扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)課件

1、第9章 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)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)例目 錄扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)(Dilatometer Test,簡(jiǎn)稱DMT)最早是1980年由意大利人Silvano Marchetti發(fā)明的一種原位測(cè)試的方法。扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)是利用靜力或錘擊動(dòng)力將一扁平鏟形測(cè)頭貫入土中，達(dá)到預(yù)定深度后，利用氣壓使扁鏟測(cè)頭上的鋼膜片向外膨脹，分別測(cè)得膜片中心向外膨脹不同距離(分別為0.05mm和1.10mm這兩個(gè)特定值)時(shí)的氣壓值，根據(jù)測(cè)得的壓力與變形之間的關(guān)系，獲得地基土參數(shù)的一種現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。1. 概述扁鏟測(cè)頭其實(shí)是一個(gè)不銹鋼鋼板，在鋼板的一側(cè)安裝了

2、一片平坦的圓形鋼膜，扁鏟測(cè)頭通過一條氣電管路連接著在地表的側(cè)控箱，氣電管路穿過貫入設(shè)備的探桿到達(dá)測(cè)頭，連續(xù)地傳輸氣壓和電信號(hào)。測(cè)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(cè)控箱由一個(gè)壓力調(diào)控器，壓力計(jì)，信號(hào)發(fā)生器和排氣閥組成。試驗(yàn)由貫入扁鏟測(cè)頭開始，在貫入至某一深度后暫停，通過測(cè)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(cè)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)。 2. 基本原理 考慮到膜片

3、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(duì)它們進(jìn)行修正，以計(jì)算p0、p1、p2 ( p0為膜片在基座時(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。扁鏟測(cè)頭測(cè)控箱氣壓源貫入設(shè)備3. 試驗(yàn)的儀器和設(shè)備扁鏟探頭 1） 扁鏟測(cè)頭和彈性鋼膜 扁鏟測(cè)頭的外觀尺寸為95

4、mm寬,15mm厚扁鏟測(cè)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(cè)頭下端逐漸變薄的區(qū)段長(zhǎng)50mm. 圓形鋼薄膜直徑為60mm，正常厚度為0.2mm(在可能剪壞測(cè)頭的土層中，常使用0.25厚的鋼膜)，薄膜固定在扁鏟測(cè)頭一個(gè)側(cè)面上。 2）測(cè)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(cè)控箱電源的正極相連，而膜片通過地面接觸與測(cè)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

5、置時(shí)，正負(fù)極不能相通，因此不會(huì)有蜂鳴聲。在進(jìn)行DMT試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)扁鏟貫入土層，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，操作入員開始向內(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(dòng)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(dòng)，膜片中心向外移動(dòng)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(cè)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、接地電纜接口

6、、檢流計(jì)和蜂鳴器(由扁鏟測(cè)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。測(cè)控箱扁鏟側(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(zhǎng)管路的試驗(yàn)，一般可進(jìn)行約1000個(gè)測(cè)點(diǎn)，約200m。耗氣量隨土質(zhì)密度和管路增長(zhǎng)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。氣壓源貫入設(shè)備是將扁鏟測(cè)頭貫入預(yù)定土層的機(jī)具.通常采用的有靜力觸探機(jī)具和液壓鉆機(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

7、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(huì)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)中的貫入阻力是很有用的數(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)具貫入時(shí)，貫入速率應(yīng)控制在20cm/min。貫入設(shè)備一、鋼膜的標(biāo)定二、試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作三、測(cè)試過程四、消散試驗(yàn)五、注意事項(xiàng)4. 試驗(yàn)方法與技術(shù)要求 鋼膜的標(biāo)定就是為了克服膜片本身的剛度對(duì)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(duì)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，判斷試驗(yàn)結(jié)果可靠性。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

8、、B之間的某個(gè)位置(即介于距基座0.05-1.1mm)。A是通過抽真空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是充氣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。一、鋼膜的標(biāo)定1）標(biāo)定過程 1.試驗(yàn)若采用靜力觸探設(shè)備貫入扁鏟測(cè)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)開孔錘擊貫入扁鏟測(cè)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(cè)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(若管路在鉆桿上，須將管路從

9、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(cè)試需要。然后彼此連接上，再將氣電管路的另一端跟測(cè)控箱的測(cè)頭插座連接。 4.地線接到測(cè)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。二、試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作 1.扁鏟測(cè)頭貫入速度應(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(cè)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，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)接著將探頭貫入

10、至下個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，在貫入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(cè)試過程 2.加壓的速率對(duì)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(cè)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(zhǎng)的加壓速率，對(duì)大于25m的氣電管路，可適當(dāng)延長(zhǎng)。3.試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)立即提升探桿，從土中取出扁鏟測(cè)頭，不能延誤，并對(duì)扁鏟測(cè)頭膜片進(jìn)行標(biāo)定，求得試驗(yàn)后A和B數(shù)值。A

11、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。三、測(cè)試過程DMT消散試驗(yàn)方法，試驗(yàn)過程中，只測(cè)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(dòng)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(cè)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)。四、消散試驗(yàn) 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(cè)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(cè)頭長(zhǎng)時(shí)間處于地下水位以下。微小泄漏可能使測(cè)頭進(jìn)水而導(dǎo)致短路。 4 .