旁压试验在某高层建筑场地原位测试中的应用

潘长军

工程地质勘察试验有室内的土工试验和现场的原位测试。现场原位测试就是在岩土层原来所处的位置基本保持的天然结构、天然含水量以及天然应力状态下,测定岩土的工程力学性质指标。旁压试验(Pressure Meter Test,简称PMT)是工程地质勘察中常用的一种原位测试方法。其最早是由德国工程师Kogler发明的,Menard对其进行推广并发明了三腔旁压仪,并对旁压曲线所确定的各种特征值给出了明确的概念和确定方法,随后Bishop,Cassan,Vesic,Windle等对现在广泛应用于旁压试验的平面应变假定进行评判,进一步对旁压试验进行补充和完善[1-4]。

1 工程地质概况

建筑场地位于长江三角洲南缘,属三角洲冲积、湖积平原,场地地势较为平坦,地面标高在4.30 m～5.05 m,场地冲积层厚度约90 m。根据地质勘察报告,各土层性质见表1。

2 现场旁压试验

2.1 旁压试验原理[5,6]

旁压试验属于轴对称平面应变问题,旁压试验进行测试时,有加压装置通过增压缸的面积变换,将较低的气压转换为较高的水压,并通过高压导管传至试验深度处的旁压器,使弹性膜侧向膨胀导致钻孔孔壁受压而产生相应的侧向变形。压力p由与增压缸相连的压力传感器测得,侧向变形量可由增压缸的活塞位移值S确定。根据测量接轨,得到压力 p与位移值S之间的关系,即旁压曲线。典型的旁压曲线可分为三段(见图1)。

表1 各土层性质

1)Ⅰ段(曲线OA):初始阶段,反映孔壁受扰动后土的压缩与恢复;2)Ⅱ段(直线 AB):似弹性阶段,此阶段内压力与体积变化量(测量水位下降值)大致成直线关系;3)Ⅲ段(直线 BC):塑性阶段,随着压力的增大,体积变化量(测量水位下降值)逐渐增加,最后急剧增大,直至达到破坏。

依据旁压曲线似弹性阶段(图 1中 AB段)的斜率,有圆柱扩张轴对称平面应变的弹性理论解,可得旁压模量EM和旁压剪切模量GM:

其中,μ为土的泊松比;Vc为旁压器的固有体积;V0为与初始压力 p0对应的体积;Vf为与临塑压力pf对应的体积;Δp/ΔV为旁压曲线直线段的斜率。

表2 旁压试验检测结果主要物理力学指标统计表

2.2 试验结果分析

旁压试验共在6个钻孔内做了127组试验,其旁压试验图见图2,通过旁压试验测得各地层的旁压模量 EM、旁压剪切模量 GM及基床反力系数KM的平均值如表2所示。

基床反力系数是指弹性半空间地基上某点所受的法向压力与相应位移的比值,又称温克尔系数,是场地施工设计的一个重要的参数,通过绘制不同土层基床反力系数的柱形图可以发现基床反力系数随着深度的增加总体呈增大的趋势(见图3),通过对比柱状图可以发现即使随着深度的增加第⑨层粉砂土层的基床反力系数明显大于第⑩层黏土层,而第⑩层的黏土层又比[11]1-1层的粉土层大,且粉土层的基床却又大于粉质黏土层;但是随着深度的进一步增加至第[11]2层的粉质黏土层,其基床反力系数却有一个突变,这说明当土体天然埋深超过一定的深度时,土体的性质不再是决定其基床反力系数的最重要的影响因素。

3 结语

本文应用PY-1旁压仪进行的高层建筑场地土层原位测试,通过测得的旁压模量EM、旁压剪切模量 GM,分析了基床反力系数随着深度及土类的变化规律为工程设计提供了科学的勘测数据,取得的主要研究成果如下:1)在同一深度的土层类粉砂的基床反力系数要比黏土粉土以及粉质黏土的大,但是随着深度的增加土类对基床反力系数的影响逐渐变弱。2)由于前期固结压力的不同,同一土层的基床反力系数随着深度的增加而增加。

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