沈陽地區(qū)扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)技術(shù)的研究摘要:目的驗(yàn)證扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)在沈陽地區(qū)的適用性,建立能滿足工程需要的經(jīng)歷公式,為該技術(shù)在沈陽地區(qū)的應(yīng)用提供有效的根據(jù).方法對沈陽地鐵工程中大量扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)展整理分析,運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計等方法研究其規(guī)律,并與室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展比照分析.結(jié)果得到了沈陽地區(qū)的側(cè)脹土性指數(shù)ID分布規(guī)律;驗(yàn)證了側(cè)脹模量ED公式在沈陽地區(qū)的適用性;得到沈陽地區(qū)利用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)估算的土的重度值比土工試驗(yàn)結(jié)果平均偏小11.1%,建議把扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)得到的重度值乘以1.11進(jìn)展地區(qū)修正.結(jié)論扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)是一種操作簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用,適宜在沈陽地區(qū)推廣的原位測試技術(shù).關(guān)鍵詞:扁鏟側(cè)脹試驗(yàn);側(cè)脹土性指數(shù);側(cè)脹模量;壓縮模量扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)(DilateterTest,簡稱DT)是由意大利學(xué)者arhetti創(chuàng)造的一種新型的原位測試技術(shù)[1-3],該技術(shù)具有簡單、經(jīng)濟(jì)、重復(fù)性好、擾動孝能獲得多個土性參數(shù)、可得到近似連續(xù)剖面等優(yōu)點(diǎn),在國外巖土工程勘察設(shè)計中已獲得廣泛應(yīng)用,被收為美國AST試驗(yàn)規(guī)程和歐洲標(biāo)準(zhǔn)[4].我國對扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的研究起步較晚,近年來,鐵道勘察系統(tǒng)和上海地區(qū)首先開展該技術(shù)應(yīng)用研究[5-7],得到一些成熟經(jīng)歷.目前該技術(shù)已被列入我國巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)[8]和鐵道部行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[9].應(yīng)用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)成果,并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)歷可以判別土類,確定土的重度、壓縮模量等,由于巖土的工程特性具有很強(qiáng)的地域性,在某一地區(qū)適用的經(jīng)歷公式,在另一地區(qū)并不完全適用.沈陽地鐵工程是遼沈地區(qū)首次大規(guī)模應(yīng)用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的工程,為筆者的研究提供了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù),研究中著重對扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的國內(nèi)外經(jīng)歷公式在遼沈地區(qū)的適用性進(jìn)展驗(yàn)證,對不符合本地區(qū)工程實(shí)際的公式提出地區(qū)經(jīng)歷修正,并從理論上進(jìn)展分析,為扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)技術(shù)在遼沈地區(qū)的應(yīng)用提供了有效的根據(jù).1扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)簡介1.1儀器扁鏟側(cè)脹儀[10]是由扁鏟形探頭、加壓設(shè)備、量測壓力設(shè)備等組成.扁鏟形探頭為:長230~240,寬94~96,厚14~16,鏟前緣刃角為12°~16°.見圖1.1.2試驗(yàn)原理扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)是采用靜力(或錘擊動力)把扁鏟形探頭貫入到土中某一預(yù)定深度,然后通過加壓系統(tǒng)使扁鏟探頭側(cè)面的膜片側(cè)向擴(kuò)張,土體發(fā)生側(cè)向位移變形,測定土的不同側(cè)脹位移時的側(cè)向壓力,即:①膜片向土中膨脹之前的接觸壓力p0;②膜片膨脹至1.1時的壓力p1;③膜片回到0.05時的終止壓力p2.由p、p、p可計算扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)指標(biāo):式中:u0為試驗(yàn)深度處的靜止孔隙水壓力,kPa.2試驗(yàn)場地情況沈陽地鐵一號線工程沿線地層較簡單,表層第四系地層廣泛發(fā)育,厚度較大;下覆第三系地層,工程地質(zhì)條件較好,扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)在上部的黏性土、粉土、粉砂、細(xì)砂中進(jìn)展.筆者主要對搜集到的粉質(zhì)黏土、黏土數(shù)據(jù)進(jìn)展分析.3側(cè)脹土性指數(shù)ID規(guī)律研究方法:先根據(jù)IP指數(shù)按?巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)?GB50021-2001進(jìn)展黏性土分類,然后運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計方法對各類土的ID值進(jìn)展統(tǒng)計分析.筆者共搜集到沈陽地鐵扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的側(cè)脹土性指數(shù)ID數(shù)據(jù)613份,進(jìn)展統(tǒng)計分析.3.1步驟(1)將土層ID值進(jìn)展統(tǒng)計歸納,首先按上下各約15%剔除異常值,然后應(yīng)用Exel的加載宏中的數(shù)據(jù)分析,得到ID值符合一般的正態(tài)分布,見圖2~3.(2)再將一般的正態(tài)分布轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,并計算出粉質(zhì)黏土和黏土的數(shù)學(xué)期望μ值和方差σ,(粉質(zhì)黏土μ=0.37632,σ=0.015152;黏土μ=0.3552,σ=0.09757),經(jīng)計算得出粉質(zhì)黏土和黏土側(cè)脹土性指數(shù)ID值在置信區(qū)間分別為95%、90%、85%、80%、70%時的取值范圍,得到側(cè)脹土性指數(shù)ID取值區(qū)間,見表1.3.2統(tǒng)計結(jié)果分析(1)適宜的統(tǒng)計分析置信區(qū)間:由表1和圖2~3綜合分析得到采用80%的置信區(qū)間比擬合理.(2)由圖2~3可明晰看到,粉質(zhì)黏土ID平均值在0.38左右,黏土ID平均值在0.35左右,根本在arhettti提出的土層分類范圍內(nèi).由此可見側(cè)脹土性指數(shù)ID可以作為劃分土性的指標(biāo)之一.(3)綜合分析得到沈陽地區(qū)的側(cè)脹土性指數(shù)ID分布規(guī)律見表2.轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.(4)黏土和粉質(zhì)黏土的ID值取值范圍不同,且具有互相兼容性.表如今:根據(jù)arhetti(1980)表[1]劃分標(biāo)準(zhǔn),黏土范圍為(0.1~0.35),粉質(zhì)黏土范圍為(0.35~0.60).實(shí)際求得的黏土80%的概率范圍值為(0.21~0.48),粉質(zhì)黏土80%的概率范圍值為(0.22~0.54).黏土的區(qū)間值0.48屬于粉質(zhì)黏土劃分范圍內(nèi),而粉質(zhì)黏土的區(qū)間值0.22屬于黏土劃分范圍內(nèi).二者互相兼容,是由側(cè)脹土性指數(shù)I值出現(xiàn)離散性造成的.(5)ID值出現(xiàn)離散性的原因:①土體的非均勻性和空間變化是導(dǎo)致了扁鏟試驗(yàn)結(jié)果的離散性原因之一;②ID值與靜止孔隙水壓力有關(guān),而靜止孔隙水壓力與土的性質(zhì)有很大關(guān)系,對于砂類土和處于流塑狀態(tài)的黏性土:可按公式u0=hγ計算;對于處于可塑態(tài)的黏性土那么不能按該公式進(jìn)展計算,其計算方法至今無明確統(tǒng)一的計算公式.這就存在黏性土孔隙水壓力計算與實(shí)際不相符的情況,這也是導(dǎo)致結(jié)果離散性大的原因之一.4側(cè)脹模量ED規(guī)律4.1對ED進(jìn)展修正扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)可以直接測定土體的側(cè)脹模量ED,其定義式見式(2).在土力學(xué)中計算地基土的沉降需要的是豎向壓縮模量并非是扁鏟側(cè)脹模量ED.arhetti(1980)提出:引入一個與應(yīng)力歷史有關(guān)參數(shù)R對側(cè)脹模量ED進(jìn)展修正,求得土的豎向壓縮模量DT,即類似于土的壓縮模量ES.DT=R·ED.(3)式中:R是與程度應(yīng)力指數(shù)KD有關(guān)的函數(shù),一般隨KD的增加而增加,它取決于ID和KD,變化范圍大多數(shù)在1~3[10].4.2驗(yàn)證公式適用性結(jié)合沈陽地鐵一號線工程的扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證式(3)在沈陽地區(qū)的適用性.取各土層的豎向壓縮模量DT平均值與土工試驗(yàn)壓縮模量ES平均值進(jìn)展比照分析,見表3.從表3中可知:由扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)得到的土的豎向壓縮模量DT比室內(nèi)土工試驗(yàn)得到壓縮模量ES稍大,平均偏大14.2%.這是因?yàn)槭覂?nèi)土工試驗(yàn)是通過從地層一定深度中采集土樣,因土樣的應(yīng)力釋放、回彈及人為擾動,導(dǎo)致了所獲得的值偏小.由于扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)更能真實(shí)的反映土體的受力狀態(tài),筆者認(rèn)為:沈陽地區(qū)可以應(yīng)用通過扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的側(cè)脹模量ED求解土的豎向壓縮模量DT計算地基土的沉降.5利用ID和ED估算土的重度和劃分土類arhettti和rapps提出利用ID、ED可以估算出土的重度,也可以用于劃分土類[5].黏性土區(qū)塊(ID≤0.6)、粉土區(qū)塊(0.6ID≤1.8)和砂土區(qū)塊(ID1.8),見圖4.結(jié)合沈陽地鐵扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)數(shù)據(jù),應(yīng)用側(cè)脹土性指數(shù)ID和側(cè)脹模量ED值在圖4中估算土的重度,并與土工試驗(yàn)得到的重度值相比擬,見表4.從表4中可知:沈陽地區(qū)利用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)得到的重度γ值平均偏小11.1%,需乘以1.11進(jìn)展地區(qū)經(jīng)歷修正.6結(jié)論(1)側(cè)脹土性指數(shù)ID是一個反映土的力學(xué)性質(zhì)的參數(shù),根據(jù)沈陽地區(qū)的統(tǒng)計分析結(jié)果得到:沈陽地區(qū)可按arhettti提出的土層分類,用側(cè)脹土性指數(shù)ID劃分土性.(2)在沈陽地區(qū)由扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)得到的土的豎向壓縮模量DT比土工試驗(yàn)得到的壓縮模量ES稍大.由于扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)更能真實(shí)的反映土體的受力狀態(tài),在沈陽地區(qū)可以應(yīng)用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)求解土的豎向壓縮模量.(3)沈陽地區(qū)利用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)估算的土的重度值比土工試驗(yàn)結(jié)果平均偏小11.1%,建議把扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)得到的重度值乘以1.11進(jìn)展地區(qū)修正.參考文獻(xiàn):[1]arhettiS.In-situtestsbyflatdilateter[J].JurnalfGetehnialEngineering,ASE,1980,107(3):832-837.[2]arvhettiS.Theflatdilateteranddesignapplia-tin[].Egypt:airUniversity,1997.[3]arhettiS.Theflatdilateteranditsappliat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