扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)

1、2016一、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)概述 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱扁脹實(shí)驗(yàn)）是用靜力（有時(shí)也用錘擊動(dòng)力）把一扁鏟形探頭貫入土中，達(dá)實(shí)驗(yàn)深度后，利用氣壓使扁鏟側(cè)面的圓形鋼膜向外擴(kuò)張進(jìn)行試驗(yàn)，它可作為一種特殊的旁壓試驗(yàn)。它的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單、快速、重復(fù)性好和便宜。故在國外近年發(fā)展很快。 扁脹實(shí)驗(yàn)適用于一般粘性土、粉土、中密以下砂土、黃土等，不適用于含碎石的土、風(fēng)化巖等。二、扁脹實(shí)驗(yàn)的基本原理 扁脹實(shí)驗(yàn)時(shí)膜向外擴(kuò)長(zhǎng)可假設(shè)為在無線彈性介質(zhì)中在圓形面積上施加均布荷載 ，如彈性介質(zhì)的彈性模量為 ，泊松比為 ,膜中心的外移為 ，則 式中，為膜的半徑（ ）。 如把 定義為扁脹模量 , 為1.10mm，則上式可變?yōu)槎饔迷诒饷泝x上的

2、原位應(yīng)力即 ，水平有效應(yīng)力 與豎向有效應(yīng)力 之比，可定義為水平應(yīng)力指數(shù) :而膜中心外移1.10mm所需的壓力 與土的類型有關(guān)，定義扁脹（或土類）指數(shù) 為可把壓力 當(dāng)做初始的孔壓加上由于膜擴(kuò)張所產(chǎn)生的超孔壓之和，故可定義為扁脹孔壓指數(shù) 為 可以根據(jù) 確定土的一系列巖土技術(shù)參數(shù)，并為路基、淺基、深基等巖土工程問題作出評(píng)價(jià)。 spEEpRs)1 (42RmmR30)1 (2EDEs)(7 .347 .3401pppED0p0p0vDKvoDupK/ )(00)(01pp DI)/()(0001upppID2pDU0002upupUDDDDDUIKE，三、扁脹實(shí)驗(yàn)設(shè)備扁鏟側(cè)脹儀是由1 只扁鏟形插板(圖

3、1) 、1 個(gè)控制箱(圖2) 、氣電管路、壓力源、貫入設(shè)備、探桿等組成。扁鏟形探頭長(zhǎng)230240 mm、寬9496 mm、厚1416 mm ；探頭前刃角1216，探頭側(cè)面鋼膜片的直徑60 mm，膜片厚約0.2mm，通過穿在桿內(nèi)的一根柔性氣-電管路和地面上的控制箱相連接。探頭采用靜力觸探設(shè)備或液壓鉆機(jī)壓入土中。 圖1.扁鏟形插板 圖2.側(cè)脹儀控制箱面板圖 四、扁脹實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求 （1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)定三個(gè)鋼膜位置的壓力A, B, C。 壓力A為當(dāng)膜片中心剛開始向外擴(kuò)張，向垂直扁鏟周圍的土體水平位移0.05（+0.02，-0.00）mm時(shí)作用在膜片內(nèi)側(cè)的氣壓。 壓力B為膜片中心外移達(dá)1.10 0.03時(shí)

4、作用在膜片內(nèi)側(cè)的氣壓。 壓力C為在膜片外移1.10mm后，緩慢降壓，使膜片內(nèi)縮到剛啟動(dòng)前的原來位置時(shí)作用在膜片內(nèi)的氣壓。 當(dāng)膜片到達(dá)所確定的位置時(shí)，會(huì)發(fā)出一電信號(hào)（指示燈發(fā)光或蜂鳴器發(fā)聲），測(cè)讀相應(yīng)的氣壓。一般三個(gè)壓力讀數(shù)A, B, C可貫入1min內(nèi)完成。 （2）由于膜片的剛度，須通過在大氣壓下標(biāo)定膜片中心外 移0.05mm和1.10mm所需的壓力 和 ，標(biāo)定應(yīng)重復(fù)多次。 取 和 的平均值。 則據(jù)壓力B修正為 （膜中心外移1.10mm）的計(jì)算式為 式中， 為壓力表的零讀數(shù)（大氣壓下）。 把壓力A修正為 （膜中心無外移時(shí)，即外移0.00mm）的 計(jì)算式為AABB1pBzBpm1mz0p)(05

5、. 0)(05. 10BzBAzApmm 把壓力C修正為 （膜中心外移后又收縮到初始位移0.05mm的位置）的計(jì)算式為 （3）當(dāng)靜壓扁脹探頭入土的推力超過5t（或用標(biāo)準(zhǔn)貫入得錘擊方式，每30cm的錘擊數(shù)超過15擊）時(shí)，為避免扁脹探頭損壞，建議先鉆孔，在孔底下壓探頭至少15cm。 （4）試驗(yàn)點(diǎn)在垂直方向的間距可為0.150.30m,一般采用20cm。 （5）實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束，應(yīng)重新檢驗(yàn) 和 值。 （6）若要估算原位的水平固結(jié)系數(shù) ，可進(jìn)行扁脹消散實(shí)驗(yàn)，從卸除推力開始，記錄壓力C隨時(shí)間t的變化，記錄時(shí)間可按1，2，4，8，15，30，.min安排。直至C壓力的消散超過50%為止。AB2pAzCpm2h

6、C五、扁脹實(shí)驗(yàn)的資料整理1、根據(jù)A，B，C壓力及A，B計(jì)算P0，P1和P2，并繪制P0，P1，P2與深度的變化曲線。2、繪制ED，ID，KD和UD與深度的變化曲線。五、扁脹實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用1、劃分土類 1980年，Marchetti就提出依據(jù)扁脹指數(shù) 來劃分土類，如表1. 表1 據(jù)扁脹指數(shù) 劃分土類ID0.10.350.60.91.21.83.3泥炭及靈敏性黏土黏土粉質(zhì)黏土黏質(zhì)粉土粉土砂質(zhì)粉土粉質(zhì)砂土砂土DIDI在1981年，Marchetti和Crapps將表1繪制成圖3，用來劃分土層。2、靜止側(cè)壓力系數(shù)K0 扁脹探頭壓入土中，對(duì)周圍土體產(chǎn)生擠壓，故并不能由扁脹實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定原位初始側(cè)向應(yīng)力。但通過

7、經(jīng)驗(yàn)可建立靜止側(cè)壓力系數(shù)K0與水平應(yīng)力指數(shù)KD的關(guān)系式。（1）Marchetti(1980)根據(jù)意大利黏土的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，得出（2）Lunne等（1990）補(bǔ)充資料后，提出對(duì)于新近沉積黏土: 對(duì)于老黏土: （cu/v00.8） （3）Lacasse和Lunne（1998）根據(jù)挪威試驗(yàn)資料，提出 (KD4）式中，m為系數(shù)，對(duì)高塑性黏土，m=0.44; 對(duì)低塑性黏土，m=0.64。54. 0068. 0DKK mDKK35. 003、應(yīng)力歷史（1）Marchetti(1990)建議，對(duì)于膠結(jié)的黏性土（ID1.2），可用KD評(píng)定土的超固結(jié)比(OCR): （2）Lunne(1988)提出：對(duì)新進(jìn)沉積黏土（

8、cu/v00.8）： 對(duì)老黏土：56. 15 . 0DKOCR 17. 13 . 0DKOCR 17. 17 . 2DKOCR 4、不排水抗剪強(qiáng)度cu（1）Marchetti(1980)提出：（2）Roque等（1988）提出：式中 h0原位水平力，由h0=K0v0+u0得，K0可由扁脹實(shí)驗(yàn)測(cè)定； Nc經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取59，對(duì)于硬黏性土，Nc=5；對(duì)于中等黏性土，Nc=7；對(duì)于非靈敏可塑性黏土，Nc=9。25. 10)5 . 0(22. 0/DvuKcNcpchu015、土的變形參數(shù)Marchetti(1980)提出壓縮模量Es與ED關(guān)系如下：Es=RMED式中，RM為與水平應(yīng)力指數(shù)KD有關(guān)的函數(shù)

9、。當(dāng)ID0.6時(shí) RM=0.14+2.36lgKD當(dāng)ID3.0時(shí) RM=0.5+2lgKD當(dāng)0.6ID3.0時(shí) RM=RM0+(2.5-RM0)lgKD RM0=0.14+0.15(ID-0.6)當(dāng)Ib10時(shí) RM=0.32+2.18lgKD一般 RM0.85 彈性模量E（初始切線模量Ei，50%極限應(yīng)力時(shí)的割線模量E50,25%極限應(yīng)力時(shí)的割線模量E25） E=FED式中，F(xiàn)為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見下表 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)F注：F與ID有關(guān)，F(xiàn)=0.36ID-1.6土類土類EF提出者提出者黏性土砂土砂土NC砂土OC砂土重超固結(jié)黏土黏性土EiEiE25E25E25EiEi10210.853.51.4（0.41.1

10、）Robertson等（1988）Robertson等（1988）Campanella等（1985）Baldi等（1986）Baldi等（1986）Davidson等（1983）Lutenegger（1988）6、水平固結(jié)系數(shù)Ch 根據(jù)扁脹實(shí)驗(yàn)C壓力的讀數(shù)，繪制Ct曲線，由曲線確定相應(yīng)C消散50%的時(shí)間t50，則 式中，T50為孔壓消散50%的時(shí)間因數(shù)，如下表用扁脹實(shí)驗(yàn)的結(jié)果由 式確定的Ch，由于扁脹探頭壓入土體相當(dāng)于再加荷（初始階段），要確定現(xiàn)場(chǎng)的水平固體素?cái)?shù)（Ch）F還須作修正： （Ch）F=Ch/a式中，a為修正系數(shù)，見下表 a值（Sohmertmann, 1988）E/cu100200

11、300400T501.11.52.02.7土的固結(jié)歷史土的固結(jié)歷史正常固結(jié)正常固結(jié)正常超固結(jié)正常超固結(jié)低超固結(jié)低超固結(jié)重超固結(jié)重超固結(jié)a7531min)/)(60025050mmtTCh7、側(cè)向受荷樁的設(shè)計(jì) Robertson等（1989）對(duì)側(cè)向受荷樁做了如下假設(shè)：樁為一彈性梁（梁 的彈性模量為E，截面慣性矩為I）；土的抗力由均勻分布的非彈性模量模 擬。 式中 樁每單位長(zhǎng)度土的側(cè)向抗力（kPa）； 樁每單位長(zhǎng)度土的極限側(cè)向抗力（kPa）； 相應(yīng)于P = 0.5Pu樁單元體的極限水平變位（mm); 樁單元體的水平變位（mm)。 （1）對(duì)黏性土（不排水條件） 式中 由扁脹實(shí)驗(yàn)確定的不排水抗剪強(qiáng)度（kPa）； 樁徑（cm）； 扁脹模量（MPa）DcucEFDcy5 . 067.23ucDDE33. 0)(5 . 0cuyyPPyyPPcu ， 為初始切線模量， 。 式中， 為無因次極限抗力系數(shù)。式中 深度（m）； 深度 處的垂直有效應(yīng)力（kPa）； 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)J（Matlock,1970） 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見右表。（2）對(duì)砂性土式中 ， 為內(nèi)摩擦角； ，近似取2。Robertson等建議 取下兩式中的低值：式中 朗金主動(dòng)土壓系數(shù) ； 朗金被動(dòng)土壓系數(shù) ； 靜