利用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)求取常州地區(qū)K0 和Es 修正方法

劉俊

(常州市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，江蘇 常州 213000)

扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)[FlatDialatiometerTest(DMT)]作為一種巖土工程勘察中的原位測(cè)試方法，在二十世紀(jì)七十年代由意大利學(xué)者SilvanoMarchetti 發(fā)明，具有快速經(jīng)濟(jì)、操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)[1]。大量研究表明，在貫入類(lèi)原位測(cè)試方法中，相比于其他原位測(cè)試方法，扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的楔形探討在貫入過(guò)程中能將土體的擾動(dòng)程度降低至最低[2]。

筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，在常州建科大廈地塊勘察工程進(jìn)行了數(shù)項(xiàng)原位測(cè)試工作，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)Marchetti 于1980 年提出的扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)參數(shù)與靜止側(cè)壓力系數(shù)K0和壓縮模量Es 的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行校正，為該地區(qū)采用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)計(jì)算土性參數(shù)提供可靠參考。

1 試驗(yàn)過(guò)程

1.1 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)原理

本次實(shí)驗(yàn)使用DMT-W1 型扁鏟測(cè)脹儀，試驗(yàn)自測(cè)頭埋入地下開(kāi)始，分別測(cè)定鋼膜中心外移一定距離時(shí)膜片內(nèi)側(cè)氣壓值，量測(cè)鋼膜膨脹至三個(gè)特殊位置(A、B、C)的壓力，從而獲得多種巖土數(shù)據(jù)[3]。經(jīng)ΔA、ΔB 修正后，轉(zhuǎn)換成修正壓力P0和P1。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以導(dǎo)出土層的扁鏟指數(shù)，主要包括：土類(lèi)指數(shù)ID、測(cè)脹模量ED和水平應(yīng)力指數(shù)KD[4]，其計(jì)算公式如下：

式中u0為靜水壓力，δv0'為試驗(yàn)點(diǎn)有效上覆壓力。

采用Marchetti(1980)公式，壓縮模量ES和扁鏟模量ED之間具有理論上的相互關(guān)系[4]，其形式為：

當(dāng)ID＜=0.6 時(shí)，Rm=0.14+2.36logKD；

當(dāng)0.6＜ID＜3 時(shí)， Rm=Rmo+(2.5-Rmo)logKD，其中Rmo=0.14+0.15(ID-0.6)；

當(dāng)3＜=ID＜=10 時(shí)，Rm=0.5+2logKD；

當(dāng)ID＞10時(shí)， Rm=0.32+2.18logKD；

若Rm＜0.85，取Rm=0.85。

同時(shí)水平應(yīng)力指數(shù)KD和靜止側(cè)壓力K0之間也具有理論上的相互關(guān)系[4]，后經(jīng)Lunne 等人的補(bǔ)充，提出下列公式：

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

選擇場(chǎng)地12#孔和13#孔分別進(jìn)行扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)，其中12# 鉆孔的測(cè)試深度為24.5m，13# 鉆孔的測(cè)試深度為22.5m，分別在代表性土層③2、⑤2和⑤3中每間隔0.5m 進(jìn)行一次測(cè)試，將12#鉆孔的扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)得到的靜止側(cè)壓力和壓縮模量進(jìn)行對(duì)比分析，從而對(duì)扁鏟指數(shù)與靜止側(cè)壓力和壓縮模量關(guān)系式進(jìn)行修正，把修正后的關(guān)系式應(yīng)用到13#鉆孔中進(jìn)行檢驗(yàn)，見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)鉆孔靜探曲線(xiàn)

其中試驗(yàn)測(cè)試土層土性特征為：

③2粘土層，灰褐色，硬塑，在12#鉆孔和13#鉆孔中埋深為0.9～5.1m。

⑤1粉砂層，灰黃色，稍密，在12# 鉆孔中埋深為7.0～11.0m，在13#鉆孔中埋深為6.8～11.0m。

⑤2粉砂層，灰色，中密～密實(shí)，在12#鉆孔中埋深為11.0～14.3m，在13#鉆孔中埋深為11.0～14.4m。

⑤3粉砂層，灰色，中密，在12# 鉆孔中埋深為14.3～24.8m，在13#鉆孔中埋深為14.4～24.7m。

2 數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

2.1 靜止側(cè)壓力系數(shù)

利用公式(9)將常州地區(qū)建科大廈地塊勘察項(xiàng)目得到的12#鉆孔扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)水平應(yīng)力指數(shù)KD統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下，并與室內(nèi)試驗(yàn)所得靜止側(cè)壓力K0進(jìn)行對(duì)比分析。

由表1 可知，根據(jù)Marchetti 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的水平應(yīng)力指數(shù)普遍比室內(nèi)試驗(yàn)計(jì)算得出靜止側(cè)壓力系數(shù)偏大，其比值分布在1.32～3.79 之間，說(shuō)明不同地區(qū)的土其水平應(yīng)力指數(shù)KD和靜止側(cè)壓力系數(shù)K0的關(guān)系存在差異，需要對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修正。結(jié)合Marchetti 給出的計(jì)算模型，利用常州地區(qū)土層水平應(yīng)力指數(shù)KD與靜止側(cè)壓力系數(shù)K0做回歸分析，修正后的具體表達(dá)式如下：

表1 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)靜止側(cè)壓力K0 與室內(nèi)試驗(yàn)靜止側(cè)壓力K0'統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)修正后的公式，在該工程13#鉆孔中將扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)得到的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，見(jiàn)圖2。

圖2 靜止側(cè)壓力公式修正結(jié)果比較

由驗(yàn)證結(jié)果可知，修正后的扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)中的水平應(yīng)力指數(shù)KD與靜止側(cè)壓力K0的經(jīng)驗(yàn)公式更為適合常州地區(qū)的土層情況，其K0/K0'在0.94～1.02 之間，適合作為常州地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)使用。

2.2 壓縮模量

利用公式(7)將12#鉆孔扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)結(jié)果和室內(nèi)試驗(yàn)分別得到的壓縮模量進(jìn)行對(duì)比分析，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2 可知，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式算出的壓縮模量要比室內(nèi)試驗(yàn)得出的結(jié)果偏大，說(shuō)明與靜止側(cè)壓力類(lèi)似，不同地區(qū)土的扁鏟側(cè)脹指數(shù)和壓縮模量之間的相互關(guān)系存在較大區(qū)別，需要對(duì)其參數(shù)根據(jù)地區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行修正。

將該地區(qū)扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)得到的土類(lèi)指數(shù)ID、扁鏟模量ED和水平應(yīng)力指數(shù)KD與室內(nèi)試驗(yàn)得到的壓縮模量Es 進(jìn)行回歸分析，修正后的經(jīng)驗(yàn)公式如下：

取該工程中13#鉆孔中扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶入修正后計(jì)算公式進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證，見(jiàn)圖3。

圖3 壓縮模量公式修正結(jié)果比較

由表2 可知，利用扁鏟側(cè)脹指數(shù)通過(guò)公式計(jì)算得到的壓縮模量與室內(nèi)試驗(yàn)得到的壓縮模量的比值Es/Es' 在0.76～1.85 之間，即經(jīng)過(guò)參數(shù)修正后的經(jīng)驗(yàn)公式更適合來(lái)表述扁鏟側(cè)脹指數(shù)與該地區(qū)土層實(shí)際壓縮模量Es 之間的相互關(guān)系，表明校正后的經(jīng)驗(yàn)公式更適用于常州地區(qū)。

表2 扁鏟試驗(yàn)壓縮模量Es 和室內(nèi)試驗(yàn)壓縮模量Es'統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)論

本文通過(guò)收集原位測(cè)試扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)結(jié)果，利用Marchetti 經(jīng)驗(yàn)公式與室內(nèi)試驗(yàn)求得的靜止側(cè)壓力K0和壓縮模量Es 進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在常州市通過(guò)扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用該經(jīng)驗(yàn)公式得到的K0和Es 與實(shí)際存在差異，在原有經(jīng)驗(yàn)公式的基礎(chǔ)上，再通過(guò)回歸分析的方法對(duì)其進(jìn)行了參數(shù)校正，提出了更加適合常州地區(qū)的K0和Es 計(jì)算公式，對(duì)在常州廣泛推廣扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)具有一定意義。