潘長軍

工程地質(zhì)勘察試驗有室內(nèi)的土工試驗和現(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性質(zhì)指標。旁壓試驗(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)用于旁壓試驗的平面應(yīng)變假定進行評判,進一步對旁壓試驗進行補充和完善[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)勘察報告,各土層性質(zhì)見表1。

2 現(xiàn)場旁壓試驗

2.1 旁壓試驗原理[5,6]

旁壓試驗屬于軸對稱平面應(yīng)變問題,旁壓試驗進行測試時,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,并通過高壓導管傳至試驗深度處的旁壓器,使彈性膜側(cè)向膨脹導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,反映孔壁受擾動后土的壓縮與恢復;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 旁壓試驗檢測結(jié)果主要物理力學指標統(tǒng)計表

2.2 試驗結(jié)果分析

旁壓試驗共在6個鉆孔內(nèi)做了127組試驗,其旁壓試驗圖見圖2,通過旁壓試驗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)計的一個重要的參數(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)卻有一個突變,這說明當土體天然埋深超過一定的深度時,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)計提供了科學的勘測數(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。

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