械傳動裝置驅動測量電路中滑線電阻的滾動接觸，使補償電壓與被測信號平衡；同時驅動指針和觸針沿刻度尺左右移動。此時放大器中沒有信號輸入輸出，電機停止轉動，刻度尺上指針的指示值就是被測信號的電壓值。如果被測信號發生變化，新產生的電位差信號被送到放大器，使滑動電阻的滾動觸點移動到新的平衡點，被測信號和補償電壓達到新的平衡點，指針移動到新的位置。
同時，同步機通過壹套傳動機構以壹定的速度滾動記錄紙。這樣，隨著指針的移動和記錄紙的滾動，記錄筆不斷地記錄下每個深度測量信號的大小——靜態測深曲線。
(2)儀器主要部件:除送紙機構外，雙筆記錄儀各部分由兩套組成。
圖2-25ZSJ-2雙筆自動記錄儀工作原理圖
①測量電路:與應變片壹樣，采用雙橋電路，不同的是自動記錄儀采用DC內橋，傳輸DC信號。為了給外接電橋提供穩定的DC電壓，自動記錄儀專門增加了壹個橋式穩壓電源。穩壓範圍壹般為0-20V，可連續調節，滿足標定探頭和穿入不同軟硬地層的需要。
②晶體管放大器:在記錄儀中，放大器的作用是將測量電路送來的DC信號△U放大成足以驅動可逆電機轉動的交流信號，當DC信號△U的極性發生變化時，輸出的交流信號的相位也發生變化，從而驅動可逆電機正反轉，使測量系統達到自動平衡。
③可逆電機:其作用上面已經提到了。
④儀器的送紙機構:靜力觸探自動記錄儀除了顯示測量信號外，還必須在紙帶上記錄信號隨深度的變化，以便及時準確地記錄地層各位置的電阻值。因此，記錄儀用壹對同步器代替了原電位器走紙系統中的同步電機。角度變送器和摩擦輪通過齒輪組連接在壹起，安裝在發聲主機的底盤上，使摩擦輪靠近發聲桿。當按下發聲桿時，摩擦輪隨之轉動，帶動發射器的轉子轉動。接收器固定在儀器內，並與送紙機構的齒輪組連接。當發射器轉動時，它也轉動，帶動記錄紙按1:100(或其他)的比例運動，從而記錄下測深。
(3)優缺點:與應變片相比，自動記錄儀不如應變片靈敏，測量範圍小。而自動記錄儀有深度控制裝置，可以連續自動記錄土層的貫入阻力曲線，提高野外工作的效率和質量，所以是目前應用最廣泛的。
3.數字測力計
數字測功機是壹種精密的測試儀器。該儀器可顯示多位數字，具有體積小、重量輕、精度高、穩定可靠、使用方便、總貫入阻力直讀、貫入指數計算簡單等優點。是便攜式鏈條葉片靜力觸探機的配套測量儀器，已有多個國家生產。這種儀器的缺點是間隔讀數和手動記錄。
4.微型計算機在靜態勘探中的應用
上面介紹的測量記錄儀器功能不完善，有的只能手動間隔讀數，不能畫圖；有的只能畫圖，不能顯示打印數據。這些儀器雖然還能滿足壹般生產的需要，但整理數據時工作量大，效率低。用微型計算機采集和處理數據在靜力觸探試驗中得到了廣泛的應用。如上海地質儀器廠與長春地質* * * *研究所合作研制成功的GCJW-1靜力觸探微機實時處理系統，所有操作均采用漢字人機對話方式，便於普通人掌握和操作。在測深過程中，可以同時繪制錐尖阻力和深度曲線，以及側壁摩擦力和深度曲線。成孔後，可自動繪制摩擦比與深度的關系曲線。通過人機對話，可以進行分層，並自動繪制分層直方圖，打印出各層的層數、層標高、層厚、標高和測深參數值。該系統在工作參數選擇、參數處理、公式選擇、漢字繪制表頭和圖表等方面靈活新穎。，可與各種靜力觸探機配套使用。再如中國地質大學從荷蘭引進的孔壓貫入儀，可同時測量錐尖阻力、側壁摩阻力、孔隙水壓力和孔斜四個參數，並可同時繪制各種曲線進行數字顯示、磁帶記錄和打印。它的數據采集和處理完全由微型計算機完成(見圖2-26)。
(4)滲透系統
靜力觸探試驗的貫入系統由貫入機(貫入裝置)和反力裝置兩部分組成。圓錐貫入機的作用是將底部帶有探針的探桿壹根根壓入土中。根據侵徹方式的不同，錐侵徹發動機可分為間歇侵徹型和連續侵徹型；根據傳動方式的不同，可分為機械式和液壓式(見圖2-27)。根據組裝方式的不同，可分為車載式、拖鬥式和落地式。
反作用裝置的作用是平衡侵徹阻力對侵徹裝置的反作用。從設備的角度來看，靜力觸探的貫入深度主要取決於三個因素:①貫入設備的能力；(2)探頭截面的大小及其與探頭的配合；③反作用力的大小。如果反作用力不夠，整個侵徹設備的能力就不能充分發揮，可見反作用力裝置非常重要。獲得反作用力有兩種方式:錨定地面和利用汽車自重。目前，這兩種方法都在探空車上得到了綜合應用，效果良好。有三種類型的錨絞車:液壓，電動和手動。
目前地錨的錨片趨於單翼，對土體擾動較小，更容易錨固。葉片直徑有φ200、φ250、φ300和φ400毫米等。應根據所需的反作用力和土層硬度選擇不同直徑的地錨。錨固深度約為1.0—1.5m..在壹般地層中，每個錨桿可提供10-20kn的反作用力。壹般有2-4個主播，多則6-8個。
當估算地錨反力不能滿足貫入深度要求，且難以增加地錨數量或改用其他反力方案時，可考慮在探桿中加入減摩劑。減摩裝置外徑大於探桿外徑，加在探桿摩擦筒上方1m外側位置。可以削弱土壤對探頭的摩擦阻力，在同等設備條件下達到增加貫入深度的效果。
(5)探針桿
它也有壹定的規格和要求。探頭應有足夠的強度，應采用高強度無縫管，其屈服強度不小於600MPa。探頭與接頭之間的連接應具有良好的互換性。用錐螺紋連接的探桿連接後不應晃動；用圓柱形螺紋連接的探桿應在螺紋和肩部之間擰緊。探桿應平直，無裂紋和損傷。每根探桿的長度壹般為1m，其直徑應與探頭直徑相同；但是，單個探針的探針桿直徑應該小於探針直徑。
(6)電纜
電纜的功能是連接探頭和測量記錄儀器。由於探頭的功能不同，對應電纜的芯數也不同，從單橋探頭的四芯電纜到幾十芯不等。內核之間要相互屏蔽，輸出信號時不能相互幹擾。電纜應防水絕緣，接頭應密封。其直徑應小於探桿的內徑，以便能順利穿過探桿，將探頭與儀器連接起來。
圖2-26孔壓滲透數據采集系統
圖2-27探測主機的常見類型
1-油缸；2-活塞桿；3-支架；4探針；5-堿基；6—高壓管道；7-墊木；8—防塵罩；9—探針；10-螺桿；11—螺母；12-變速箱；13-導演；14-電機；15-電纜；16-曲柄；17-鏈輪；18-齒輪滑輪；19—加壓鏈條；20—長軸銷；21—人字形壓力板；22—墊塊