扁鏟側脹試驗

1、第9章 扁鏟(bin chn)側脹試驗主講(zhjing)：崔德山共四十頁目 錄1. 概述2. 基本原理3. 試驗的儀器和設備4. 試驗方法與技術要求5. 成果(chnggu)整理及應用6. 工程實例7. 下節(jié)課：第10章 現(xiàn)場剪切試驗共四十頁1. 概述(i sh)扁鏟側脹試驗(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脹試驗進行巖土工程勘察。扁鏟側脹試驗是利用靜力或錘擊(chu j)動力將一扁平鏟形測頭貫人土中，達到預定深度后，利用氣壓使扁鏟測頭上

2、的鋼膜片向外膨脹，分別側得膜片中心向外膨脹不同距離(分別為0.05mm和1.10mm這兩個特定值)時的氣壓值，進而獲得地基土參數(shù)的一種原位試驗。可用于土層劃分與定名、不排水剪切強度、應力歷史、靜止土壓力系數(shù)、壓縮模量、固結系數(shù)等的原位測定。扁鏟側脹試驗適用于一般粘性土、粉土、中密以下砂土、黃土等，不適用于含碎石的土等。共四十頁共四十頁扁鏟測頭其實是一個不銹鋼鋼板，在鋼板的一側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控箱，氣電管路穿過貫人設備的探桿到達測頭，連續(xù)地傳輸氣壓和電信號。測控(c kn)箱通過氣壓管和一個氣源相連接，以提供氣壓使膜片膨脹，測控(c kn)箱由一

3、個壓力調(diào)控器，壓力計，信號發(fā)生器和排氣閥組成。可以使用常用的貫人設備把扁鏟測頭壓人土內(nèi)，一般可以使用靜力觸探設備貫入。共四十頁2. 基本原理試驗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(d do)如下兩個讀數(shù): (1) A讀數(shù)，膜片距離基座0.05mm時的氣壓值; (2) B讀數(shù)，膜片距離基座1.10mm時的氣壓值。 另外，在到達B點之后，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，可讀取C讀數(shù)。 共四十頁然后，測頭繼續(xù)往下貫人至下一試驗深度(試驗點間隔(jin g)通常是取 20cm)。在每一試驗深度，都

4、重復上述試驗過程，讀取A,B(有時包括C)讀數(shù)。考慮到膜片本身的剛度，根據(jù)試驗前后得到的標定值A , B來對它們進行修正，以計算p0、p1、p2。 p0為膜片在基座時土體所受的壓力;p1為膜片距離基座1.10mm時土體所受的壓力，p2為膜片回縮到A點(距離基座0.05mm)時土體所受的壓力，然后由p0、p1、p2值可獲得4個扁鏟試驗中間參數(shù):材料指數(shù)ID、水平應力指數(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)驗公式計算，可以得到一些土性參數(shù)，如靜止側壓力系數(shù)K0、超固結比OCR、不排水抗剪強度cu側限壓縮模量M和砂土內(nèi)摩擦角等。當進行扁鏟消散試驗時，還可以對土的水平固結系數(shù)ch、水

5、平滲透系數(shù)kh進行估計。共四十頁3. 試驗(shyn)的儀器和設備扁鏟測頭測控(c kn)箱氣壓源貫入設備共四十頁扁鏟(bin chn)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厚，扁鏟測頭具有(jyu)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側面上。 共四十頁2. 測頭工作原理 扁鏟的工作原理就如一個電開關，絕緣墊將導體基座與扁鏟(鋼)體和鋼膜隔離，導體圓盤與測控箱電源的正極相連，而膜片通過地

6、面接觸與測控箱的負極(fj)相連。在自然狀態(tài)下，彼此之間被絕緣體分開，而當膜片受土壓力作用而向內(nèi)收縮與導體基座接觸時，或是受氣壓作用使膜向外鼓脹，鋼柱在彈簧作用下與導體基座接觸時，則正負極(fj)接通，蜂鳴聲響起;當膜片處于中間位置時，正負極(fj)不能相通，因此不會有蜂鳴聲。共四十頁在進行DMT試驗時，當扁鏟貫人土層，膜片受土壓力的作用向里收縮，膜片與導體基座接觸，蜂鳴聲響起。當?shù)竭_試驗位置，操作人員開始向內(nèi)充氣，在一段時間內(nèi)，膜片仍保持與基座接觸(蜂鳴聲不斷)。當內(nèi)部壓力達到與外部壓力平衡時，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

7、片繼續(xù)向外移動，膜片中心向外移動達到1.10mm時，鋼柱在彈簧(tnhung)作用下與導體基座底部接觸時,則正負極接通，蜂鳴聲再次響起，提醒操作者記錄B讀數(shù)。共四十頁測控(c kn)箱 測控箱, 一般包括兩個壓力計(也有采用一個壓力計)、與壓力源的連接口、與氣電管路的連接口、接地電纜接口、檢流計和蜂鳴器(由扁鏟測頭電路的閉合決定是否發(fā)出(fch)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)的時機)，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，并使側試系共四十頁氣壓(qy)源扁鏟側脹試驗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氣。一

8、只充氣15MPa的10L氣瓶，在中密度土中做25 m長管路的試驗，一般可進行約1000個測點，約200m。耗氣量隨土質(zhì)密度和管路增長而增加，因此，在試驗前，應先檢查氣量是否(sh fu)充足，以免在試驗中途更換氣源。共四十頁貫入設備(shbi)貫人設備是將扁鏟測頭貫人預定土層的機具.通常采用的有靜力觸探機具、標準貫入試驗錘擊機具和液壓鉆機(zunj)機具等。在一般土層中。通常采用靜.力觸探機具，而在較堅硬的粘性土或較密實的砂土層，可以采用標貫機具來替代。錘擊法會影響試驗精度，CPT設備較為理想，應優(yōu)先選用。試驗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機具貫人時

9、，貫人速率應控制在20cm/min。共四十頁4. 試驗方法(fngf)與技術要求一、鋼膜的標定二、試驗(shyn)前期準備工作三、測試過程四、消散試驗五、注意事項共四十頁一、鋼膜的標定(bio dn) 鋼膜的標定就是為了克服膜片本身的剛度對試驗結果的影響，通過標定，可以得到膜片的標定值A和B，可用于對A、B、C讀數(shù)進行修正。標定必須做兩次，一次為試驗前標定.另一次為試驗后標定.并檢查前、后兩次標定值的差別，以判斷試驗結果的可靠性。 在空氣中大氣壓力下，因為膜表面本身有微小的向外的曲率，自由膜片的位置(wi zhi)處于在A、B之間的某個位置(wi zhi)(即介于距基座0.05-1.1mm)。

10、A是使膜片從自由位置(wi zhi)回縮到距離基座0.05mm(A位置(wi zhi)時所需的壓力;而B是使膜片從自由位置(wi zhi)到B位置(wi zhi)時所需的外界壓力，此時為張力。共四十頁二、試驗前期(qinq)準備工作 1.試驗若采用靜力觸探設備貫人扁鏟測頭，應先將氣電管路貫穿在探桿中。在貫穿時，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. 氣電管路貫穿探桿后，一端與扁鏟測頭連接。然后(rnhu)通過變徑接頭，擰上第一根探桿，待側試時一根一根連接(若管路綁

11、在鉆桿上，須將管路從第一根鉆桿的變徑接頭中引出)。 3.檢查側控箱、壓力源設備完好，需估算一下鋼瓶氣體是否滿足試驗測試需要。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的機座上。 5.檢查電路，是否連通。共四十頁三、測試(csh)過程 1.扁鏟測頭貫人速度應控制在2cm/s左右，在貫入過程中，排氣閥始終是打開(d ki)的。當測頭達預定深度后: (1)關閉排氣閥，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，記下氣壓值，即B讀數(shù); (3)立即打開排氣閥，并關上微調(diào)閥以防止膜片

12、過分膨脹而損壞膜片; (4)接著將探頭貫人至下個試驗點，在貫人過程中排氣閥始終打開，重復下一次試驗。 如在試驗中需要獲得C讀數(shù)，應在步驟(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，此時記下的讀數(shù)為C值。共四十頁三、測試(csh)過程 2.加壓的速率對試驗的結果有一定影響，因而應將加壓速率控制在一定范圍內(nèi)。A值應控制在15-20s之間測得，而B值應在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，可適當延長(ynchng)。 3.試驗結束后，應立即提升探桿，從

13、土中取出扁鏟測頭，不能延誤，并對扁鏟測頭膜片進行標定，求得試驗后A和B數(shù)值。A和B應在許用范圍內(nèi)，并且試驗前后A和B值相差不能超過25kPa,否則，試驗的數(shù)據(jù)不能使用。共四十頁四、消散(xiosn)試驗DMT消散試驗方法，試驗過程中，只測讀A值，膜片沒有擴張到B處。試驗步驟如下: (1)按DMT試驗程序貫入到試驗深度，緩慢加壓并啟動秒表，蜂鳴器響時、讀取A值并記下所需時間t;立即釋放壓力回零，而不測B和C值。 (2)分別在時間間隔為0.5、1、2、4、8、15、30min時重復(chngf)上述步驟。 (3)繪制壓力值A-lgt曲線，曲線的形狀通常為S型，當曲線的第二個拐點出現(xiàn)后，可停止試驗。

14、共四十頁五、注意事項 1. 試驗中，隨時(sush)校核B-AA+B是否成立。若不成立，應停止試驗，重新校核A和A值。 2. 試驗若暫停，排氣閥必須打開，以免有關閥門泄漏。 3 .不應該把測頭放在地下過夜，因為正常工作時，微小的泄漏無關緊要，若扁鏟測頭長時間處于地下水位以下。微小泄漏可能使測頭進水而導致短路。 4 .對較長的氣電管路(25m) ,需檢查所加氣壓沿管路是否均衡，檢查方法是加壓時關閉微調(diào)閥，觀察壓力表數(shù)值是否下降，若下降，說明加壓速率太快，應適當減慢。 5 .在雜填土土層中試驗時，應采用另行配備的實心測頭開孔，以免雜填土中的硬物劃傷扁鏟測頭，尤其是避免損壞測頭上膜片。共四十頁5. 成果(chnggu)整理及應用共四十頁共四十頁共四十頁共四十頁共四十頁共四十頁共四十頁共四十頁共四十頁共四十頁共四十頁6. 工程(gngchng)實例共四十頁共四十頁共四十頁共四十頁共四十頁7. 下節(jié)課：第10章 現(xiàn)場(xinchng)剪切試驗共四十頁共四十頁內(nèi)容摘要第9章 扁鏟側脹試驗。p1為膜片距離基座1.10mm時土體所受的壓力(yl)，p2為膜片回縮到A點(距離基座0.05mm)時土體所受的壓力(yl)，然后由p0、p1、p