（地质工程专业论文）扁铲侧胀试验在岩土工程中的应用.pdf

摘要 扁铲侧胀试验具订操作简单、经济、重复性好、扰动小、能获得多个l 1 ，i ： 参数、可得到近似连续地层剖面等优点，在国外岩卜l 程勘察设汁c i i 已扶得_ r 泛 应用。目前，扁铲侧胀试验在国内已有部分地区丌始使用，但其成果的解释和应 用基本是引用国外现成的经验公式。由于国内外的试验仪器性能存在差别，原位 试验还存在地域性差异，因此在国外适用的经验公式，在本地并不完全适用。应 用现有的经验公式求：t 性参数时，往往会出现试验提供的参数不理想的情况。冈 而有必要对扁铲侧胀试验在理论上和实际应用中均作进一步研究，以便使该试验 方法更加实用并得到推广。本文主要从以下几方而对其在岩土工程中的应用作了 探索： 侧向基床反力系数是一个重要的土性参数，因其影响因素较多，现有的测 试方法均难以准确获得。本文从扁铲侧胀试验的机理出发，引入了基础宽度修一 系数、形状修正系数，提出了一种直接利用扁铲侧胀试验结果计算侧向基床反力 系数的方法。根据上海地区多个工程的扁铲侧胀试验实测资料，利用木文的求解 方法得出各软土层侧向基床反力系值的范围及其随深度的变化规律，汁算所得范 围与规范推荐的范围相当吻合。 介绍了选元分析与多元回归在岩土工程相关分析中的应用。根据上海地区 的实测资料，利用多元回归的方法得出扁铲侧胀试验与静力触探试验、十字板剪 切试验、标准贯入试验比较可靠的相关关系。 对比液化判别中最常用的建筑抗震设计规范判别式与s e e d 判别法，得 出新的临界锤击数法的液化判别式。利用扁铲侧胀试验与标准贯入试验的相关关 系及新的临界锤击数法，导出用扁铲侧胀试验判别砂土液化的判别式。根据粘粒 含量与材料指数的关系，得出粉土的液化判别式。最后，结合上海地区的扁铲侧 胀试验、标准贯入试验和静力触探试验的实测资料，分别用不同的判别方法对地 基土作液化判别，并将判别结果作比较，证明了采用本文提出的用扁铲侧胀试验 判别地基土液化问题的合理性与优越性。 【关键词】：扁铲侧胀试验；侧向基床反力系数；多元回归；标准贯入试验；液 化判别 a b s t r a c t t h e 同a td i l a t o m e t e rt e s t ( d m ns e e m st op o s s e s sm o s to ft h ep r e f e r r e dq u a l i t i e s o fi ns i t ut e s t s ，i e ，i ti ss i m p l e ，q u i c k ，e c o n o m i c a l ，h i g h l yr e p r o d u c i b l e ，l o w l yd i s t u r b e d a n dc a no b t a i nc o n t i n u o u sc u r v e so ft h es o u n d i n g s u b s e q u e n t l y ，t h ed m th a sb e e n e x t e n s i v e l yu s e da n dc a l i b r a t e di ns o i ld e p o s i t sa l io v e rt h ew o r l d a tp r e s e n t t h ed m t h a sa l r e a d yb e e nu s e di ns o m ep l a c e si no u rc o u n t r y h o w e v e r o w i n gt o1 a c ko ft h e e x p e r i e n c ei nt h ed m t t h ei n t e r p r e t a t i o na n dd e s i g na p p l i c a t i o n so ft h et e s ti sa l m o s t b a s e do nt h ef o r e i g nr e a d y m a d ef o r m u l a s b e c a u s et h e r ea r es o m ed i f f e f e n c eb e t w e e nt h e h o m e m a d ee q u i p m e n ta n dt h eo v e r s e a so n ea n dt h ei 1 1s i t ut e s t si sr e g i o n a l l y a l lt h e f o r m u l a sa r en o ta c c u r a t ei no u rc o u n t r yi ns p i t eo ft h e ya r e c o r r e c ti no t h e rr e g i o n s a n d s o m eo d e 衔c i e n t sd r a w nf r o mt h e s ef o r m u l a sa r en o tp e r f e c te n o u g h t h e r e f o r e i ti s n e c e s s a r yt og od e e pi n t or e s e a r c hf o rt h ed m ti nb o t ht h e o r ya n du s es ot h a tt h et e s tc a n b eg e n e r a l i z e di no u rc o u n t r y t h ef o l l o w i n ga s p e c t so ft h ed m ta r es t u d i e dj nt h i sp a p e r ： t h eh o r i z o n t a lc o e f f i c i e n to fs u b g r a d er e a c t i o n ，k h ，i sav e r yi m p o r t a n ts o i l c o e f f i c i e n t h o w e v e r , t h e r ea r em a n yi n f l u e n e ef a c t o r sf o r t h ec o e f f i c i e n t a n da tt h es a m e t i m e ，t h e r ea r ef e wh o r i z o n t a lt e s t s ，s oi ti sd i m c u l tt oo b t a i nt h ec o e f f i c i e n tw i t ht h e e x i s t i n gt e s t s i nt h i sp a p e r , t h ec a l c u l a t i o nf o r m u l af o rt h eh o r i z o n t a lc o e f f i c i e n to f s u b g r a d er e a c t i o ni sc o n c l u d e df r o mt h ep r i n c i p l eo ft h ef l a td i l a t o m e t e rt e s t a n dt h e i n f l u e n c ef a c t o r st ok h s u c ha st h ew i d t ha n ds h a p eo ff o u n d a t i o n t h er i g i d i t ya n d p l i a b i l i t yo ft h ef o u n d a t i o na r ea l s oc o n s i d e r e dr e s p e c t i v e l y i nt h e1 a t t e r , a c e o r d i n gt ot h e d a t ai ns i t ud m to fs o m ep r o j e c t si ns h a n g h a i ，t h ev a l u e so fk ha n dt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e n 陆a n dd e p t ho ft h es o f ts o i l sa r eo b t a i n e d c o m p a r e dw i t ht h ev a l u e so fk hi n t h ec o d e t h ec a l c u l a t e dv a l u e sa r ea l m o s te q u a lt ot h o s ei nt h ec o d e t h ea p p l i c a t i o no fr e g r e s s i o n a n a l y s i s a n dc h o o s i n ge l e m e n t s a n a l y s i s i n g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n gi si n t r o d u c e d b a s e do nt h ed a t ao ff l a td i l a t o m e t e rt e s t ( d m t ) ， v a n es h e a rt e s t ( v s l ) ，s t a n d a r dp e n e t r a t i o nt e s t ( s p da n ds t a t i cc o n ep e n e t r a t i o nt e s t ( c 哪 i ns h a n g h a i t h ec o r r e l a t i o nr e l a t i o n s h i pb e t w e e nd m ta n do t h e ri ns i t ut e s t sa r e c o n c l u d e dt h r o u g hc h o o s i n ge l e m e n t sa n dr e g r e s s i o na n a l y s i s t h r o u g ht h ec o n t r a s tb e t w e e nt h em o s tf r e q u e n tm e t h o d si ne v a l u a t i o nl i q u e f a c t i o n i e t h em e t h o dr e c o m m e n d e di nc o d e f o rs e i s m i cd e s i g no f b u i l d i n g ( g b 5 0 0 1 1 2 0 0 0a n d s e e dm e t h o d an e wm e t h o df o rc r i t i c a lb o u n d si sc o n c l u d e d ：a c c o r d i n gt ot h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ed m ta n ds p ta n dt h en e wc v a l u a t i o nm e t h o d t h ef o r m u l af o r e v a l u a t i o nl i q u e f a c t i o nf o rs a n ds o i l sb vd m ti so b t a i n e d b a s e do nc o r r e l a t i o nb e t w e e n t h ep e r c e n t a g eo ff i n e sa n dm a t e r i a ii n d e x t h ef o r m u l af o rs i l ts o i l si so b s e r v e d a tl a s t ， a c c o r d i n g t ot h ed a t ao fd m t - s p l ra n dc p ti ns h a n g h a i t h es u b g r a d es o i l sa r ee v a l u a t e d w i t hr e s p e c t i v em e t h o d s f r o mt h ei n t e r c o m p a r s i o no ft h ee v a l u a t i o nr e s u l t s ，t h e r a t i o n a l i t ya n da d v a n t a g eo ft h ee v a l u a t i o nm e t h o db vd m tr e c o m m e n d e di nt h i sp a p e rj s p r o v e d k e y w o r d s ：f l a td i l a t o m e t e rt e s t ；h o r i z o n t a lc o e f f i c i e n to fs u b g r a d er e a c t i o n ；r e g r e s s i o n a n a l y s i s ；s t a n d a r dp e n e t r a t i o nt e s t ；e v a l u a t i o nl i q u e f a c t i o n 声明 y5 7 “6 5 本人郑重声明：本人是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果 撰写成硕士学位论文“扁铲侧胀试验在岩土工程中的应用”。除论文中已经注明 引用的内容外，对本文的研究做出重大贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式表明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公丌发表或未 公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作：碎彳c 丞 咖峰年y 月同 a b c p 【 p l p 2 一 e d i d k d u d _ k o s u o c r m 一 心一 g k h d r 瓦一 k 一 c p 。 g c s r c r r l w ； 文中主要符号说i ! f j 膜片膨胀精为0 0 5 r a m 时的气压债，k p a 膜片膨胀量为1 1 0 m m 时的气压值，k p a 膜片同缩至a 处时的气压值k p a 膜片在基庠时的十乐力值，k p a 膜片膨胀蜒为1 1 0 m m 时的二f ：压力值，k p a 膜片回缩至a 处时的十压力值，k p a 扁胀模簧，k p a 材料指数 水平应力指数 孔压指数 静止侧压力系数 不摊水抗剪强度，k p a 超阎结比 侧限压缩模颦，m p a 内摩擦角，。 水平固结系数，m s 2 水平渗透系数，m s 相对密实度 侧向基床反力系数，k p a m 3 侧向基床反力系数试验值，k p a m 3 基床反力系数斜率，k n m 4 基床反力系数比例系数，k n m 4 粘粒含量百分率， 重力加速度，m s 2 循环应力比 循环阻力比 实测液化指标 权函数，1 1 1 1 i i ，一气压零位砖数，k p a o 。一上覆十压力，k p a o t 。一上覆有效r 压力，k p a 吼一侧i 甸十压力，k p a b 一基础宽度。m 厶。一膜片平均变形甜，m h , p 一压力筹，k p a a 一流变冈素 口一宽度变化闻f a 一尺寸修止系数 a ， 一形状及刚柔性修止系数 0 3 一地基变形影响系数 d 。一地基十埤深，m d ，一地f 水僦1 3 1 p 。一单桥静探比j ： f 八阻力，m p a p s 。，一临界比贳入阻力，m p a n 一锤m 数，i h n 0 一锤击数基准值，击 n 。一临界锤击数，击 ( ，) 。，一等效锤击数，, t i n 。一综合锤击数，市 c n 一上覆压力修止系数 a 。，一 地而最人加速度，m s 2 p i 。一f 临界侧胀力，k p a k d c r i 临界水平戍力指数 i i 。一液化指数 l “一临界液化指标 d i 一试验点代表i 层厚度，m 同济人学申请硕：i ：学位论文谗一市 苦 第一章绪言 1 3 概述 扁铲侧胀试验( t h ef l a td i l a t o m e t e r t e s t ，简称d m t ) 是由意大利人s i l v a n om a r c b e t t i 发 明的一种原位测试方法，现已在4 0 多个国家和地区的岩土工程中得到广泛应用i i i 。在西欧 和北美等地，扁铲侧胀试验已逐渐取代标准贯入试验，和静力触探试验起成为原位测试 中最主要的两种手段1 2 1 。扁铲侧胀试验是利用静力或锤击动力将一扁平铲形测头贯入士中， 达到预定深度后，利用气压使扁铲测头侧面的弹性圆形膜片向外膨胀，从而获得士体受力 与变形关系的一种试验。实践证明，d m t 试验可获得多利一岩土参数，在天然地丛、挑基工 程、基坑工程和边坡工程等一些复杂岩土工程问题中均可得到很好的应用。 1 2 扁铲侧胀试验的发展历史 为了测定土体的原位应力状态和水平受荷桩设计时土体的 刚度问题，m a r c h e t t i 在1 9 7 4 年发明了扁铲侧胀试验p i 。为减小 试验时对土体的扰动程度，m a r c h e t t i 采用厚度仅为1 5 m m 的扁 平状测头。最初仪器测头两侧均带有弹性圆膜，试验时，对两 侧的圆膜旅加气压从而测得土体受力与变形的关系。该试验与 旁压试验相似，都是利用土体本身作为反力装置的一种侧向受 力试验。后经5 年的研究改进，m a r c h e t t i 将仪器测头中面的 圆膜去掉，改成仅有一弹性膜片的测头，其外形见图1 一l n 而 后来为了测定膜片回缩时的土体压力和孔隙水压力，m a r c h e t t i 又将测头改进为感应器与感应盘有一定距离( 通常为0 0 5 0 0 2 r a m ) ，内部结构如图1 2 所示i5 1 。实践表明，改进后测头的 试验精确度及稳定性比原测头高得多，因而该测头的模式一直图1 - 1 测头正面及侧面图 沿用至今。 我国对扁铲侧胀试验的研究较晚，上世纪9 0 年代1 1 期，南光地质仪器厂引入国外的技 术，成功试制了扁铲侧胀仪l ”。并于2 0 0 0 年，该厂发明了扁铲测控仪，可以自动记录试验 数据，大大节省了人力，也提高了自动化程度和测试效率1 7 j 。 1 3 扁铲侧胀试验的优缺点 相对于别的原位及土工试验，扁铲侧胀试验具有以下优点： 1 、操作简单、快速、安全，每1 2 分钟即可完成一个试验点的试验； 2 、每2 0 c m 即可进行一次试验，能得到土性随深度近似连续变化的曲线； 3 、试验重复性很好，并能提供多个指标，因此可与多种原位及二 = 工试验建立良好的 _ f 关关系，能够提供多种土性参数，可大大降低勘察工作量及费用； 问济人学蚪| 请硎i 一学位论文第帮绪高 一 螺丝 弹性膜片 ( 耐蜂鸣器响( b ) 蜂鸣器停 ( c ) 蜂鸣器响 图1 - 2 测头的内部结构图 4 、扁平状测头对土体的扰动很小，基本保持了土体的原位应力状态； 5 、试验适用于各类粘性土、粉土、中密砂性土及黄土； 6 、试验所需能源及材料很少，不会污染环境； 7 、试验成果简单明了，方便工程的应用； 8 、设备轻便，方便进出场地； 9 、试验时膜片的小变形可拟合实际工程中土的弹性变形； l o 、可以采用多种贯入设备，方便工程上的灵活安排使用； 1 1 、实践证明，扁铲侧胀试验在划分土类、判别砂土液化、检验地基处理效果等岩土工 程问题时也有很好的应用： 但扁铲侧胀试验也存在以下缺点： 1 、由于扁铲测头的复杂性，目前没有较理想的数学模型可以很好地从理论上推导出各 土性参数的求解公式，各参数主要依赖各地工程资料的概率统计获得，因而各公式的应用 具有很大的地区局限性，不同地区会出现不一致的经验公式： 2 、扁平状测头对灵敏性粘土及胶结砂土的扰动影响不可忽略： 3 、在含有块状石块及密实的中粗砂土体中，扁铲的膜片容易被损坏； 4 、在试验前应将气电管路贯穿于钻杆中，若要加深试验深度时，会带来不便； i 叫济人学申请硎j ：学位论文；f ；常绪南 5 、试验成果解释中，l 覆有效应力占有很重要的地位，因此颁事先知道土体的容重 6 、若采用动力作为贯入设备将对试验结果会有一定影响。 1 4 扁铲侧胀试验的研究现状 自1 9 7 5 年m a r c h e t t i 发明扁铲侧胀试验以来，许多专家和学者对其做了大量研究工作。 目前，扁铲侧胀试验在岩t 工程设计主要应用于以下两方面： 1 a 1 提供岩土工程设计时所需的土性参数 扁铲侧胀试验可以提供多个参数指标，因此可以与多种原位及室内试验建立良好的相 关关系，从而提供多种土性参数。m a r c h e t t i 和s c h m e r t m a n n 等学者在这方面做了大量的研 究工作。1 9 7 5 到1 9 8 0 年期间，m a r c h e t t i 在意大利4 0 多个具代表性地区做了一系列的土工 及原位试验，得出了利用扁铲侧胀试验求解静l 匕侧压力系数、不排水抗剪强度c u 、超 固结比o c r 、侧向压缩模量m ( 国内称之为e s ) 等土性参数的经验公式。1 9 8 8 年 s c h m e r t m a n n 提出了利用扁铲侧胀试验获得水平固结系数c h 及渗透系数k h 的计算公式。 表1 1 是二十多年来一些专家和学者提出的具有代表性的土性参数求解公式。 表1 - 1 土性参数经验公式 参数计算公式备注摊m 并及时问 耻阱 适用十非脞结粘十羊n 砂十 m a r c h e t t i ( 1 9 7 9 1 9 8 0 ) 1 4 8 l 即唧s + 急一笋 皋十十t 试验得 b a l d i ，c ta l ( 1 9 8 6 ) i ” 静止侧压 k 。io 3 4 ( k d ) o 5 5 适用于英田拈性十 陌w ( 1 9 8 e l l & 8 一u g i 力系数 k 。i 0 3 4 ( k 。) ” 适用于挪威粘牲十( 对k d 1 0 ， l a c a s s e l u n n e 0 a 4 3 重新闻结 4k d 随深度变化 妨骖 图1 - 8 利用k n 判定超固结 粘性土滑动面位置 1 5 本文研究内容 1 5 1 利用扁铲侧胀试验求解侧向基床反力系数 侧向基床反力系数是水平受荷桩、基坑围护和隧道支护设计的一个重要参数。但由于 箕影晦 函素较多，出乎受力的原经试验叉较少，至今仍没有满意的溺试力法，在现行的_ 方 法中，土工试验由于取土时会对土体产生扰动影响，并且难以模拟现场的实际受力状态因 而较少采用；而规范法中表列的数值范围较大，实用时也难以确定：传统计算k h 值一般通 过旁压试验来估算或利用水平静载受荷桩进行反算，但这两科t 方法耗时较长且费用较高。 6 i ，济人学t p 请碳i j 学位论文 f f 一帝结高 因而，如何有效地获得侧向基床反力系数一直是岩一ll 程界的难题之一。这一问题也足 以往对d m t 研究中一直没有解决的。 扁铲侧胀试验正好是一种侧向受力试验，扁平状测头对土的扰动性较小，并且每2 0 c m 进行一次试验，可近似连续地反映出土性随深度的变化情况。这为通过现场试验有效获得 侧向基床反力系数提供了可能。本文将从d m t 的机理出发，引入了基础宽度修正系数、 形状修正系数、加荷速率修丁f 系数，提出一种直接利用d m t 试验结果讨算侧向基床反力 系数的方法。利用上海地区多项工程的实测资料，说明侧向基床反力系数的求解方法并分 析上海地区软土层侧向基床反力系数的规律。 1 5 2 扁铲侧胀试验与其它原位试验的相关关系 目前，扁铲侧胀试验在国内应用并不广泛，在其成果解释及应用方面还存在一些技术 问题。相对于扁铲侧胀试验，其它的原位试验如静力触探试验( c p t ) 、十字板剪切试验 ( v s t ) 及标准贯入试验( s p t ) 在工程应用中已有丰富的经验。若能建立d m t 与其它试 验的相关关系，一方面可以减少勘察工作中的人力、物力：另一方面，可以利用其它原位 试验的经验，指导d m t 在相关岩土工程问题中的应用。尽管国外在这方面也做过研究， 但由于国内与国外一些试验标准及试验仪器性能存在差异，并且原位试验的地域性很强， 在目外适用的经验公式在本地未必适用。因此，有必要建立d m t 与其它原位试验适合本 地的相关关系。为提高回归方程的准确性，本文将多元回归的数理统计理论应用于岩土工 程的相关分析中，并借此得出扁铲侧胀试验与其它原位试验的相关关系。 1 5 3 利用扁铲侧胀试验判别地基土液化问题 评定地基土液化可能性是抗震设计中的一个重大课题。标准贯入试验可以综合反映出 与砂土液化密切相关的土体强度及密实度等问题，目前液化判别最普遍采用的是标准贯入 试验的临界锤击数法，而临界锤击数法中最常用的是建筑抗震设计规范( g b 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ) 的液化判别式和s e e d 判别法。本文通过对比并综合两种判别方法，提出新的液化判别式。 由于标准贯入试验易受地层条件、机具设备、操作过程等因素影响，试验结果比较离散， 并且试验不能连续反映土性随深度的变化关系，容易出现漏判现象：另外，地基土的粘粒 含量是影响判别结果的重要因素，由于做颗分试验土样的厚度相对土层的厚度很小，因而 若地基土不均匀，会出现试验点的粘粒含量与整个土层粘粒含量相差很大，在实际应用时 出现误判现象。因而有必要寻求和发展更可靠的原位试验及判别方法。 本文将通过建立扁铲侧胀试验与标准贯入试验的相关关系，得出用扁铲侧胀试验判别 砂土液化的判别式。扁铲侧胀试验的材料指数可用于划分土类，在很大程度上反应了地基 土的粘粒含量，通过材料指数与粘粒含量建立相关关系，得出粉土的液化判别式。最后， 通过上海地区的实测资料来验证该判别方法的合理性。 l 州济人学 p 诮砸i 学位沦文 第乖扁铲侧f | l ：试验简介 第二章扁铲侧胀试验简介 2 1 扁铲侧胀试验仪器组成及试验原理 2 1 1 扁铲侧胀试验的仪器组成 扁铲侧胀仪的主要设备见图2 - 1 。主要包括：扁铲测头、气电管路、测控籀、测控仪、 压力源及贯入设备等。 图2 - 1扁铲侧胀仪主要没祷 1 、扁铲测头及其工作原理 扁铲测头是扁铲侧胀仪最关键的设备，其外形如一把铲子( 见上图) ，t l i 高强度不锈钢 锻制而成，其中一侧板面上设置有一直径为6 0 m m 的圆形不锈钢弹性膜片，膜片内侧装有 一套感应盘机构，并与气电管路相通，颈部通过变径接头与贯入设备的探秆相连。扁铲的 测头不允许明显弯曲，在平行于轴线长1 5 0 m m 直边以内，弯曲度应在0 5 m m 内，贯入前 钢柱 导线 气体 i 呱过程 蜂鸣器： 响 停 表读数：0 a 图2 - 2 测头工作原理示意图 8 减j k 过程 ，l 1 b 响 c =_j11到圳=i皿1 i土“刊制川rj，响 济人学中请坝i j 学位论文 2 乖扁铲例胀试验捕介 缘偏离轴线不允许超过2 m m 。 测头工作原理见图2 2 。图中感应盘与测控箱电源的正极年甘连，而膜，；通过地线与测控 箱的负极相连，在自然状态。f ，彼此之间被绝缘体分丌。当膜片受外而土压力而收缩到与 感应器接触，或是受气压作用而使钢杠与感应盘接触时，t f 负极接通，会订蜂呜声i l m 而 在其它状态，蜂鸣器不会响。扁铲侧胀试验j t ：是在蜂呜器响与不响的瞬问汜f 气压a 、b 、 c 值。 2 、气电管路 气电管路由厚壁、小直径、耐高压的尼龙管，内贯穿铜质导线，两端装有专用连通的 接头组成。一头接在扁铲测头上，另一头接在测控箱上，系扁铲侧胀试验输送气压和传电 信号用。气电管路每根长约2 5 m , 用于率定的气电管路kl m 。另外，气电管路配有特制 的连接接头，可将2 根以上的气电管路连接加 ，并保持气电管路的通气、通电性能。 3 、测控仪 扁铲测控仪主要由机箱、操作面板、液晶显示屏、电源及电路板模块等纽成。它是专 门为扁铲侧胀试验提供信号自动控制、试验数据自动采集处理和贮存的智能化仪器。 4 、测控箱 测控箱内装气压控制管路、控制电路及各种指示开关。主要作用是控制试验时的压力 和指示膜片三个特定位置时的压力，并传送膜片达到特定位置时的信号。 蜂鸣器和检流计应在扁铲测头膜片膨胀量小于o 0 5 m m 或大于1 1 0 m m 时接通，红膜片 膨胀量大于o 0 5 m m 而小于1 1 0 m m 对断丌，以测得试验所用的气压值a 、b 、c 。 5 、压力源 扁铲侧胀试验用高压钢瓶的高压气作为压力源，气体必须是干燥的空气或氮气。一只 充气1 5 m p a 的1 0 l 气瓶，在中密度土做2 5 m 长管路的试验，一般可进行约1 0 0 0 个测点， 约2 0 0 m 。耗气量随土质密度和管蹄增蚝而增加，因此在试验前，应先榆：陡气昂足甭充足， 以免在试验中途更换气源。 此外，扁铲侧胀试验还包括钻杆及贯入设备。贯入没备通常包括静力触探( c p t ) 机具、 标准贯入试验( s p t ) 锤击机具和液压钻机机具等。在一般土层中，通常采门1 静力触探机 具，而在较坚硬的粘性土或较密实的砂土层，可以采用标贯机具来替代。锤击法会影响试 验精度，c p t 设备较为理想，应优先选用。试验中的贯入是很有用的数值，可用以确定如 砂土摩擦角等土工参数，试验最好有测定贯入阻力的装胃。若采用c p t 机具贯入时，贯入 速率应控制在2 0 c m s 左右。贯入探杆与测头通过变径接头连接。 2 1 2 扁铲侧胀试验原理 2 1 2 1 气压值a 、b 、c 和土压力值p o 、p 1 、p 2 在自然状态下，膜片是处于特定位置在a 、b i n ( b 1 10 0 5 1 1 0 m m ) ( 见图2 3 ) ，此时接 通电源，蜂鸣器无声。试验时，测头被压入过程中，膜片因受土压力作1 | 而逐渐网缩，当 膜片离基座小于o 0 5 r a m ，蜂呜器丌始响起；当测头到达预定深度时，对膜片施加气压使 m 济人学申请碗i 学位论文 第一章扁铲删胀试验简介 其膨胀，当膜片离基座大于0 0 5 m m 时，蜂呜器响 声停止，此时刻度盘的读数为a 值：继续对其施加 气压，当膜片膨胀至1 1 0 m m 时，蜂呜器雨度响起， 此时刻度盘的读数即为b 值；此后丌始卸压在卸 压初期，出于先前所加气压使得膜片离基座的距离 还大于1 1 0 m m ，因而此时蜂呜器一直处于响声状 图2 - 3 膜片在不同状态的位置 态，当气压值减小到某一值时，膜片回缩至小于1 1 0 m m 时，响声停止，继续卸上k ，直至 蜂呜器再次响起，此时所测读的气压值为c 值。整个试验过程的气压读数与蜂呜器的状态 关系可以参见图2 2 。注意，由于有些操作者对试验过程不甚了解，在测读c 戗i 卜j ，错将 继b 值后蜂鸣器响声停止时刻的气压值当作c 值，：现了c 值比a 值大的反常现象。 扁铲侧胀试验目的是为了测定土体受力与变形的关系，出于试验只能测得膜片所受气 压力与变形的关系，因此在求解二l 体受力时，必须括除膜片本身的约束力。膜片约柬力可 通过率定获得( 参见2 2 1 节) 。 扁铲侧胀试验时，整个膨胀过程膜片的变形量较小，可将其视为弹性过程。利用土体 的弹性性质，由试验测得的气压值a 、b 、c 及率定气压值a 、b 可求得棚应的土爪 力。分别以p 0 、p 1 、1 2 表示膜片在基座、离基座为1 1 0 m m 和回缩到离基座为0 0 5 m m 时 的：匕压力值。以图2 - 4 说明 - 体压力的求解过程。 气 胝 o 图2 4 土压力与气压值关系 当膜片膨胀至离基座为o 0 5 m m 时，气压值读数为a ，膜片本身n 勺约束力为a a ( 在牢 定时，a 值是处于抽气状态下获得的，因而其读数值为负值，但为统一国际上的使用标 准，将其记为j 下值) ，所以相应的土压力值为( a + a a ) ； 当膜片膨胀至离基座为1 1 0 m m 时，气压值读数为b ，膜片本身的约束力为a b ( 在牢 定时，b 值是处于加压状态下获得的，其读数值为正值) ，所以此时相应的土压力值p ， 大小为( b b ) ； 当膜片回缩至离基座为o 0 5 m m 时，气压值读数为c ，膜片本身的约束力为a ，相应 的土压力值p 2 ，大小为( c + a ) ； p o 是膜片处于基座时的l 压力值，根据膜片在0 0 5 m m 和1 1 【) m m 时的1 ：压力他，假定 土体处于的弹性状态，利用相似三角形原理，可得： 1 0 垣一 _肜 济人学中请硕i 。学位埝史 筇一帚_ i ：】铲制胀试验简介 竺竺2 二墨! ：堡二垒璺2 二墨 o 0 51 1 0 ( 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