扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)

扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)一、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)概述

扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)（簡稱扁脹實(shí)驗(yàn)）是用靜力（有時也用錘擊動力）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。扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)二、扁脹實(shí)驗(yàn)的基本原理

扁脹實(shí)驗(yàn)時膜向外擴(kuò)長可假設(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價。

扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)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1)

、1

個控制箱(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230～240

mm、寬94～96

mm、厚14～16

mm

；探頭前刃角12～16°，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

扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)四、扁脹實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求

（1）實(shí)驗(yàn)時，測定三個鋼膜位置的壓力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)1.100.03時作用在膜片內(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)縮到剛啟動前的原來位置時作用在膜片內(nèi)的氣壓。當(dāng)膜片到達(dá)所確定的位置時，會發(fā)出一電信號（指示燈發(fā)光或蜂鳴器發(fā)聲），測讀相應(yīng)的氣壓。一般三個壓力讀數(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，即外移0.00mm）的計(jì)算式為扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)

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，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0.15~0.30m,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隨時間t的變化，記錄時間可按1，2，4，8，15，30，...min安排。直至C壓力的消散超過50%為止。扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)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。扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)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)砂土砂土扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)在1981年，Marchetti和Crapps將表1繪制成圖3，用來劃分土層。扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)2、靜止側(cè)壓力系數(shù)K0

扁脹探頭壓入土中，對周圍土體產(chǎn)生擠壓，故并不能由扁脹實(shí)驗(yàn)直接測定原位初始側(cè)向應(yīng)力。但通過經(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，提出對于新近沉積黏土:對于老黏土:（cu/sv0＞0.8）（3）Lacasse和Lunne（1998）根據(jù)挪威試驗(yàn)資料，提出(KD＜4）式中，m為系數(shù)，對高塑性黏土，m=0.44;對低塑性黏土，m=0.64。扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)3、應(yīng)力歷史（1）Marchetti(1990)建議，對于膠結(jié)的黏性土（ID≤1.2），可用KD評定土的超固結(jié)比(OCR):

（2）Lunne(1988)提出：對新進(jìn)沉積黏土（cu/s'v0≤0.8）：

對老黏土：扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)4、不排水抗剪強(qiáng)度cu（1）Marchetti(1980)提出：（2）Roque等（1988）提出：式中sh0——原位水平力，由sh0=K0·sv0+u0得，K0可由扁脹實(shí)驗(yàn)測定；

Nc——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取5~9，對于硬黏性土，Nc=5；對于中等黏性土，Nc=7；對于非靈敏可塑性黏土，Nc=9。扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)5、土的變形參數(shù)Marchetti(1980)提出壓縮模量Es與ED關(guān)系如下：Es=RM·ED式中，RM為與水平應(yīng)力指數(shù)KD有關(guān)的函數(shù)。當(dāng)ID≤0.6時

RM=0.14+2.36lgKD當(dāng)ID≥3.0時RM=0.5+2lgKD當(dāng)0.6＜ID＜3.0時RM=RM0+(2.5-RM0)lgKDRM0=0.14+0.15(ID-0.6)當(dāng)Ib＞10時RM=0.32+2.18lgKD一般RM≥0.85彈性模量E（初始切線模量Ei，50%極限應(yīng)力時的割線模量E50,25%極限應(yīng)力時的割線模量E25）

E=F·ED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EF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（0.4~1.1）

Robertson等（1988）Robertson等（1988）Campanella等（1985）Baldi等（1986）Baldi等（1986）Davidson等（1983）Lutenegger（1988）扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)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C√t曲線，由曲線確定相應(yīng)C消散50%的時間t50，則

式中，T50為孔壓消散50%的時間因數(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/cu100200300400T501.11.52.02.7土的固結(jié)歷史正常固結(jié)正常超固結(jié)低超固結(jié)重超固結(jié)a7531扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)7、側(cè)向受荷樁的設(shè)計(jì)

Robertson等（1989）對側(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——樁每單位長度土的側(cè)向抗力（kPa）；

——樁每單位長度土的極限側(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）扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)

，

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）對砂性土式中，為內(nèi)摩擦角；