岩土工程测试第七章扁铲侧胀试验

二、扁铲试验的基本参数 1. 土性指数ID 2. 水平应力指数KD 3. 扁铲侧胀模量ED
4. 侧胀孔压指数UD
BJ40 孔 ID、 MDMT、 ED、 KD随深度 h 变化曲线
三、岩土参数评价 1. 土的状态和应力历史 土的分类和土的重度 从求得的压力p0和p1发现，在粘性土中p0和p1的值比 较接近，在砂土中相差比较大。Marchetti根据土性指数ID 对土体进行分类。确定土的重度见课本P113图8-2。 判别土类的ID值
2. △A和△B 的合理范围 △A：在5~25kPa之间，理想的值为15kPa。 △B ：在10~110kPa之间，理想的值为40kPa。 3. 膜片的老化处理
利用标定气压计对新膜片缓慢加压至蜂鸣器响（B位置， 膨胀1.10±0.03mm）时，记录下△B值，连续数次，若△B允 许范围之内，不必进行老化处理，若不在此范围，加压至 300kPa，蜂鸣器响后，排气降压至零。用300kPa的气压循环 老化几次， △B值达到允许范围，则停止老化。
检查电路是否连通。
2. 测试过程 扁铲探头贯入速率应控制在2cm/s左右，试验点的间距取 20~50cm。贯入过程中排气阀始终是打开的。当探头达到预定 深度后： 1）关闭排气阀，缓慢打开微调阀，当蜂鸣器停止响的瞬间 记下A读数气压值； 2）继续缓慢加压，直到蜂鸣器响时，记下B读数气压值； 3）立即打开排气阀，并关闭微调阀以防止膜片过分膨胀损 坏膜片；贯入下一点指定深度，重复下一次试验。 加压速率应控制在一定范围，压力从0到A值应控制在15s之 内测得，B值应在A读数后的15~20s之间获得，C值在B读数后 1min获得。注：这个速率是在气电管路25m长的加压速率。
由DMT试验和高精度的土工试验得出的M比较
杨氏模量E 杨氏模量E可以根据弹性理论由MDMT推算出来：
(1 )(1 2 ) E M DMT 1 μ =0.25~0.30,此时，E≈0.8 MDMT。 我国铁路原位测试规程建议，对于△p≤100kPa的饱和粘性 土可按下式计算: E=3.5ED
若△B 的值以300kPa的压力值老化处理后仍偏高，可以 用每级50kPa递升重复老化，直到△B 的值降到标定范围之内， 最大压力不应超过600kPa。
二、试验步骤
1. 准备工作
气电管路在探杆上的连接。静力触探贯入探头时管路贯穿 探杆；钻机开孔锤击贯入探头，可按一定的间隔直接用胶带 绑在钻杆上。 逐根连接探杆。 检查测控箱、气压源等设备是否完好，提前估算气压源是 否满足测试的要求，彼此用气电管路连接。 地线接到测控箱的地线插座上，另一端接到探杆或贯入机 具基座上。
△B是通过对扁铲探头充气，使膜片从自由位置到B点时所 需的气压力。
1. 标定过程 △A：关闭排气阀，用率定气压计对扁铲探头抽气，膜片 在大气压力作用下从自然位置移向基座，待蜂鸣声响起（此 时膜片离基座小于0.05mm）停止抽气；缓慢加压直到蜂鸣声 停止时（膜片离基座为0.05±0.02mm）记下测控箱的读数， 即为△A。 △B ：读取△A读数后继续对扁铲探施加压力，直到蜂 鸣器再次响起（膜片离基座为1.10±0.03mm）时的气压值即 为△B 。 注：标定过程，抽气和加压均应缓慢进行。
土类
ID值
泥炭或灵敏粘土
ID <0.1
粘土
0.1≤ID <0.3
粉质粘土
0.3≤ID <0.6
粉土
0.6≤ID <1.8
砂土
ID >1.8
测试场地ID离散点图
ID随深度h变化曲线
超固结比OCR 粘性土的OCR根据水平应力指数KD来确定。正常固结 粘性土中KD≈2。对KD的测试结果有助于认识沉积土层的应 力历史。
蜂鸣声再响起（读数B）
减压，蜂鸣声再次响起（读C读数）
二、测控箱 1.组成
2.压力计 平行连接两个量程不同的压力计，一个小量程的 （1MPa），一个大量程的（6MPa），小量程压力计达 到慢量程时自动退出工作，能够较好的适应于不同的从 软弱到坚硬的土层。
3.气流控制阀
总阀：关闭或开启气源与探头控制系统的连接； 微调阀：控制在试验中气体流量，也可以关闭气源 与探头控制系统的连接； 肘接排气阀：迅速排除系统内的压力； 慢速排气阀：缓慢释放气流以获取C读数。
的一种原位测试方法。是利用静力或锤击动力将一扁平铲 形探头压入土中，达到预定试验深度后，利用气压使扁铲 探头上的钢膜片侧向膨胀，分别测得膜片中心侧向膨胀不 同距离（分别为0.05mm和1.10mm）时的气压值，根据测 得的压力与变形之间的关系，获得地基土参数的一种现场 试验。
扁铲侧胀试验仪器
适用范围： 适用于软土、一般性粘土、粉土、黄土和松散中密的砂土，一般在软弱松散土中适宜性好，随着 土的坚硬程度或密实程度的增加，适宜性较差。
2
第三节 仪器设备及其工作原理
一、扁铲探头 1.扁铲探头和弹性钢膜片
2.探头的工作原理 绝缘体将基座与扁铲体隔离，基座与测控箱电源正极相 连，而刚膜片通过地线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，电路处于断开状态，膜片受土压力 作用向内收缩与基座接触，或是受气压作用使膜向外膨胀， 钢柱在弹簧作用下与基座接触时，电路形成回路，使测控箱 上的蜂鸣器响起。 蜂鸣声停止（读数A）
OCRDMT=（0.5KD）1.56
对于未胶结、颗粒级配良好的饱和土，当ID<1.2时上式 成立，对于具有胶结的构造土来说，关系式不成立。 砂土的OCR比较复杂，只能靠近似的方法进行估计。 可用MDMT/qc近似估计OCR，正常固结土中比值介于5~10， 在超固结土中比值的范围是12~24。
静止侧压力系数K0 侧胀水平应力指数与土的静止侧压力系数有很好的相关性， 对于粘性土，Marchetti提出的K0统计式为： K0=（KD /1.5 ）0.47 -0.6 我国铁路原位测试规程建议的估算静止侧压力系数的经验 关系式为： K0=0.30KD 0.54 对于砂土的K0-KD的关系取决于砂土的内摩擦角或相对 密度。Baldi通过对Marchetti的K0-qc-KD关系图修正得出： K0=0.376+0.095KD-0.0017qc/σ ′v0 一般对于比较老的砂层取-0.005，对新堆积的砂层则取0.002。
四、贯入设备
一般采用静力触探机具，贯入速率应控制在20cm/min 较坚硬粘性土或较密实的砂土层可采用标贯机具。
第四节 试验方法与技术要求
一、膜片的标定
膜片的标定是为了克服膜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； △A是采用率定气压计通过对扁铲探头抽真空，使膜片从 自由位置回缩到距离基座0.05mm时所需的压力；
DMT-A2消散试验
与DMT-1消散试验相似，区别在于需要进行一个完整的扁 铲测胀试验测试之后读A值。
1）贯入试验深度后按正常的扁铲侧胀试验测读A、B、C 一个循环，然后只读A值，记为A2，并记录相应的时间； 2）分别在时间间隔1、2、4、8、15、30、90min测读一次 A读数，以后每90min测读一次，现场绘制A2-lgt曲线，消散试 验持续到能够发现t50后终止试验。
评价土的类型
扁铲侧胀试验成 果可用于
确定粘性土的塑性状态 计算土的静止侧压力系数和侧向基 床系数
第节 试验的基本原理
一、原理
使用静力均匀将扁铲探头压入 土中，通过气电管路给地表测控箱 传输气压和电信号，气压通过气源 提供。
扁铲探头压入某一深 度，通过测控箱操作使膜 片充气膨胀，充气膨胀过 程读数： A读数，膜片鼓胀距离基 座0.05mm时的气压值； B读数，膜片鼓胀距离基 座1.10mm时的气压值； C读数，释放气压，膜片 回缩到距离基座0.05mm 时的气压值。
2. 土的强度参数 不排水抗剪强度 Marchetti提出的计算cu的表达式： cu =0.22 σ ′v0 （0.5KD ）1.25 利用上述公式计算 的不排水抗剪强度与十 字板剪切试验测出的值 进行对比，上述公式计 算出的值稍微偏小，并 且有局限性，但是还是 比较精确可靠的。
砂土的内摩擦角 根据课本P116图8-16的关系曲线可以确定φ 值。还可 以建立以下近似关系式： φ safe，DMT =28°+14.6°×lgKD-2.1°×lg2KD 3. 土的变形参数 扁铲侧胀模量M 扁铲侧胀模量M是一维竖向排水条件下的变形对 σ ′v0 的切线模量，记为MDMT MDMT=RMED RM是ID和KD的函数，估计表达式见表8-5。
第七章 扁铲侧胀试验
第一节 概述 第二节 试验的基本原理 第三节 仪器设备及其工作原理
第四节 试验方法与技术要求
第五节 试验数据整理 第六节 试验成果的工程应用
第一节 概述 扁铲侧胀试验（Flat Dilatometer Test，简称 DMT）是20世纪70年代末意大利人Silvano Marchetti提出
测控装置 高压气瓶
扁铲探头
减小气压P，膜片收缩，蜂 鸣器响声停止，收缩到距离 基座0.05mm位置时，电路 被接通，蜂鸣器再次响起， 此时的气压值即为C读数。
二、理论解释
扁铲测胀试验中膜片变形量较小，将其视为弹性 变形过程。 膜片向外鼓胀假设为在无限弹性介质内部，在膜 片上施加均布荷载△p，如果弹性介质的弹性模量为E， 泊松比为u，膜片上任一点的位移量S为：
试验过程中应注意校核差值（B-A）是否出现B-A<△A+△B， 如果出现，应停止试验，检查原因，是否需要更换膜片。
试验结束后应对扁铲探头进行标定，获得试验后的△A和 △B 。注： △A和△B应在允许范围之内，且试验前后△A和 △B相差不应超过25kPa，否则实验数据不能使用。
三、消散试验 在排水不畅的粘性土层中，由扁铲贯入引起的超孔压随着 时间逐步消散，消散需要的时间远比一个试验点的时间（2min） 要大。因此在不同时间间隔连续测定某一个读数可以反映出超 孔压的消散情况。目前主要有三种消散试验：DMT-A、DMTA2 和DMT-C。 DMT-A消散试验 1）将扁铲贯入到试验深度，缓慢加压并启动秒表，蜂鸣器 响时读取A读数并记录下所需的时间t，立即释放压力回零； 2）分别在时间间隔1、2、4、8、15、30、90min测读一次 A读数，以后每90min测读一次，现场绘制A-lgt曲线，直到S型 曲线出现第二个拐点后终止试验。
第五节 试验数据整理
一、实测数据修正 试验所得到A、B、C值，仅为对应位置时扁铲内部的气 压，须将其换算成实际位置的土压力。定义p0为扁铲感应盘 面处即“零位置”处的接触土压力，p1为膜片位移为 1.10mm时即B位置处的土压力，p2为膜片回复至A位置时的 终止土压力，则：
ZM——压力表在大气压下的零读数。
4.电路 指示扁铲探头的开-闭状态，提供可视的检流计信号 和声音信号。 5.气电管路
由厚壁、小直径、耐高压的尼龙管制成，内贯穿铜 质导线，两端连接专用接头用于输送气压和传递电信号， 每根长约25m。
三、气压源 试验用高压钢瓶储存的高压气体作为气压源，气体为 干燥的空气或氮气，充气15MPa的10L气压瓶，在中等密实 度土用25m长气电管路做试验，一般可进行1000个测点， 试验点间距0.2m，则试验总长200m。
测控装置 高压气瓶
扁铲探头
探头上刚膜片在土压力作用下 与基座紧贴，电路接通，测控 箱蜂鸣器响。
测控装置 高压气瓶
扁铲探头
P
打开加压阀门，刚膜片在气 压P作用下产生鼓胀，当蜂鸣 器停止响的瞬间，膜片距离 基座0.05mm，此时读取A读 数。
测控装置 高压气瓶
扁铲探头
P
增大气压P，膜片继续鼓胀 达到距离基座1.10mm位置 时，电路被接通，蜂鸣器再 次响起，此时的气压值即为 B读数。
4 Rp(1 2 ) r S (r ) 1 E R
2
式中 R ——钢膜片的半径； r——膜片上任一点到膜片中心点的距离。
当r =0 ，
E 4R P 2 1 S (0)
式中，R、S(0)分别为膜片的半径和膜片中心的位移量， △p为膜片从基座鼓胀到距基座1.10mm时的压力增量 E （p1-p0），该式△p表示增量与测试土的性质 1 直接相关。