丸东制作所 SH-70 软岩针式贯入仪 原位强度检测技术解析

产品研发定位：面向土岩过渡地层的现场快速检测

在岩土工程勘察领域，硬岩可通过岩芯单轴抗压试验获取强度参数，土体可采用静力触探、十字板剪切等常规手段开展测试，但介于土体与基岩之间的软岩、强风化岩体、固结土等过渡地层，长期存在取样难度大、试样易扰动、室内试验失真的痛点。软岩岩体胶结程度弱，钻探取芯过程中极易破碎，运送至实验室后，原有应力状态遭到破坏，测得的强度数值和现场原位真实强度偏差较大，无法精准支撑边坡稳定性、隧道围岩分级、基坑支护设计等工程判断。日本丸东制作所（MARUTO）研发 SH-70 软岩针式贯入仪，正是针对这一行业难题，以日本土木学会《软岩调查・试验指针》规定的针贯入试验法作为核心依据，打造的便携式原位检测仪器，填补软岩现场强度快速检测的设备空白。该仪器不需要现场供电，无需采集岩土试样，直接在开挖面、岩坡、隧道掌子面等原位点位完成测试，即时得到贯入梯度 Np 值，换算岩体单轴抗压强度，是岩土勘察、土建施工质量管理中重要的轻量化检测设备。

核心检测原理：针贯入梯度与岩石抗压强度换算机制

SH-70 采用机械式弹簧测力原理完成岩土贯入试验，核心逻辑是将尖锐标准贯入针垂直压入待测软岩表面，记录贯入过程施加荷载与贯入深度，计算针贯入梯度 Np（单位 N/mm），依托标准换算关系获得岩体单轴抗压强度。仪器内部搭载精密校准螺旋弹簧作为测力元件，人工匀速施加轴向压力，弹簧发生弹性形变，位移标尺同步记录贯入深度，配套峰值指示环可以锁定测试过程最大荷载，避免卸荷后读数丢失。试验时保持贯入方向与岩面垂直，贯入针以稳定速率刺入岩体，当岩体发生塑性破坏时停止施压，读取荷载数值和贯入深度。Np 值为贯入荷载除以贯入深度，仪器本体附带换算曲线，直接将 Np 值转化为软岩单轴抗压强度。该试验方法区别于室内岩石压力机试验，它保留岩土原位应力环境，规避取样扰动带来的数据偏差，测试原理简单可靠，在日本隧道、边坡工程中已经形成长期应用数据库，数据稳定性得到大量工程验证。该仪器的适用强度区间主要面向低强度软岩与固化固结土，不适合完整坚硬基岩测试，硬岩会造成贯入针变形、损坏，这也是针式贯入方法本身的适用边界。

硬件结构设计：一体化笔式精密机械构造

丸东 SH-70 采用笔式一体化机身设计，整机外径 40mm，总长度 285mm，自重仅 700g，单手握持即可操作，野外长时间作业不会产生过重负荷。整机主要分为前端贯入组件、中部测力弹簧腔体、读数指示机构以及后端握持手柄四大模块。前端组件包含可更换标准贯入针，贯入针是直接接触岩体的消耗件，长期使用磨损后可以单独替换，保障测试一致性；中部密闭腔体内置经过原厂标定的精密螺旋弹簧，弹簧弹性线性区间严格匹配仪器 10~100N 的荷载量程，最大允许贯入深度为 10mm；读数系统包含深度标尺与峰值荷载指示环，指示环随荷载同步移动，卸荷之后停留在峰值位置，方便试验人员读取最大贯入力，消除人工读数延迟带来的误差；后端防滑握持手柄，便于操作人员稳定垂直施压，防止测试过程仪器打滑、偏斜，保证贯入方向垂直于被测岩面。整套设备无电路板、传感器等电子元器件，全部依靠机械结构实现测力与位移记录，在潮湿隧道、露天山地等恶劣野外环境，不会因为水汽、粉尘、低温出现电子故障，环境适应性强。仪器配套硬质便携收纳箱，箱体带有缓冲内衬，可以保护贯入针与内部弹簧组件，便于工地转运与长期存放，收纳箱内附带原厂标定证书、换算图表、备用贯入针等配件。

关键技术性能指标与测试规范约束

SH-70 贯力量程 10N~100N，最大贯入深度 10mm，读数分辨率可满足岩土勘察规范的数据采集要求。仪器出厂前在丸东制作所实验室完成逐台标定，每一台设备附带独立出厂校准证书，保证测力弹簧线性精度。试验执行时，需要将被测岩面清理平整，去除松动浮石，同一个检测断面需要布置多个测点，剔除离散异常数据，取平均值作为该位置强度结果，降低岩体局部裂隙带来的数据波动。在工程应用中，针贯入试验得到的单轴抗压强度，主要用于围岩等级初步划分、风化岩体分带判定、固结土地基固化效果检测。和大型原位载荷试验对比，SH-70 不可以直接替代大型平板载荷试验，但是可以作为大面积快速筛查工具，在大范围边坡、隧道掌子面多点测试，快速识别软弱岩体分布区域，筛选重点点位再开展大型载荷试验，有效降低勘察工期和试验成本。仪器测试数据重现性良好，同一位置多次平行试验，Np 值离散程度小，满足土木施工过程质量管控的数据要求。纯机械结构带来另一项优势，长期存放不需要充电，不需要定期校准电子零点，仅在弹簧老化、贯入针严重磨损后进行配件更换与重新标定，维护成本较低。

多场景工程应用：岩土勘察与施工质量管控

SH-70 软岩针式贯入仪的核心应用场景集中在土木基建领域的岩土现场检测。在隧道工程中，掌子面开挖之后，施工人员可以直接使用仪器对围岩开展快速检测，判定软岩风化程度，评估围岩稳定性，及时调整支护方案，规避围岩坍塌风险；边坡勘察与治理工程中，用于识别边坡岩体风化分带，检测软弱夹层强度，为边坡支护设计、滑坡风险评估提供原位强度数据；基坑工程里，针对固化处理后的固结土地层，检测地基固化改良效果，验证地基处理施工质量；除此之外，水利工程、矿山浅部围岩调查，也大量使用这款仪器开展现场筛查。在国内岩土勘察行业，针贯入法常作为辅助原位测试手段，配合钻孔取芯、波速测试综合评价软岩地层参数。相比室内岩芯试验，SH-70 可以在现场快速出结果，勘察人员在野外现场即可完成测试，不用把试样运回实验室，大幅缩短试验周期，尤其适合野外交通不便、取样困难的山区项目。对于施工监理单位，该仪器可以作为现场抽检工具，对固化土施工效果进行随机检测，实时核查施工质量，及时发现局部固化不足区域。

标准化操作流程与实操要点

使用 SH-70 开展针贯入试验需要遵循标准化操作步骤，保证数据有效性。第一步测点准备，清理测试表面浮土、松动岩块，打磨平整测试区域，保证岩面稳固，测试点不能位于裂隙、空洞位置；第二步仪器检查，查看贯入针是否弯曲磨损，确认峰值指示环可以自由滑动，确认标尺无卡顿；第三步垂直贯入，手持仪器，贯入针垂直贴合岩面，匀速缓慢施加轴向压力，观察贯入标尺，直至岩体发生破坏，停止加压；第四步读数记录，保持仪器姿态稳定，读取峰值荷载和贯入深度，计算 Np 贯入梯度，对照换算图得到单轴抗压强度；第五步，同一断面多点重复测试，一般单个检测区域选取 5 个测点，剔除偏差过大数值，计算平均值；第六步测试完成，松开压力，将峰值指示环复位，清理贯入针表面岩粉，放回收纳箱。实操中重点注意两点：施压速度不能过快，冲击式加压会造成弹簧瞬时过载，破坏标定精度，造成读数失真；贯入针必须保持垂直，倾斜贯入会产生侧向分力，使测得荷载偏大，强度计算结果失真。当贯入针出现弯折、针尖钝化，必须更换备用针，磨损后的贯入针会改变接触面积，直接影响试验结果。仪器不可跌落撞击，内部精密弹簧受冲击后弹性参数改变，需要重新返回原厂标定。

设备维护保养与常见故障处置

SH-70 为精密机械仪器，规范维护可以长期保持测试精度。每次野外作业结束，清理仪器表面粉尘、泥浆，擦拭贯入针，避免岩土碎屑进入内部弹簧腔体造成卡滞；存放环境保持干燥，防止金属部件锈蚀，收纳箱放置于阴凉处，避免高温环境造成弹簧弹性衰减；贯入针属于消耗件，定期检查针尖状态，出现磨损、弯曲立刻更换；禁止超量程施压，荷载超过 100N 可能损坏弹簧，仪器丧失标定精度。常见现场问题：指示环滑动卡顿，多为岩粉进入缝隙，使用干燥毛刷清理；读数不稳定，优先检查贯入针是否磨损，测试岩面是否存在松动浮石；测试数值持续异常，仪器遭受撞击后弹簧可能失准，需要送至原厂重新校准。仪器不具备自行拆解维修条件，用户不要拆开弹簧腔体，一旦私自拆卸，原厂标定失效，测试数据不再具备工程参考效力。定期维护下，该仪器可以多年稳定用于岩土现场检测，是岩土工程师野外作业轻便可靠的检测工具。

行业价值总结

软岩地层强度检测长期是岩土工程勘察难点，丸东制作所 SH-70 软岩针式贯入仪依托成熟针贯入试验方法，凭借轻量化、无电源、原位快速测试的特点，为软岩、固结土提供低成本、高效率的现场强度检测方案。该仪器不是用来替代室内大型岩石力学试验，而是作为现场筛查工具，弥补取样扰动带来的测试短板，在隧道、边坡、基坑等工程现场快速获取岩体原位强度，辅助工程人员进行围岩分级、稳定性评估、施工质量验收。机械式结构适配各类恶劣工地环境，操作门槛低，测试流程标准化，多年来在日本岩土工程领域积累大量实测数据库，目前也广泛应用在国内涉外基建、日系标准工程项目的岩土检测工作中。在工程勘察向精细化方向发展的趋势下，SH-70 这类便携式原位检测设备，能够有效提升软岩勘察效率，减少试验成本，在岩土现场测试领域持续发挥独特的工程价值。