利用扁鏟側脹試驗求取常州地區K0 和Es 修正方法

劉俊

(常州市建筑科學研究院集團股份有限公司，江蘇 常州 213000)

扁鏟側脹試驗[FlatDialatiometerTest(DMT)]作為一種巖土工程勘察中的原位測試方法，在二十世紀七十年代由意大利學者SilvanoMarchetti 發明，具有快速經濟、操作簡單、數據準確等優點[1]。大量研究表明，在貫入類原位測試方法中，相比于其他原位測試方法，扁鏟側脹試驗的楔形探討在貫入過程中能將土體的擾動程度降低至最低[2]。

筆者在前人研究的基礎上，在常州建科大廈地塊勘察工程進行了數項原位測試工作，結合室內試驗，對Marchetti 于1980 年提出的扁鏟側脹試驗參數與靜止側壓力系數K0和壓縮模量Es 的經驗公式進行校正，為該地區采用扁鏟側脹試驗計算土性參數提供可靠參考。

1 試驗過程

1.1 扁鏟側脹試驗原理

本次實驗使用DMT-W1 型扁鏟測脹儀，試驗自測頭埋入地下開始，分別測定鋼膜中心外移一定距離時膜片內側氣壓值，量測鋼膜膨脹至三個特殊位置(A、B、C)的壓力，從而獲得多種巖土數據[3]。經ΔA、ΔB 修正后，轉換成修正壓力P0和P1。

根據試驗結果可以導出土層的扁鏟指數，主要包括：土類指數ID、測脹模量ED和水平應力指數KD[4]，其計算公式如下：

式中u0為靜水壓力，δv0'為試驗點有效上覆壓力。

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系[4]，其形式為：

當ID＜=0.6 時，Rm=0.14+2.36logKD；

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

當3＜=ID＜=10 時，Rm=0.5+2logKD；

當ID＞10時， Rm=0.32+2.18logKD；

若Rm＜0.85，取Rm=0.85。

同時水平應力指數KD和靜止側壓力K0之間也具有理論上的相互關系[4]，后經Lunne 等人的補充，提出下列公式：

1.2 試驗過程

選擇場地12#孔和13#孔分別進行扁鏟側脹試驗，其中12# 鉆孔的測試深度為24.5m，13# 鉆孔的測試深度為22.5m，分別在代表性土層③2、⑤2和⑤3中每間隔0.5m 進行一次測試，將12#鉆孔的扁鏟側脹試驗結果與室內試驗得到的靜止側壓力和壓縮模量進行對比分析，從而對扁鏟指數與靜止側壓力和壓縮模量關系式進行修正，把修正后的關系式應用到13#鉆孔中進行檢驗，見圖1。

圖1 試驗鉆孔靜探曲線

其中試驗測試土層土性特征為：

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，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 數據分析與應用

2.1 靜止側壓力系數

利用公式(9)將常州地區建科大廈地塊勘察項目得到的12#鉆孔扁鏟側脹試驗水平應力指數KD統計結果如下，并與室內試驗所得靜止側壓力K0進行對比分析。

由表1 可知，根據Marchetti 經驗公式計算出的水平應力指數普遍比室內試驗計算得出靜止側壓力系數偏大，其比值分布在1.32～3.79 之間，說明不同地區的土其水平應力指數KD和靜止側壓力系數K0的關系存在差異，需要對經驗公式進行修正。結合Marchetti 給出的計算模型，利用常州地區土層水平應力指數KD與靜止側壓力系數K0做回歸分析，修正后的具體表達式如下：

表1 扁鏟側脹試驗靜止側壓力K0 與室內試驗靜止側壓力K0'統計表

根據修正后的公式，在該工程13#鉆孔中將扁鏟側脹試驗得到的試驗結果進行驗證，見圖2。

圖2 靜止側壓力公式修正結果比較

由驗證結果可知，修正后的扁鏟側脹試驗中的水平應力指數KD與靜止側壓力K0的經驗公式更為適合常州地區的土層情況，其K0/K0'在0.94～1.02 之間，適合作為常州地區經驗公式來使用。

2.2 壓縮模量

利用公式(7)將12#鉆孔扁鏟側脹試驗結果和室內試驗分別得到的壓縮模量進行對比分析，其統計結果見表2。

由表2 可知，根據經驗公式算出的壓縮模量要比室內試驗得出的結果偏大，說明與靜止側壓力類似，不同地區土的扁鏟側脹指數和壓縮模量之間的相互關系存在較大區別，需要對其參數根據地區實際情況進行修正。

將該地區扁鏟側脹試驗得到的土類指數ID、扁鏟模量ED和水平應力指數KD與室內試驗得到的壓縮模量Es 進行回歸分析，修正后的經驗公式如下：

取該工程中13#鉆孔中扁鏟側脹試驗數據帶入修正后計算公式進行結果驗證，見圖3。

圖3 壓縮模量公式修正結果比較

由表2 可知，利用扁鏟側脹指數通過公式計算得到的壓縮模量與室內試驗得到的壓縮模量的比值Es/Es' 在0.76～1.85 之間，即經過參數修正后的經驗公式更適合來表述扁鏟側脹指數與該地區土層實際壓縮模量Es 之間的相互關系，表明校正后的經驗公式更適用于常州地區。

表2 扁鏟試驗壓縮模量Es 和室內試驗壓縮模量Es'統計表

3 結論

本文通過收集原位測試扁鏟側脹試驗結果，利用Marchetti 經驗公式與室內試驗求得的靜止側壓力K0和壓縮模量Es 進行數據對比分析，發現在常州市通過扁鏟側脹試驗結果應用該經驗公式得到的K0和Es 與實際存在差異，在原有經驗公式的基礎上，再通過回歸分析的方法對其進行了參數校正，提出了更加適合常州地區的K0和Es 計算公式，對在常州廣泛推廣扁鏟側脹試驗具有一定意義。