扁铲侧胀试验

1、第9章 扁铲侧胀试验 目 录 1. 概述 2. 基本原理 3. 试验的仪器和设备 4. 试验方法与技术要求 5. 成果整理及应用 6. 工程实例 7. 下节课：第10章 现场剪切试验 1. 概述 扁铲侧胀试验(The Flate Dilatometer Test,简称DMT)最早 是1980年由意大利人Silvano Marchetti发明的一种原位测 试的方法，在我国，越来越多的单位开始使用扁铲侧胀试 验进行岩土工程勘察。 扁铲侧胀试验是利用静力或锤击动力将一扁平铲形测头贯 人土中，达到预定深度后，利用气压使扁铲测头上的钢膜 片向外膨胀，分别侧得膜片中心向外膨胀不同距离(分别 为0.05mm

2、和1.10mm这两个特定值)时的气压值，进而获 得地基土参数的一种原位试验。 可用于土层划分与定名、不排水剪切强度、应力历史、静 止土压力系数、压缩模量、固结系数等的原位测定。 扁铲侧胀试验适用于一般粘性土、粉土、中密以下砂土、 黄土等，不适用于含碎石的土等。 扁铲测头其实是一个不锈钢钢板，在钢板 的一侧安装了一片平坦的圆形钢膜，扁铲 测头通过一条气电管路连接着在地表的侧 控箱，气电管路穿过贯人设备的探杆到达 测头，连续地传输气压和电信号。测控箱 通过气压管和一个气源相连接，以提供气 压使膜片膨胀，测控箱由一个压力调控器， 压力计，信号发生器和排气阀组成。可以 使用常用的贯人设备把扁铲测头压人

3、土内， 一般可以使用静力触探设备贯入。 2. 基本原理 试验由贯人扁铲测头开始，在贯人至某一深度后 暂停，通过测控箱操作使膜片充气膨胀.在充气鼓 胀过程中，得到如下两个读数: (1) A读数，膜片距离基座0.05mm时的气压值; (2) B读数，膜片距离基座1.10mm时的气压值。 另外，在到达B点之后，通过测控箱上的气压 调控器释放气压，使膜片缓慢回缩到距离基座 0.05mm。时，可读取C读数。 然后，测头继续往下贯人至下一试验深度(试验点间隔通 常是取 20cm)。在每一试验深度，都重复上述试验过程， 读取A,B(有时包括C)读数。考虑到膜片本身的刚度，根据 试验前后得到的标定值A , B

4、来对它们进行修正，以计 算p0、p1、p2。 p0为膜片在基座时土体所受的压力;p1为膜 片距离基座1.10mm时土体所受的压力，p2为膜片回缩到A 点(距离基座0.05mm)时土体所受的压力，然后由p0、p1、 p2值可获得4个扁铲试验中间参数:材料指数ID、水平应力 指数KD、孔隙水压力指数UD和扁铲模量ED。这些参数经 过经验公式计算，可以得到一些土性参数，如静止侧压力 系数K0、超固结比OCR、不排水抗剪强度cu侧限压缩模量 M和砂土内摩擦角等。当进行扁铲消散试验时，还可以对 土的水平固结系数ch、水平渗透系数kh进行估计。 3. 试验的仪器和设备 扁铲测头 测控箱 气压源 贯入设备

5、扁铲测头 1. 扁铲测头和弹性钢膜 扁铲测头的外观尺寸为 95mm宽,15mm厚，扁铲 测头具有锲形底端，用以 贯穿土层，锲形底端的顶角介于24-32. 测 头下端逐渐变薄的区段长50mm. 圆形钢薄 膜直径为60mm，正常厚度为0.2mm(在可 能剪坏测头的土层中，常使用0.25厚的钢 膜)，薄膜固定在扁铲测头一个侧面上。 2. 测头工作原理 扁铲的工作原理就如一个电开关，绝缘垫将导体基座与 扁铲(钢)体和钢膜隔离，导体圆盘与测控箱电源的正极相 连，而膜片通过地面接触与测控箱的负极相连。在自然状 态下，彼此之间被绝缘体分开，而当膜片受土压力作用而 向内收缩与导体基座接触时，或是受气压作用使膜

6、向外鼓 胀，钢柱在弹簧作用下与导体基座接触时，则正负极接通， 蜂鸣声响起;当膜片处于中间位置时，正负极不能相通， 因此不会有蜂鸣声。 在进行DMT试验时，当扁铲贯人土层，膜片受土 压力的作用向里收缩，膜片与导体基座接触，蜂 鸣声响起。 当到达试验位置，操作人员开始向内充气，在一 段时间内，膜片仍保持与基座接触(蜂鸣声不断)。 当内部压力达到与外部压力平衡时，膜片开始向 外移动并与基座脱离(蜂鸣声停止)，蜂鸣声停止， 提醒操作者读取A读数。 继续向内充气加压，膜片继续向外移动， 膜片中心向外移动达到1.10mm时， 钢柱在弹簧作用下与导体基座底部 接触时,则正负极接通，蜂鸣声再次 响起，提醒操作

7、者记录B读数。 测控箱 测控箱, 一般包括两个压力计(也有采用一个压力 计)、与压力源的连接口、与气电管路的连接口、 接地电缆接口、检流计和蜂鸣器(由扁铲测头电路 的闭合决定是否发出响声，这样，蜂鸣器可以有 效地提示电路的闭合与否，促使操作者可以确定 A, B, C读数的时机)，另外还有排气阀，统能够顺 利排泄气体。来控制气体的流量，并使侧试系 气压源 扁铲侧胀试验用高压钢瓶的高压气作为气 压源，气体必须是干燥的空气或氮气。一 只充气15MPa的10L气瓶，在中密度土中做 25 m长管路的试验，一般可进行约1000个 测点，约200m。耗气量随土质密度和管路 增长而增加，因此，在试验前，应先检

8、查 气量是否充足，以免在试验中途更换气源。 贯入设备 贯人设备是将扁铲测头贯人预定土层的机具.通常 采用的有静力触探机具、标准贯入试验锤击机具 和液压钻机机具等。在一般土层中。通常采用静. 力触探机具，而在较坚硬的粘性土或较密实的砂 土层，可以采用标贯机具来替代。锤击法会影响 试验精度，CPT设备较为理想，应优先选用。试 验中的贯人阻力是很有用的数值，可用以确定如 砂土摩擦角等土工参数， 若采用CPT机具贯人时， 贯人速率应控制在20cm/min。 4. 试验方法与技术要求 一、钢膜的标定 二、试验前期准备工作 三、测试过程 四、消散试验 五、注意事项 一、钢膜的标定 钢膜的标定就是为了克服膜

9、片本身的刚度对试验结果的 影响，通过标定，可以得到膜片的标定值A和B，可 用于对A、B、C读数进行修正。标定必须做两次，一次为 试验前标定.另一次为试验后标定.并检查前、后两次标定 值的差别，以判断试验结果的可靠性。 在空气中大气压力下，因为膜表面本身有微小的向外的 曲率，自由膜片的位置处于在A、B之间的某个位置(即介 于距基座0.05-1.1mm)。A是使膜片从自由位置回缩到 距离基座0.05mm(A位置)时所需的压力;而B是使膜片从 自由位置到B位置时所需的外界压力，此时为张力。 二、试验前期准备工作 1.试验若采用静力触探设备贯人扁铲测头，应先将气电 管路贯穿在探杆中。在贯穿时，要拉直管

10、路，让探杆一根 根沿管路滑行穿过为好，尽量减小管路的绞扭和弯伤倘若 用钻机开孔锤击贯人扁铲测头，气电管路可不贯穿钻杆中， 而采用按一定的间隔直接用胶带绑在钻杆上。 2. 气电管路贯穿探杆后，一端与扁铲测头连接。然后通 过变径接头，拧上第一根探杆，待侧试时一根一根连接 (若管路绑在钻杆上，须将管路从第一根钻杆的变径接头 中引出)。 3.检查侧控箱、压力源设备完好，需估算一下钢瓶气体 是否满足试验测试需要。然后彼此连接上，再将气电管路 的另一端跟测控箱的测头插座连接。 4.地线接到测控箱的地线插座上，另一端夹到探杆或压 机的机座上。 5.检查电路，是否连通。 三、测试过程 1.扁铲测头贯人速度应控

11、制在2cm/s左右，在贯入过程中， 排气阀始终是打开的。当测头达预定深度后: (1)关闭排气阀，缓慢打开微调阀，在蜂鸣器停止响的 瞬间记下气压值，即A读数; (2)继续缓慢加压，直至蜂鸣器响时，记下气压值，即B 读数; (3)立即打开排气阀，并关上微调阀以防止膜片过分膨 胀而损坏膜片; (4)接着将探头贯人至下个试验点，在贯人过程中排气 阀始终打开，重复下一次试验。 如在试验中需要获得C读数，应在步骤(3)中打开微排阀 而非打开排气阀，使其缓慢降压直至蜂鸣器停后再次响起 (膜片离基座为0.05mm)时，此时记下的读数为C值。 三、测试过程 2.加压的速率对试验的结果有一定影响，因而应 将加压速

12、率控制在一定范围内。A值应控制在15- 20s之间测得，而B值应在A值之后的15 -20s之间 获得,C值在B值后约1 min获得。这个速率是在气 电管路为25m长的加压速率，对大于25m的气电 管路，可适当 延长。 3.试验结束后，应立即提升探杆，从土中取出 扁铲测头，不能延误，并对扁铲测头膜片进行标 定，求得试验后A和B数值。A和B应在 许用范围内，并且试验前后A和B值相差不能 超过25kPa,否则，试验的数据不能使用。 四、消散试验 DMT消散试验方法，试验过程中，只测读A值， 膜片没有扩张到B处。试验步骤如下: (1)按DMT试验程序贯入到试验深度，缓慢加压 并启动秒表，蜂鸣器响时、读取A值并记下所需 时间t;立即释放压力回零，而不测B和C值。 (2)分别在时间间隔为0.5、1、2、4、8、15、 30min时重复上述步骤。 (3)绘制压力值A-lgt曲线，曲线的形状通常为 S型，当曲线的第二个拐点出现后，可停止试验。 五、注意事项 1. 试验中，随时校核B-AA+B是否成立。若不成 立，应停止试验，重新校核A和A值。 2. 试验若暂停，排气阀必须打开，以免有关阀门泄漏。 3 .不应该把测头放在地下过夜，因为正常工作时，微小 的泄漏无关紧要，若扁铲测头长时间处于地下水位