1、第9章 扁鏟側脹試驗主講：崔德山目 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1. 概述 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。 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

2、石的土等。 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，測控箱由一個壓力調(diào)控器，壓力計，信號發(fā)生器和排氣閥組成?？梢允褂贸Ｓ玫呢炄嗽O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。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

3、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)。 然后，測頭繼續(xù)往下貫人至下一試驗深度(試驗點間隔通常是取 20cm)。在每一試驗深度，都重復上述試驗過程，讀取A,B(有時包括C)讀數(shù)?？紤]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

4、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、水平滲透系數(shù)kh進行估計。3. 試驗的儀器和設備 扁鏟測頭 測控箱 氣壓源 貫入設備扁鏟測頭 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

5、一個側面上。 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，而膜片通過地面接觸與測控箱的負極相連。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，則正負極接通，蜂鳴聲響起;當膜片處于中間位置時，正負極不能相通，因此不會有蜂鳴聲。 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

6、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)。測控箱 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，并使側試系氣壓源

7、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，應先檢查氣量是否充足，以免在試驗中途更換氣源。貫入設備 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

8、參數(shù)， 若采用CPT機具貫人時， 貫人速率應控制在20cm/min。4. 試驗方法與技術要求 一、鋼膜的標定 二、試驗前期準備工作 三、測試過程 四、消散試驗 五、注意事項一、鋼膜的標定 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，自由膜片的位置處于在A、B之間的某個位置(即介于距基座0.05-1.1mm)。A是使膜片從自由位置回縮到距離基座0.05mm(A位置)時所需的壓力;而B是使膜片從自由位置到B位置時所需的外界壓力，此時為張力。二、試驗前期準備工作 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

9、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。三、測試過程 1.扁鏟測頭貫人速度應控制在2cm/s左右，在貫入過程中，排氣閥始終是打開的。當測頭達

10、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。三、測試過程 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

11、-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。 3.試驗結束后，應立即提升探桿，從土中取出扁鏟測頭，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。四、消散試驗 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。五、注意事項 1. 試驗中，隨時校核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