在土木工程领域，地基勘察是确保建筑物安全稳定的重要环节。其中，轻型触探试验（Lightweight Penetration Test）与重力触探试验（Gravity Penetration Test）是两种常用的原位测试技术，它们能够提供关于土壤物理力学性质的关键信息。

轻型触探试验

轻型触探试验是一种快速简便的方法，用于评估土壤的密实度和承载能力。该方法通过将一个标准尺寸的圆锥形探头以一定的速度压入地面来实现。试验过程中记录每打入一定深度所需的锤击次数，这些数据可以用来推算土壤的相对密度或承载力。

计算公式

- 标准贯入试验值 N = 每30cm锤击数 / 10

- 地基承载力特征值 fak (kPa) 可根据经验公式估算：

\[ f_{ak} = \gamma h + cN + q_u \]

其中，\(\gamma\) 为土层重度(kN/m³)，h为深度(m)，c为粘聚力(kPa)，N为贯入锤击数，\(q_u\) 为侧壁摩擦阻力(kPa)。

重力触探试验

重力触探试验则利用重力作为动力源，使探杆自由下落撞击探头进行土壤穿透。这种方法适用于较硬质材料如砂砾层的测试。通过测量单位长度内的锤击数，可以判断土壤结构的变化趋势。

计算公式

- 单位面积上的总压力 P = mgh / A

- 弹性模量 E = \(\sqrt{P / \epsilon}\)

这里，m代表质量(kg)，g为重力加速度(9.8m/s²)，h为下降高度(m)，A为接触面积(m²)，\(\epsilon\) 为应变值。

应用场景对比

轻型触探适合于软弱土体的初步评价，而重力触探更适合于坚硬土体或者需要精确测定深层土体力学参数的情况。两者各有优势，在实际项目中往往结合使用以获得更全面准确的数据支持。

总之，无论是轻型还是重力触探，其背后都依赖科学合理的计算模型来指导实践操作，并最终服务于工程设计与施工决策。正确理解和应用上述提到的各种公式对于提高勘察效率具有重要意义。