扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)

1、第9章 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)?zāi)?錄 1. 概述 2. 基本原理 3. 試驗(yàn)的儀器和設(shè)備 4. 試驗(yàn)方法與技術(shù)要求 5. 成果整理及應(yīng)用 6. 工程實(shí)例 7. 下節(jié)課：第10章 現(xiàn)場剪切試驗(yàn)1. 概述 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)(The Flate Dilatometer Test,簡稱DMT)最早是1980年由意大利人Silvano Marchetti發(fā)明的一種原位測試的方法，在我國，越來越多的單位開始使用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)進(jìn)行巖土工程勘察。 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)是利用靜力或錘擊動力將一扁平鏟形測頭貫人土中，達(dá)到預(yù)定深度后，利用氣壓使扁鏟測頭上的鋼膜片向外膨脹，分別側(cè)得膜片中心向外膨脹不同距離(分別為0.05mm和1.10mm這

2、兩個(gè)特定值)時(shí)的氣壓值，進(jìn)而獲得地基土參數(shù)的一種原位試驗(yàn)。 可用于土層劃分與定名、不排水剪切強(qiáng)度、應(yīng)力歷史、靜止土壓力系數(shù)、壓縮模量、固結(jié)系數(shù)等的原位測定。 扁鏟側(cè)脹試驗(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等。 扁鏟測頭其實(shí)是一個(gè)不銹鋼鋼板，在鋼板的一側(cè)安裝了一片平坦的圓形鋼膜，扁鏟測頭通過一條氣電管路連接著在地表的側(cè)控箱，氣電管路穿過貫人設(shè)備的探桿到達(dá)測頭，連續(xù)地傳輸氣壓和電信號。測控箱通過氣壓管和一個(gè)氣源相連接，以提供氣壓使膜片膨脹，測控箱由一個(gè)壓力調(diào)控器，壓力計(jì)，信號發(fā)生器和排氣閥組成?？梢允褂贸Ｓ玫呢炄嗽O(shè)備把扁鏟測頭壓人土內(nèi)，一般可以使用靜力觸探設(shè)備貫入。2

3、. 基本原理 試驗(yàn)由貫人扁鏟測頭開始，在貫人至某一深度后暫停，通過測控箱操作使膜片充氣膨脹.在充氣鼓脹過程中，得到如下兩個(gè)讀數(shù): (1) A讀數(shù)，膜片距離基座0.05mm時(shí)的氣壓值; (2) B讀數(shù)，膜片距離基座1.10mm時(shí)的氣壓值。 另外，在到達(dá)B點(diǎn)之后，通過測控箱上的氣壓調(diào)控器釋放氣壓，使膜片緩慢回縮到距離基座0.05mm。時(shí)，可讀取C讀數(shù)。 然后，測頭繼續(xù)往下貫人至下一試驗(yàn)深度(試驗(yàn)點(diǎn)間隔通常是取 20cm)。在每一試驗(yàn)深度，都重復(fù)上述試驗(yàn)過程，讀取A,B(有時(shí)包括C)讀數(shù)?？紤]到膜片本身的剛度，根據(jù)試驗(yàn)前后得到的標(biāo)定值A(chǔ) , B來對它們進(jìn)行修正，以計(jì)算p0、p1、p2。 p0為膜片在

4、基座時(shí)土體所受的壓力;p1為膜片距離基座1.10mm時(shí)土體所受的壓力，p2為膜片回縮到A點(diǎn)(距離基座0.05mm)時(shí)土體所受的壓力，然后由p0、p1、p2值可獲得4個(gè)扁鏟試驗(yàn)中間參數(shù):材料指數(shù)ID、水平應(yīng)力指數(shù)KD、孔隙水壓力指數(shù)UD和扁鏟模量ED。這些參數(shù)經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，可以得到一些土性參數(shù)，如靜止側(cè)壓力系數(shù)K0、超固結(jié)比OCR、不排水抗剪強(qiáng)度cu側(cè)限壓縮模量M和砂土內(nèi)摩擦角等。當(dāng)進(jìn)行扁鏟消散試驗(yàn)時(shí)，還可以對土的水平固結(jié)系數(shù)ch、水平滲透系數(shù)kh進(jìn)行估計(jì)。3. 試驗(yàn)的儀器和設(shè)備 扁鏟測頭 測控箱 氣壓源 貫入設(shè)備扁鏟測頭 1. 扁鏟測頭和彈性鋼膜 扁鏟測頭的外觀尺寸為 95mm寬,15mm

5、厚，扁鏟 測頭具有鍥形底端，用以 貫穿土層，鍥形底端的頂角介于24-32. 測頭下端逐漸變薄的區(qū)段長50mm. 圓形鋼薄膜直徑為60mm，正常厚度為0.2mm(在可能剪壞測頭的土層中，常使用0.25厚的鋼膜)，薄膜固定在扁鏟測頭一個(gè)側(cè)面上。 2. 測頭工作原理 扁鏟的工作原理就如一個(gè)電開關(guān)，絕緣墊將導(dǎo)體基座與扁鏟(鋼)體和鋼膜隔離，導(dǎo)體圓盤與測控箱電源的正極相連，而膜片通過地面接觸與測控箱的負(fù)極相連。在自然狀態(tài)下，彼此之間被絕緣體分開，而當(dāng)膜片受土壓力作用而向內(nèi)收縮與導(dǎo)體基座接觸時(shí)，或是受氣壓作用使膜向外鼓脹，鋼柱在彈簧作用下與導(dǎo)體基座接觸時(shí)，則正負(fù)極接通，蜂鳴聲響起;當(dāng)膜片處于中間位置時(shí)，正

6、負(fù)極不能相通，因此不會有蜂鳴聲。 在進(jìn)行DMT試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)扁鏟貫人土層，膜片受土壓力的作用向里收縮，膜片與導(dǎo)體基座接觸，蜂鳴聲響起。 當(dāng)?shù)竭_(dá)試驗(yàn)位置，操作人員開始向內(nèi)充氣，在一段時(shí)間內(nèi)，膜片仍保持與基座接觸(蜂鳴聲不斷)。當(dāng)內(nèi)部壓力達(dá)到與外部壓力平衡時(shí)，膜片開始向外移動并與基座脫離(蜂鳴聲停止)，蜂鳴聲停止，提醒操作者讀取A讀數(shù)。 繼續(xù)向內(nèi)充氣加壓，膜片繼續(xù)向外移動， 膜片中心向外移動達(dá)到1.10mm時(shí)， 鋼柱在彈簧作用下與導(dǎo)體基座底部 接觸時(shí),則正負(fù)極接通，蜂鳴聲再次 響起，提醒操作者記錄B讀數(shù)。測控箱 測控箱, 一般包括兩個(gè)壓力計(jì)(也有采用一個(gè)壓力計(jì))、與壓力源的連接口、與氣電管路的連接口、

7、接地電纜接口、檢流計(jì)和蜂鳴器(由扁鏟測頭電路的閉合決定是否發(fā)出響聲，這樣，蜂鳴器可以有效地提示電路的閉合與否，促使操作者可以確定A, B, C讀數(shù)的時(shí)機(jī))，另外還有排氣閥，統(tǒng)能夠順利排泄氣體。來控制氣體的流量，并使側(cè)試系氣壓源 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)用高壓鋼瓶的高壓氣作為氣壓源，氣體必須是干燥的空氣或氮?dú)狻Ｒ恢怀錃?5MPa的10L氣瓶，在中密度土中做25 m長管路的試驗(yàn)，一般可進(jìn)行約1000個(gè)測點(diǎn)，約200m。耗氣量隨土質(zhì)密度和管路增長而增加，因此，在試驗(yàn)前，應(yīng)先檢查氣量是否充足，以免在試驗(yàn)中途更換氣源。貫入設(shè)備 貫人設(shè)備是將扁鏟測頭貫人預(yù)定土層的機(jī)具.通常采用的有靜力觸探機(jī)具、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊機(jī)具和

8、液壓鉆機(jī)機(jī)具等。在一般土層中。通常采用靜.力觸探機(jī)具，而在較堅(jiān)硬的粘性土或較密實(shí)的砂土層，可以采用標(biāo)貫機(jī)具來替代。錘擊法會影響試驗(yàn)精度，CPT設(shè)備較為理想，應(yīng)優(yōu)先選用。試驗(yàn)中的貫人阻力是很有用的數(shù)值，可用以確定如砂土摩擦角等土工參數(shù)， 若采用CPT機(jī)具貫人時(shí)， 貫人速率應(yīng)控制在20cm/min。4. 試驗(yàn)方法與技術(shù)要求 一、鋼膜的標(biāo)定 二、試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作 三、測試過程 四、消散試驗(yàn) 五、注意事項(xiàng)一、鋼膜的標(biāo)定 鋼膜的標(biāo)定就是為了克服膜片本身的剛度對試驗(yàn)結(jié)果的影響，通過標(biāo)定，可以得到膜片的標(biāo)定值A(chǔ)和B，可用于對A、B、C讀數(shù)進(jìn)行修正。標(biāo)定必須做兩次，一次為試驗(yàn)前標(biāo)定.另一次為試驗(yàn)后標(biāo)定.并檢查

9、前、后兩次標(biāo)定值的差別，以判斷試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。 在空氣中大氣壓力下，因?yàn)槟け砻姹旧碛形⑿〉南蛲獾那?，自由膜片的位置處于在A、B之間的某個(gè)位置(即介于距基座0.05-1.1mm)。A是使膜片從自由位置回縮到距離基座0.05mm(A位置)時(shí)所需的壓力;而B是使膜片從自由位置到B位置時(shí)所需的外界壓力，此時(shí)為張力。二、試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作 1.試驗(yàn)若采用靜力觸探設(shè)備貫人扁鏟測頭，應(yīng)先將氣電管路貫穿在探桿中。在貫穿時(shí)，要拉直管路，讓探桿一根根沿管路滑行穿過為好，盡量減小管路的絞扭和彎傷倘若用鉆機(jī)開孔錘擊貫人扁鏟測頭，氣電管路可不貫穿鉆桿中，而采用按一定的間隔直接用膠帶綁在鉆桿上。 2. 氣電管路貫穿探桿

10、后，一端與扁鏟測頭連接。然后通過變徑接頭，擰上第一根探桿，待側(cè)試時(shí)一根一根連接(若管路綁在鉆桿上，須將管路從第一根鉆桿的變徑接頭中引出)。 3.檢查側(cè)控箱、壓力源設(shè)備完好，需估算一下鋼瓶氣體是否滿足試驗(yàn)測試需要。然后彼此連接上，再將氣電管路的另一端跟測控箱的測頭插座連接。 4.地線接到測控箱的地線插座上，另一端夾到探桿或壓機(jī)的機(jī)座上。 5.檢查電路，是否連通。三、測試過程 1.扁鏟測頭貫人速度應(yīng)控制在2cm/s左右，在貫入過程中，排氣閥始終是打開的。當(dāng)測頭達(dá)預(yù)定深度后: (1)關(guān)閉排氣閥，緩慢打開微調(diào)閥，在蜂鳴器停止響的瞬間記下氣壓值，即A讀數(shù); (2)繼續(xù)緩慢加壓，直至蜂鳴器響時(shí)，記下氣壓值

11、，即B讀數(shù); (3)立即打開排氣閥，并關(guān)上微調(diào)閥以防止膜片過分膨脹而損壞膜片; (4)接著將探頭貫人至下個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，在貫人過程中排氣閥始終打開，重復(fù)下一次試驗(yàn)。 如在試驗(yàn)中需要獲得C讀數(shù)，應(yīng)在步驟(3)中打開微排閥而非打開排氣閥，使其緩慢降壓直至蜂鳴器停后再次響起(膜片離基座為0.05mm)時(shí)，此時(shí)記下的讀數(shù)為C值。三、測試過程 2.加壓的速率對試驗(yàn)的結(jié)果有一定影響，因而應(yīng)將加壓速率控制在一定范圍內(nèi)。A值應(yīng)控制在15-20s之間測得，而B值應(yīng)在A值之后的15 -20s之間獲得,C值在B值后約1 min獲得。這個(gè)速率是在氣電管路為25m長的加壓速率，對大于25m的氣電管路，可適當(dāng) 延長。 3.試驗(yàn)

12、結(jié)束后，應(yīng)立即提升探桿，從土中取出扁鏟測頭，不能延誤，并對扁鏟測頭膜片進(jìn)行標(biāo)定，求得試驗(yàn)后A和B數(shù)值。A和B應(yīng)在許用范圍內(nèi)，并且試驗(yàn)前后A和B值相差不能超過25kPa,否則，試驗(yàn)的數(shù)據(jù)不能使用。四、消散試驗(yàn) DMT消散試驗(yàn)方法，試驗(yàn)過程中，只測讀A值，膜片沒有擴(kuò)張到B處。試驗(yàn)步驟如下: (1)按DMT試驗(yàn)程序貫入到試驗(yàn)深度，緩慢加壓并啟動秒表，蜂鳴器響時(shí)、讀取A值并記下所需時(shí)間t;立即釋放壓力回零，而不測B和C值。 (2)分別在時(shí)間間隔為0.5、1、2、4、8、15、30min時(shí)重復(fù)上述步驟。 (3)繪制壓力值A(chǔ)-lgt曲線，曲線的形狀通常為S型，當(dāng)曲線的第二個(gè)拐點(diǎn)出現(xiàn)后，可停止試驗(yàn)。五、注意事項(xiàng) 1. 試驗(yàn)中，隨時(shí)校核B-AA+B是否成立。若不成立，應(yīng)停止試驗(yàn)，重新校核A和A值。 2. 試驗(yàn)若暫停，排氣閥必須打開，以免有關(guān)閥門泄漏。 3 .不應(yīng)該把測頭放在地下過夜，因?yàn)檎９ぷ鲿r(shí)，微小的泄漏無關(guān)緊要，若扁鏟測頭長時(shí)間處于地下