潘長軍

工程地質(zhì)勘察試驗(yàn)有室內(nèi)的土工試驗(yàn)和現(xiàn)場的原位測試?，F(xiàn)場原位測試就是在巖土層原來所處的位置基本保持的天然結(jié)構(gòu)、天然含水量以及天然應(yīng)力狀態(tài)下,測定巖土的工程力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。旁壓試驗(yàn)(Pressure Meter Test,簡稱PMT)是工程地質(zhì)勘察中常用的一種原位測試方法。其最早是由德國工程師Kogler發(fā)明的,Menard對其進(jìn)行推廣并發(fā)明了三腔旁壓儀,并對旁壓曲線所確定的各種特征值給出了明確的概念和確定方法,隨后Bishop,Cassan,Vesic,Windle等對現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于旁壓試驗(yàn)的平面應(yīng)變假定進(jìn)行評判,進(jìn)一步對旁壓試驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)充和完善[1-4]。

1 工程地質(zhì)概況

建筑場地位于長江三角洲南緣,屬三角洲沖積、湖積平原,場地地勢較為平坦,地面標(biāo)高在4.30 m～5.05 m,場地沖積層厚度約90 m。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,各土層性質(zhì)見表1。

2 現(xiàn)場旁壓試驗(yàn)

2.1 旁壓試驗(yàn)原理[5,6]

旁壓試驗(yàn)屬于軸對稱平面應(yīng)變問題,旁壓試驗(yàn)進(jìn)行測試時(shí),有加壓裝置通過增壓缸的面積變換,將較低的氣壓轉(zhuǎn)換為較高的水壓,并通過高壓導(dǎo)管傳至試驗(yàn)深度處的旁壓器,使彈性膜側(cè)向膨脹導(dǎo)致鉆孔孔壁受壓而產(chǎn)生相應(yīng)的側(cè)向變形。壓力p由與增壓缸相連的壓力傳感器測得,側(cè)向變形量可由增壓缸的活塞位移值S確定。根據(jù)測量接軌,得到壓力 p與位移值S之間的關(guān)系,即旁壓曲線。典型的旁壓曲線可分為三段(見圖1)。

表1 各土層性質(zhì)

1)Ⅰ段(曲線OA):初始階段,反映孔壁受擾動(dòng)后土的壓縮與恢復(fù);2)Ⅱ段(直線 AB):似彈性階段,此階段內(nèi)壓力與體積變化量(測量水位下降值)大致成直線關(guān)系;3)Ⅲ段(直線 BC):塑性階段,隨著壓力的增大,體積變化量(測量水位下降值)逐漸增加,最后急劇增大,直至達(dá)到破壞。

依據(jù)旁壓曲線似彈性階段(圖 1中 AB段)的斜率,有圓柱擴(kuò)張軸對稱平面應(yīng)變的彈性理論解,可得旁壓模量EM和旁壓剪切模量GM:

其中,μ為土的泊松比;Vc為旁壓器的固有體積;V0為與初始壓力 p0對應(yīng)的體積;Vf為與臨塑壓力pf對應(yīng)的體積;Δp/ΔV為旁壓曲線直線段的斜率。

表2 旁壓試驗(yàn)檢測結(jié)果主要物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

旁壓試驗(yàn)共在6個(gè)鉆孔內(nèi)做了127組試驗(yàn),其旁壓試驗(yàn)圖見圖2,通過旁壓試驗(yàn)測得各地層的旁壓模量 EM、旁壓剪切模量 GM及基床反力系數(shù)KM的平均值如表2所示。

基床反力系數(shù)是指彈性半空間地基上某點(diǎn)所受的法向壓力與相應(yīng)位移的比值,又稱溫克爾系數(shù),是場地施工設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的參數(shù),通過繪制不同土層基床反力系數(shù)的柱形圖可以發(fā)現(xiàn)基床反力系數(shù)隨著深度的增加總體呈增大的趨勢(見圖3),通過對比柱狀圖可以發(fā)現(xiàn)即使隨著深度的增加第⑨層粉砂土層的基床反力系數(shù)明顯大于第⑩層黏土層,而第⑩層的黏土層又比[11]1-1層的粉土層大,且粉土層的基床卻又大于粉質(zhì)黏土層;但是隨著深度的進(jìn)一步增加至第[11]2層的粉質(zhì)黏土層,其基床反力系數(shù)卻有一個(gè)突變,這說明當(dāng)土體天然埋深超過一定的深度時(shí),土體的性質(zhì)不再是決定其基床反力系數(shù)的最重要的影響因素。

3 結(jié)語

本文應(yīng)用PY-1旁壓儀進(jìn)行的高層建筑場地土層原位測試,通過測得的旁壓模量EM、旁壓剪切模量 GM,分析了基床反力系數(shù)隨著深度及土類的變化規(guī)律為工程設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的勘測數(shù)據(jù),取得的主要研究成果如下:1)在同一深度的土層類粉砂的基床反力系數(shù)要比黏土粉土以及粉質(zhì)黏土的大,但是隨著深度的增加土類對基床反力系數(shù)的影響逐漸變?nèi)酢?)由于前期固結(jié)壓力的不同,同一土層的基床反力系數(shù)隨著深度的增加而增加。

[1]唐賢強(qiáng).地基工程原位測試技術(shù)[M].北京:中國鐵路出版社,1993.

[2]巴居蘭·弗.旁壓儀和基礎(chǔ)工程[M].盧世深,譯.北京:人民交通出版社,1984.

[3]周明星.旁壓試驗(yàn)的有限元分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),1993,15(4):66-71.

[4]吳 文,徐松林.旁壓儀在巖土工程深部原位測試中的應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報(bào),1999,18(1):100-103.

[5]李仁美.旁壓試驗(yàn)在隧道工程原位測試中的應(yīng)用[J].路基工程,2008(4):131-132.

[6]徐 超,石振明.巖土工程原位測試[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2005.