靜力觸探技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有80多年的歷史，經(jīng)歷了機(jī)械式、電測式、電子式和數(shù)字式的發(fā)展過程。
1、機(jī)械式靜力觸探CPT探頭
靜力觸探試驗(yàn)（CPT）最早起源于荷蘭，故又名荷蘭錐。靜力觸探試驗(yàn)(CPT)的歷史可以追索到1932年。當(dāng)時(shí)，一位在荷蘭公共工程部門工作的工程師Pieter Barentsen發(fā)現(xiàn)，將帶有圓錐的探桿插入土體中時(shí)，在軟土中比較容易插入，而在硬土中能相對較難(圖1)。
圖1 Pieter Barentsen的發(fā)現(xiàn)
根據(jù)這個原理，發(fā)明了簡易的Barentsen靜力觸探系統(tǒng)（圖2）。當(dāng)時(shí)是在35mm內(nèi)徑的套筒內(nèi)裝直徑15mm的探桿，探桿可以上下自由移動；圓錐附加在探桿上，圓錐的截面積為10cm2、錐角為60度，利用人工壓入土體中。通過減去內(nèi)桿重量來校對錐尖阻力，最大貫入深度為10～12m，貫入力的大小由桿頂?shù)膲毫Ρ碜x出。
圖2 簡易的Barentsen靜力觸探系統(tǒng)及早期的機(jī)械式CPT探頭（荷蘭錐）
之后，Pieter Barentsen委托荷蘭GMF Gouda公司制造全球首套機(jī)械式靜力觸探（CPT）設(shè)備（圖3）。該設(shè)備通過荷蘭Gouda附近鐵路路堤的首次測試后，其工作原理和測試設(shè)備被證明非常有效，從而向全球推廣（圖4）。
圖3全球第一套機(jī)械式靜力觸探（CPT）設(shè)備
圖4靜力觸探設(shè)備在非洲工地的應(yīng)用
基于本次共同的努力，1934年Barentsen先生和荷蘭GMF Gouda公司共同申請了靜力觸探(CPT)，因此，荷蘭GMF Gouda公司成為全球首家制造靜力觸探(CPT)設(shè)備的制造商。1996年荷蘭GMF Gouda公司巖土部門和荷蘭Conewel公司合并成立了荷蘭Geomil Equipment B.V.公司，這兩家公司都是制造靜力觸探（CPT）設(shè)備的領(lǐng)導(dǎo)者，目前荷蘭Geomil Equipment B.V.公司為全球歷史最悠久的靜力觸探設(shè)備制造公司。
1935年，荷蘭delft土力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的第一任主任設(shè)計(jì)并使用了第一個10噸（100kN）的人工荷蘭錐貫入裝置（圖5）。該貫入裝置為非連續(xù)性貫入。
圖5 1935年荷蘭錐貫入系統(tǒng)
1948年，Vermeiden和Plantema對荷蘭錐進(jìn)行了改進(jìn)，在荷蘭錐上方增加一個錐形的保護(hù)部件（圖6）。其目的是為了阻止土體進(jìn)入套管和探桿之間的間隙。目前這種探頭在世界其它地方還在使用。
圖6 帶有錐形保護(hù)部件的荷蘭錐
1953年，Begemann在荷蘭錐后面增加了一個摩擦筒（圖7），通過這種改進(jìn)，荷蘭錐可以同時(shí)測量錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力。測試過程中每20cm讀取一個數(shù)據(jù)，這是第一次將摩阻比用于土的類型劃分（圖8）
圖7 帶有摩擦套筒的Begemann荷蘭錐
圖8 通過摩阻比劃分土層
2、電測式靜力觸探CPT探頭
機(jī)械式靜力觸探技術(shù)操作簡單、方便、造價(jià)便宜，但是其最大的缺點(diǎn)就是套管與探桿之間的摩擦、側(cè)撓相互作用及土體進(jìn)入套管等因素大大影響了測試的精度。從20世紀(jì)40年代末開始，人們不斷研發(fā)電測試的靜力觸探CPT探頭，直到1965年，荷蘭輝固（Fugro）公司與荷蘭研究院（TNO）聯(lián)合研制出了一種電測式的CPT探頭（圖9）。這種探頭的形狀和尺寸是現(xiàn)代靜力觸探探頭的原型，也是后來國際土力學(xué)和基礎(chǔ)工程學(xué)會(ISSMFE)的標(biāo)準(zhǔn)。
圖9 Fugro電測式靜力觸探探頭結(jié)構(gòu)圖
這種電測式靜力觸探探頭針對機(jī)械式靜力觸探探頭的主要改進(jìn)包括：
消除了外套管與內(nèi)探桿之間的摩擦及內(nèi)探桿重量造成的誤差。
測試過程連續(xù)且貫入速率恒定。
錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力的電信號測試更加簡單而可靠。
3、孔壓靜力觸探CPTU探頭
1974年，市場上推出了可以測量孔隙水壓力的靜力觸探探頭，即CPTU探頭。早期的CPTU探頭透水石有不同的形狀，安裝的部位也不同，主要有下圖中的u1、u2和u3三個位置，三個位置測得的孔隙水壓力值不同，但實(shí)際工程中應(yīng)用最多的還是u2這個位置（圖10）。通過測量孔隙水壓力，可以修正錐尖阻力測量值，特別是在軟粘土中，意義更大。
圖10 CPTU孔壓靜力觸探探頭透水石位置
孔壓靜力觸探相對于常規(guī)靜力觸探而言主要優(yōu)勢在于：
可以利用超孔隙水壓力的靈敏性來準(zhǔn)確劃分土層，判斷土的類型，特別是夾層的識別。
可以通過超孔隙水壓力值來估算土層的不排水抗剪強(qiáng)度。
可以通過超孔隙水壓力消散試驗(yàn)來估算土層的固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)。
鑒于孔隙水壓力靜力觸探試驗(yàn)的優(yōu)勢，目前國外大部分靜力觸探項(xiàng)目都要求做CPTU孔隙水壓力靜力觸探試驗(yàn)。
4、數(shù)字式靜力觸探探頭
隨著科技的發(fā)展，1985年市面上研制出擁有自己的模－數(shù)轉(zhuǎn)換電路板和微處理器的數(shù)字式探頭。這個以美國Vertek公司為代表（圖11）。數(shù)字式靜力觸探探頭的優(yōu)勢在于模－數(shù)轉(zhuǎn)換在孔下完成，沒有由于電纜長度引起的信號衰減的問題，這在模擬信號的探頭中經(jīng)常發(fā)生。同時(shí)數(shù)字式經(jīng)理觸探探頭所有的信號都可以通過同一根電纜傳輸，減少了電纜線的冗余，允許探頭擁有更多的測試通道，可實(shí)現(xiàn)探頭的多功能化，多參數(shù)測試功能。
圖11 美國Vertek數(shù)字式靜力觸探探頭及采集裝置
5、一體化靜力觸探系統(tǒng)
隨著檢測環(huán)境與需求的不斷變化，靜力觸探設(shè)備開始向著一體化靜力觸探系統(tǒng)的方向發(fā)展，此類設(shè)備以Geomil公司為代表（圖12 陸上靜力觸探系統(tǒng)，圖13 海床靜力觸探系統(tǒng)）。一體化的靜力觸探系統(tǒng)能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境，并可以在多種條件下開展靜力觸探試驗(yàn)。
圖12 Panther 200履帶式靜力觸探車
圖13 海床靜力觸探系統(tǒng)
源于荷蘭，精于荷蘭。
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