在工程机械量测试中，有机械式量测法，如用弹簧测力，用压力表测定介质压力等。此外，还广泛地应用机械量电测法，把需要量测的非电量如压力、应力、应变、加速度和位移等，通过传感器转换成电量如电阻、电容、电感和电压等来测定。本章介绍的静力触探，就是机械量电测法在土体工程测试中的具体应用。静力触探测试[static(Dutch)conepenetrationtest]首先在荷兰研制成功，并加以应用。因此，国际上常称静力触探试验为“荷兰锥”试验，简称CPT(conepenetrationtest)或静探；静力触探试验是把一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，并测定探头阻力等的一种测试方法，实际上是一种准静力触探试验(图2-1)。到目前为止它可以分为机械式静力触探(mechanicalstaticconepenetrationtest)和电测式静力触探(electricalstaticconepenetrationtest)试验两种。
图3-l静力触探示意图及其曲线
1932年荷兰工程师P.Barentsen进行了世界上第一个静力触探试验，1935年荷兰Delft土力学实验室第一任主任Ｔ.Ｋ.Ｈuizinga设计并使用了10ｔ的荷兰锥贯入装置，并开始用于桩承载力试验研究。在1945年的第二届国际土力学会议上，荷兰发表了“深层静力触探”一文。试验是用机械装置把带有双层管的圆锥形探头压入土中，在地面上用压力表分别量测套筒侧壁与周围土层间的摩阻力(fs)和探头锥尖贯入土层时所受的阻力(qc)。这种机械式静力触探的优点是，仪器坚固耐用，容易操作，设备价格低，测试费用也相对较低。它的缺点是测试精度低，效率不高。
1948年,Ｖermeiden和Ｐlantema改进了荷兰锥，即在探头上方增加了锥形保护部分，以阻止土从套管与钢杆之间进入。1953年，Begemann设计出可测侧阻力的摩擦套，并申请了专利。上述这些机械式的静力触探仪由于其简单和方便,现在仍在一些国家中使用。1948年,荷兰市政工程师Bakker研制出世界上第一个电测式探头(Rotterdamcone)，并申请了专利。从1949年起，荷兰Delft土力学实验室开始应用电测探头，并作了大量试验研究，1957年他们研制出第一台能测侧阻力的电测式探头，1965年荷兰Fugro与TNO联合推出了一种电测式探头，其规格也是后来ISSMFE标准和许多国家标准的基础。此后世界上不少国家研制出大量不同的电测式触探仪。从70年代后期开始,出现了孔压静力触探(CPTU)、环境静力触探及其它多功能探头等，静力触探技术得到了广泛应用和进一步的发展。
我国在30年代也出现机械式的荷兰静力触探仪。1954年,陈宗基教授自荷兰引进该项技术，并在黄土地区进行了试验研究。1964年王钟琦等独立成功地研制出我国第一台电测式触探仪。既目前我国通用的单桥探头静力触探仪。但在80年代以后对探头传感器技术改进很少。现主要使用的仍然是“单桥”探头和“双桥”探头，而且，探头规格与国际通用也不尽相同，这给测试成果比较和国际学术交流造成了较大的困难。另外在CPT理论研究、CPTU、环境CPT等技术方面与先进国家存在明显差距【1】。在上世纪60年代初到70年代末,我国与国际交流较少，因此在静力触探技术的发展上,形成了与国际不同的技术标准。成果应用及其可靠性对于工程应用来说，需要确定土的工程性质主要可归结为四个方面：①土的初始状态；②变形特性；③强度特性(抗剪强度)；④渗流与固结。
3.1.2基本原理简述
由上述静力触探原理可看出，一套静力触探设备—静力触探仪，都是由三个主要部分构成：(1)探头—地层阻力传感器；(2)量测记录仪表；（3）贯入装置—触探机，负责将探头压入土小；（4）反力装置－如地锚。目前广泛应用的静力触探车集这四部分为一整体。
3.1.3优缺点
优点：
(1)作为一种勘探手段，与常规的钻探－取样－室内试验相比，具有快速、准确（连续性）、经济（1/2稍强）和节省人力等特点。
(2)判断桩尖持力层。
(3)设计桩基的侧摩阻力。
(4)测试数据精度高，再现性好，重复性误差小于5％。
缺点：
(1)贯入机理有多种假说，探头压入土中，土受压剪应变，土单元的受力条件极复杂，因而目前对静探成果的解释主要还是经验性的。
(2)不能直接地识别土层。
(3)对碎石类土和较密实砂土层难以贯入。
(4)一般还需要钻探与其配合才能完成岩土工程勘探任务。
3.2静力触探测试法的基本原理
3.2.1静力触探机理
静力触探机理的试验和理论研究对其测试方法和成果应用都有直接关系。因此触探机理研究是很有意义的。但由于土的性质的不定性和复杂性以及触探时产生的土层大变形等，都对机理研究带来很大困难。因此，到目前为止，触探机理的理论研究成果远不尽入意，仍处于探索中。大部分已知的理论解是在饱和粘土中于不排水贯入条件下或在纯砂中排水贯入条件下得到的。这些理论解可归并成以下几类：①承载力理论；⑦孔穴扩张法；③应变路径法；④其它方法。下面将简单分析和评价这些方法。
（1）承载力理论
由于CPT类似于桩的作用过程，很早就有人尝试借用深基础极限承载力的理论来求解CPT的端阻qc，这就是所谓的承载力理论(bearingcapacitytheory)．简称BCT。该法把土体作为刚塑性材料，根据边界受力条件给出滑移线场，或根据试验或经验假定滑动面，用应力特征线法或按极限平衡法求出极限承载力。BCT得到的qc一般可以表达为：
（3—1）
式中：Cu—土的不排水抗剪强度；
sV0—上覆压力，和土层深度有关，sV0＝gh
Nc，Nq一无量纲，承载力系数，依赖于滑动(面)的选择。
BCT思路的发展是从平面应变、修正平面应变到轴对称承载力理论。该方法的评价：
a)．BCT和稳定贯入有差别，前者是用于极限破坏状态的理论；后者是破坏已发生的过程。
b)．滑移线法、极限平衡法都是应力静定的，求qc时没有直接考虑塑性区内的变形，也就不能考虑压缩性、剪胀和压碎效应。二者考虑的都是静态加裁，并且没有涉及贯入所产生的高的垂直和水平应力。
c)．很明显、只有整体剪切破坏的土体中才能出现完整的破坏面，能用滑移线法或极限平衡法求解。对于大多数深贯入，土体破坏都包含局部剪切和压缩，难以观察到明显的滑动面。研究者往往采用b等参数来描述这种非完整滑动面，以进行修正。
d)．据刚塑性滑移线法，在塑性破坏之前，土作为刚体无变形，当受力加到极限时，滑移线场内整体塑性流动。显然，这与实际不符，本构关系的刚塑性简化会带来误差，但若要考虑弹性变形和应变硬化、软化效应，将引起数学上的极大困难，就失去了滑移线法的简捷性了。
e)．可以根据流动法则求出塑性区内土的速率场，并能考虑体积变化的情况复杂。也无人做过，原因是兴趣在于qc，而问题是应力静定的。
f)．BCT不能求解出孔压。
（2）孔穴扩张法
孔穴扩张法(CavitiesExpansionMethods，简称CEM)，源于弹性理论无限均质各向同性弹性体中圆柱形或球形孔穴受均布压力作用问题。该理论最初用于金属压力加工分析，随后引入土力学中，用柱状孔穴扩张解释夯压试验机理和沉桩，用球形孔穴扩张来估算桩基础承载力和沉桩对周围土体的影响。CEM在土力学中已有较深入的应用。
柱(球)穴在均布内压P作用下的扩张情况如图3-2所示。当P增加时，孔周区域将由弹性状态进入塑性状态。塑性区随P值的增加而不断扩大。设孔穴初始半径为Rr，扩张后半径为Ru及塑性区最大半径为Rp，相应的孔内压力最终值为Pu在半径Rp以外的土体仍保持弹性状态。CEM类似于弹塑性力学问题的一般提法，列出三组基本方程(平衡微分方程、几何方程及本构关系)，配以破坏准则及边界条件求解。各研究者获得的解之间的差别主要在于问题所涉及的变形程度和本构关系的选择上。本构关系(含塑性阶段流动法则)的选择。是CEM的关键，随土力学理论及计算方法的发展，从简单到考虑土的许多复杂性质，主要有多个模型。
CEM的主要优点在于，采用柱穴扩张或球穴扩张，把探头贯入的三维问题简化模拟成平面应变和球对称问题；应力、应变和位移仅是径向坐标变量r的函数，边界条件极简单，采用数值方法可以纳入各种本构模型，并可以考虑土的许多复杂性质。它在得到孔压和考虑在高压缩性土中贯入时，明显比BCT具有优势。可以看出，CEM思路源于把探头贯入看作是锥面的连续扩张，并近似用柱面或球面扩张来替代，大大简化了边界条件。
CEM的主要缺点在于：①很明显，在固定位置的孔穴扩张不能模拟垂向贯入的以下两个重要特征：1土体变形与垂向坐标有关。特别是柱扩不能模拟此点，它得到的位移都在水平面内，而球扩也不能说明位移反向的情况。2．稳定贯入的连续性。因为CEM描述的总是在一个固定位置的扩孔。因此，甚至在最简单的均质各向同性土中，CEM也不能正确模拟贯入时土中各单元的变形过程(应变路径)。②目前的CEM方法，没有考虑到贯入速率的影响，尽管它对△U和qc的影响是存在的。
图3-2圆孔的扩张
（3）应变路径法
应变路径法(StrainPathMethods，简称SPM)由Baligh领导的小组经过10多年的研究，于1985年正式提出。SPM旨在为合理解释和预估桩的贯入、静力触探、取土器取土等深层岩土工程问题(相对浅基而言)提供一套集成化、系统化的分析方法。
1．SPM的基本思想
通过观察探头在饱和软粘土中的不排水贯入，Baligh(1975)假设，由于深贯入过程中存在严格的运动限制(上覆压力大，探头周围土体在高应力水平下深度重塑、强制性流动及不排水条件下土体不可压缩等)，探头周围土体的变形和应变受土的抗剪性质影响很小，于是，Baligh称该类问题是由应变控制的(straincontrolled)。后来的理论和试验也证实了这一假设。
因此，用相对简单的土性(如各向同性)来估算贯入引起的变形和应变差在预期合理的范围内。再利用估算的应变，采用符合实际情形的本构模型条件，就可以计算出近似的应力和孔压。当首先所估算的变形和应变与实测为计算的应力是准确的。不过真实的变形和应变很难准确知道。
对于轴对称探头在饱和粘土中的准静力贯入，忽略粘性、惯性效应，可将这类由不排水剪切造成的塑性破坏看作是定向流动问题，即视探头为静止不动，土颗粒沿探头周围分布的流线向探头贯入的反方向流动，不同流线上每个单元的变形、应变、应力和孔压可用一些步骤求出。
（4）其它方法
这里主要指有限元法(FEM)在深贯入问题中的应用。
3.2.2静力触探探头的工作原理
（1）探头－地层阻力传感器
静力触探探头亦称地层阻力传感器，它是量测地基土贯入阻力的关键部件，是贯入过程中直接感受土的阻力，将其转变成电信号，然后再由仪表显示出来的元件。为实现这一过程，可采用不问型号的传感器，其中电阻应变式传感器最为常用，它应用了虎克定律、电阻定律和电桥原理。
（2）静力触探测试地机电原理
a)P→e转换
探头(图3－3)被压入土中，受地层阻力作用要引起装在探头内部的空心桩(变形柱)的变形，如视其为一个杆件，则阻力与变形的关系可用虎克定律表达为：
（3—2）
或（3—3）
式中，E是材料的弹性模量；F是空心柱的截面积。对给定探头，二者均已给定。因此，只要测得应变e就可以求得应力s的大小，进而也就知道受力P的大小了。
b)e→ΔR转换
为了测得e，在空心柱外周贴上一个阻值为R的电阻应变片，(如图3-4)。空心柱受拉力产生变形，电阻丝也随之变长。根据电阻定律的公式
(3—4)
可知。L长的电阻丝，由于空心柱受力产生ΔL的变化．那么相应电阻R值也将引起ΔR的变化，其关系可表达成；
或（3—5）
式中：K—电阻应变片的灵敏系数。
图3-3单桥探头结构示意图图3-4应变与电阻变化的转换
1—锥尖；2—顶柱；3—电阻应变片；4—空心柱
5—外套筒；6—探头管；7—探杆接头
c)ΔR→ΔU转换
式(3-5)表明已实现了由非电量e到电量ΔR的转换，但是钢材在弹性范围内的变形很小，因而引起的电阻变化ΔR只也是很小的。利用微小的电阻变化去精确计量力的变化很困难，故转而利用电桥原理，在空心柱上贴上一组应变片，再经放大器放大，来实现微电压的测量。
下面分析一下电桥原理：电桥线路如图3-5所示，供桥电压为U。在ABC回路中，电阻R1、R2串联，电流为I1，由欧姆定律可知：
因此，BC电位差：
同理，在ADC回路上，DC的电位差
输出电压ΔU为UBC与UDC之差，即
=（3—6）
图3—5电桥原理
显然，为了使电桥平衡，即输出电压为零(检流计无电流)，应有：
（3—7）
此式即为电桥平衡条件。
下面进一步分析输出电压ΔU与电阻变化ΔR进而与变形e之间的关系。分析的对象是等桥臂全桥测量电路，每臂一片，即R1=R2=R3=R4。显然，不受力时，满足电桥平衡条件。四片的贴法如图3-6所示，R2和R4顺着空心柱轴线方向贴，使之有正的变化；R1和R3横着空心柱贴，使之有负的变化，四片互为补偿。这样组成的电桥，经推导，其输出ΔU的表达式为：
（3—8）
很显然，式中Ke(1-m)是非线性项，就是说上式中ΔU并不与e成下比。对于阻值不大的常规应变片，由于K值较小(2左右)，即使应变较大，Ke(1-m)项也是很小的，因此可将其略去，这样上式就变成为：
（3—9）
对于两片受拉，两片不受力的全桥测量电路，不难证明其输出电压ΔU与应变e的关系为：
（3—10）
分折以上两式，容易看出，在K、e和U都相同的条件下，仅由于应变片贴法不同，前者输出电压是后者的(1-m)倍。为获得较大的输出，目前静探头里的应变片都采用前一种贴法。
图3－6四壁工作的全桥电路图3－7双桥探头示意图
由式(3-9)或式(3-10)可知．电桥输出电压ΔU与应变片灵敏系数K，应变量e及供桥电压U成正比。对一定的传感器，组桥方式已经确定，K、e都是常数，在选定工作电压U的情况下，ΔU只随空心柱应变e的大小而变化。再联系到式(3-2)，容易看出，由于E、F也己确定，输出电压ΔU就只随空心柱受力P的大小而变化了。
综上所述，静力触探通过地层阻力→空心柱变形→电阻变化→电压变化→施入电子记录仪表等一系列转换，实现了测定土的强度等目的。
（3）探头的结构类型
探头是静力触探仪测量贯入阻力的关键部件，有严格的规格与质量要求。一般分圆锥形的端部和其后的圆柱形摩擦筒两部分。目前国内外使用的探头可分为三种形式：
图3-8静力触探探头类型
(1)单用(桥)探头：是我国特有的一种探头型式，只能测量一个参数，即比贯入阻力ps，分辨率(精度)较低,见图3-3和见图3-8。
(2)双用(桥)探头：它是一种将锥头与摩擦筒分开，可以同时测量锥头阻力qc和侧壁摩阻力fs两个参数的探头，分辨率较高，见图3-7和见图3-8。
(3)多用(孔压)探头：它一般是将双用探头再安装一种可测触探时所产生的超孔隙水压力装置——透水滤器和孔隙水压力传感器，分辨率最高，在地下水位较浅地区应优先采用。
探头的锥头顶角一般为60°，底面积为10cm2，也有15cm2或者20cm2，锥头底面积越大，锥头所能承受的抗压强度越高，探头不易受损，且有更多的空间安装其他传感器，如测孔斜、温度和密度的传感器，但在同一测试工程中，宜使用统一规格的探头，以便比较。
建标（CECS04：88）（静力触探技术标准）中的有关规定，见表3-1和3-2：
表3-1单桥和双桥探头的规格
锥底截面积（）
锥底直径（）
锥角
（°）
单桥触探头
双桥触探头
有效侧壁长度（）
摩擦筒表面积（）
摩擦筒长度（）
10
35.7
60
57
200
179
15
43.7
70
300
219
20
50.4
81
189
表3-2常用探头规格
探头
种类
型号
锥头
摩擦筒（或套筒）
标准
顶角（°）
直径（）
底面积（）
长度
（）
表面积
单用
Ⅰ-1
Ⅰ-2
Ⅰ-3
我国独有
双用
Ⅱ-0
Ⅱ-1
Ⅱ-2
133.7
150
国际标准
孔压
图3-9展示的是一组实际探头,有10cm2单双桥探头、15cm2单双桥探头和50′100mm2电测十字板头传感器（ProbeandVaneSensor）
（4）有关探头设计的问题
对此问题可扼要说明几点：a).探头空心柱与其顶柱应有良好接触，采用顶柱接触最好，可使传感器受力均匀，也容易加工。b).加工空心柱(弹性元件)的钢材应具有强度高、弹性好、性能稳定、热膨胀系数小及耐腐蚀等特征。国内一般选用60Si2Mn(弹簧钢)和40CrMn钢制
图3-9实际探头照片
作空心柱。其它部件可采用40Cr或45号钢，需作好热处理。c).由式(3-2)可知，空心柱应变量的大小和地层阻力及空心拄环形截面积有关。在相同地层阻力的情况下，应变量越大(也就是越灵敏)，它能承受的最大荷载也就会愈小。要兼顾这两者，如前所述，可以选择好的钢材。但这还不够，为适应不同地区、不同软硬土层贯入的需要，目前广家一般均生产几种不同额定荷载(当空心柱材料一定时，就相当于不同截面积)的探头选用。一般在软土地区可选用额定荷载小一些的比较灵敏的探头；反之，则选用额定荷裁大一些的探头。d).铁道部“静力触探技术规则(TBJ37-93)”规定：探头规格、各部加工公差和更新标准应符合该规则的要求，e).探头的绝缘性能，应符合下列规定；探头出厂时的绝缘电阻应大于500MQ，并且在500kPa水压下恒压2h后，其绝缘电阻仍不小于500MQ。用于现场测试的探头，其绝缘电阻不得小于20MQ。f).对于各种探头，自锥底起算，在1000mm长度范围内，任何与其连接的杆件直径不得大于探头直径；为降低探杆与土的摩擦阻力而需加设减摩阻器时，亦只能在此规定范围以上的位置设置。g).探头贮存应配备防潮、防震的专用探头箱(盒)，并存放于干燥、阴凉的处所。
（5）电阻应变片及粘合剂
目前普遍用箔式电阻应变片(图3-10)制作传感器，这种片子具有放热性好、允许通过电流较大(因而可使用较大的输入电压．从而得到较大的输出电压)、疲劳寿命长、柔性好、蠕变性小等比点。丝式胶基电阻应变片也可采用，但半导体应变片用的很少，因它存在非线性大、温度稳定性差等严重缺点，不能满足对传感路的有关质量要求。
用电阻应变仪量测时可选用120W的片子，利用自动记录仪时可选用240W或360W的片子，四片阻值尽管相等，最大不要越过0.1W，否则对电桥初始平衡不利。可使用直流单电桥等仪器测量应变片阻值大小。
适合粘贴应变片的粘合剂种类繁多，目前使用酚醛类粘合剂1720胶较普遍，聚酰亚胺粘合剂也在使用。选用粘合剂应注意使其与应变片胶基一致。
有关具体贴片工艺这里就不介绍了，因为目的国内已有多种规格型号的商品化传感器由工厂生产出来，供广大工程战术入员选用，其质量一般较好，价格也不贵，除特殊情况外，已不必由使用者去制作它了。
（6）温度对传感器的影响及补偿方法
传感器在不受力的情况下，当温度变化时，应变片中电阻丝(亦称线栅)的限值也会发生变化。与此同时，由于线栅材料与空心柱材料的线膨胀系数不一样，使线栅受到附加拉
图3-10箔式电阻应变片
伸或压缩，也会使应变片的阻值发生变化。综合起来，一个贴在空心柱上的应变片因温度变化而引起阻值变化的关系可表达成：
（3—11）
式中at—贴在空心柱上的应变片的电阻温度系数。联系到式(3-5)，应变片由于温度变化而产生的热输出为：
（3—12）
这种热输出是和地层阻力无关的，因此必须设法消除才会使测试成果有意义。在静探技术中，通过采用以下两种办法，基本上可以把温度对传感器的影响控制在测试精度允许之内。除此之外，温度自补偿应变片在有条件时也可积极使用。
a).桥路补偿法
b).温度校正方法
就是在野外操作时测初读数的变化，内业资料整理时将其消除。
3.3静力触探测试法的仪器设备
静力触探设备，俗称静力触探仪，一般由三部分构成，即：a).静力触探头：地层阻力传感；b).量测记录仪表：测量与记录探头所受各种阻力；c).贯入系统：包括触探主机与反力装置，共同负责将探头压入土中。触探主机借助探杆将装在其底端的探头压入土中；反力装置则提供主机在贯入探头过程中所需之反力。目前广泛应用的静力触探车集上述三部分为一整体。静力触探车具有贯入深度大(贯入力一般大于10t)、效率高和劳动强度低的优点。但它仅适用于交通便利、地形较平坦及可开进汽车的勘测场地使用。贯入力等于5t或小于5t者，一般为轻型静力触探仪。使用时，一般都将上述三部分分开装运到勘测现场，进行测试时再将三部分有机地联接起来。在交通不便、勘测深度不大或土层较软的地区，轻型静力触探应用很广。它具有便于搬运、测试成本较低及灵活方便之优点。静力触探仅的贯入力一般为2t—20t，最大贯入力为20t，因为细长的探杆受力极限不能太大，太大易弯曲或折断。贯入力为2t-3t者，一般为手摇链式电测十字板-触探两用仪。贯入力大于5t者，一般为液压式主机。现介绍几种主要的和常用的触探仪。
3.3.1一些常用的新静力触探仪介绍：
(1)轻便触探机
2Y-5A型触探机，额定贯入力：50KN；起拔力：80KN；80KN贯入速度：1.2m/min主机重量:350kg；起拔速度:2.5/min动力匹配：5.5千瓦电机或180柴油机，见图3-11。
图3-112Y-5A型触探机
(2)静力触探－十字板剪切两用仪
CLD-1型触探机，贯入力：2吨；贯入速度：0.8-1.2m/min，主机重量:200kg。CLD-3型触探机，贯入力：3吨；贯入速度：0.8-1.2m/min，主机重量:210kg，见图3－12。
(3)静力触探车
目前，我国生产静力触探车的厂家较多，主要有浙江宁波勘215机械厂、江苏省如皋勘勘测机械厂、大连拉伸机厂、沈阳探矿机械厂及上海地质仪器厂等。各厂生产的触探车贯入能力都已达到20t，都有封闭式车箱，可以在不受气候条件影响下进行野外作业。结构形式：客车型，蓬车型；平衡形式:液压支腿手动调平；外形尺寸:9.8′2.5′2.8m；下锚形式:液压下锚机自动下锚；动力匹配:汽车动力；全车质量:8500kg。
3.3.2探头
详见第二节第二部分
图3-12CLD-3型触探机
图3-13静力触探车
3.3.3量测记录仪表
我国的静力触探几乎全部采用电阻应变式传感器。因此，与其配套的记录仪器主要有以下4种类型：①电阻应变仪；②自动记录绘图仪；③数字式测力仪；④数据采集仪(微机)。
(1)电阻应变仪
从60年代起直到70年代中期，—直是采用电阻应变仪。电阻应变仪具有灵敏度高、测量范围大、精度高和稳定性好等优点。但其操作是靠手动调节平衡，跟踪读数，容易造成误差：而且不能连续读数，只能间隔进行(一般5-10s，即每贯入10-20cm)，不能得到连续变化的触探曲线。经过改进，出现了数字式测力仪，如上海新卫机器厂生产的数字测力仪和新达电讯厂生产的JC-X2静力触探测量仪。数字式测力仪与过去使用的应变仪比较，其优点是：体积小、重量轻，不用手动跟踪，用数字显示不容易看错，还可以把率定系数输入仪器内直接读取阻力值。由武汉市勘测院设计，由武汉无线电厂生产的数字式测力仪即具有上述功能。上述两种仪表的主要缺点是需入工记录。
(2)．自动记录仪
为了实现自动记录，于是就出现丁自动记录仪。我国现在生产的静力触探自动记录仪都是用电子电位差计改装的。这些电子电位差计都只有一种量程范围。为了在阻力大的地层中能测出探头的额定阻力值，也为了在软层中能保证测量精度，一般都采用改变供桥电压的方法来实现。早期的仪器为可选式固定桥压法，一般分成4-5档，桥压分别为2、4、6、8、10v，可根据地层的软硬程度选择。这种方式的优点是电压稳定，可靠性强；但资料整理工作量大。现在已有可使供桥电压连续可调的自动记录仪。图3-14是ZSJ-2型双笔自动记录仪工作原理图。
a).自动记录仪工作原理：如图3-14所示，由传感器送来的被测直流信号，经测量电路与仪表内补偿电压进行比较后产生一不平衡电压，经放大器放大105－6后获得足够大的功率驱动可逆电机转动。可逆电机经过一套机械传动装置，一面带动测量电路中的滑线电阻的滚动触点，使补偿电压与被测信号平衡；一面带动指针和记录笔沿着有分度的标尺左右移动。此时放大器中无信号输入和输出，电机停止转动，指针在分度尺上的指示值即为被测信号的电压值。如果该测信号发生变化，则新产生的电位差值信号又被送至放大器，使滑线电阻的滚动触点又移动到一个新的平衡点，被测信号与补偿电压又达到新的平衡，指针又移到新的位置……。与此同时，自整角机通过一套传动机构，以一定速度卷动记录纸。这样，随着指针移动和记录纸卷动，记录笔便在记录纸上连续地记录出各深度被测信号的大小—静力触探曲线。
b).仪器主要组成部分：除走纸机构外，双笔记录仪各部分都由两套组成：
图3-14ZSJ-2型双笔自动记录仪工作原理图
①测量电路；和应变仪—样，也是采用双电桥电路，所不同的是自动记录仪采用的是直流内桥，传输的是直流信号；为对外桥路提供稳定的直流电压，自动记录仪专门增设了桥路稳压电源：稳压范围一般为0-20V，连续可调，以适应标定探头和贯入不同软硬地层的需要。
②晶体管放大器：在记录仪中，放大器的作用是把测量电路送来的直流信号ΔU放大成足以驱动可逆电机转动的交流信号，并且当直流信号ΔU的极性改变时，输出交流信号的相位也随之改变，从而能带动可逆电机正反转动，使测量系统达到自动平衡。
③可逆电机。
④仪表的走纸机构：静力触探自动记录仪除了要把被测信号显示出来外，还必须将信号随深度变化的情况记录在纸带上，才能及时准确地记录出地层各位置的阻力值。为此，记录仪用一对自整角机取代了原电位差计走纸系统中的同步电机。发讯角机和摩擦轮通过齿轮组联在一起，并安装在触探主机的底盘上，使摩擦轮紧贴触探杆。当触探杆下压时，摩擦轮便随着转动。带动发讯机的转于旋转。接收机固定在仪器内，并和走纸机构的齿轮组相联接，当发讯机旋转时它也跟随旋转，带动记录纸按1：100(或其它)比例移动，这样就把触探深度记录下来了：
(3)优缺点：自动记录仪与应变仪相比，灵敏度不如应变仪，它的量程小。但是。自动记录仪有深度控制装置，可以连续自动地记录土层的贯入阻力曲线，提高了野外工作效率和质量，因而目前使用最广。
（3）数字式测力仪
数字式测力仪是一种精密的测试仪表。这种仪器能显示多位数，具有体积小、重量轻、精度高、稳定可靠、使用方便、能直读贯入总阻力和计算贯入指标简单等优点，是轻便链式十字板—静力触探两用机的配套量测仪表，国内已有多家生产。这种仪器的缺点是间隔读数，手工记录。
（4）微机在静探中的应用
以上介绍的量测记录仪表的功能均不够完善，有的只能入工间隔读数，不能画图；有的只能画图，不能显示打印数据。这些仪器虽还能满足一船生产的需要，但资料整理时工作量大，效率低。用微型计算机采集和处理数据已在静力触探测试中得到了广泛应用。
3.3.4贯入系统
静力触探贯入系统由触探主机(贯入装置)和反力装置两大部分组成。触探主机的作用是将底端装有探头的探杆一根一根地压入土中。触探主机按其贯入方式不同，可以分为间歇贯入式和连续贯入式；按其传动方式的不同，可分为机械式和液压式；按其装配方式不同可分为车装式、拖斗式和落地式等。反力装置的作用是平衡贯入阻力对贯入装置的反作用。从设备角度来说，静力触探贯入深度的大小主要取决于三方面因素；①贯入设备能力的大小；②触探头截面的大小及其与探杆的配合；③反力大小。反力不够，整个贯入设备的能力就得不到充分发挥，可见反力装置是很重要的。反力的取得，一般有下地锚和利用汽车自重两种。现在的触探车都综合利用这两种方法，效果良好。拧锚机有液压、电动、手摇三种类型。
3.3.5探杆
它也有一定的规格和要求，探杆应有足够的强度，应采用高强度无缝管材，其屈服强度不宜小于600MPa。探杆与接头的连接要有良好的互换性。用锥形螺纹连接的探杆，连接后不得有晃动现象；用圆柱形螺纹连接的探杆，丝扣之间、皆应能拧紧密贴。探杆应平直，不得有裂纹和损伤。每根探杆的长度一般为1m，其直径应和探头直径相同；但单用探头探杆直径应比探头直径小。
3.3.6电缆
电缆的作用是连接探头和量测记录仪表。由于探头功能不同，相应电缆的蕊数也不同，最少的为配单桥探头的四蕊电缆，多则几十蕊，各蕊之间应互相屏蔽，在场出讯号时不能互相干扰。电线应有良好的防水性和绝缘性，接头处应密封。其直径应比探杆内径小，以便能将其顺利穿过探杆，连接探头和仪表。