利用扁铲侧胀试验求取常州地区K0 和Es 修正方法

刘俊

(常州市建筑科学研究院集团股份有限公司，江苏 常州 213000)

扁铲侧胀试验[FlatDialatiometerTest(DMT)]作为一种岩土工程勘察中的原位测试方法，在二十世纪七十年代由意大利学者SilvanoMarchetti 发明，具有快速经济、操作简单、数据准确等优点[1]。大量研究表明，在贯入类原位测试方法中，相比于其他原位测试方法，扁铲侧胀试验的楔形探讨在贯入过程中能将土体的扰动程度降低至最低[2]。

笔者在前人研究的基础上，在常州建科大厦地块勘察工程进行了数项原位测试工作，结合室内试验，对Marchetti 于1980 年提出的扁铲侧胀试验参数与静止侧压力系数K0和压缩模量Es 的经验公式进行校正，为该地区采用扁铲侧胀试验计算土性参数提供可靠参考。

1 试验过程

1.1 扁铲侧胀试验原理

本次实验使用DMT-W1 型扁铲测胀仪，试验自测头埋入地下开始，分别测定钢膜中心外移一定距离时膜片内侧气压值，量测钢膜膨胀至三个特殊位置(A、B、C)的压力，从而获得多种岩土数据[3]。经ΔA、ΔB 修正后，转换成修正压力P0和P1。

根据试验结果可以导出土层的扁铲指数，主要包括：土类指数ID、测胀模量ED和水平应力指数KD[4]，其计算公式如下：

式中u0为静水压力，δv0'为试验点有效上覆压力。

采用Marchetti(1980)公式，压缩模量ES和扁铲模量ED之间具有理论上的相互关系[4]，其形式为：

当ID＜=0.6 时，Rm=0.14+2.36logKD；

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

当3＜=ID＜=10 时，Rm=0.5+2logKD；

当ID＞10时， Rm=0.32+2.18logKD；

若Rm＜0.85，取Rm=0.85。

同时水平应力指数KD和静止侧压力K0之间也具有理论上的相互关系[4]，后经Lunne 等人的补充，提出下列公式：

1.2 试验过程

选择场地12#孔和13#孔分别进行扁铲侧胀试验，其中12# 钻孔的测试深度为24.5m，13# 钻孔的测试深度为22.5m，分别在代表性土层③2、⑤2和⑤3中每间隔0.5m 进行一次测试，将12#钻孔的扁铲侧胀试验结果与室内试验得到的静止侧压力和压缩模量进行对比分析，从而对扁铲指数与静止侧压力和压缩模量关系式进行修正，把修正后的关系式应用到13#钻孔中进行检验，见图1。

图1 试验钻孔静探曲线

其中试验测试土层土性特征为：

③2粘土层，灰褐色，硬塑，在12#钻孔和13#钻孔中埋深为0.9～5.1m。

⑤1粉砂层，灰黄色，稍密，在12# 钻孔中埋深为7.0～11.0m，在13#钻孔中埋深为6.8～11.0m。

⑤2粉砂层，灰色，中密～密实，在12#钻孔中埋深为11.0～14.3m，在13#钻孔中埋深为11.0～14.4m。

⑤3粉砂层，灰色，中密，在12# 钻孔中埋深为14.3～24.8m，在13#钻孔中埋深为14.4～24.7m。

2 数据分析与应用

2.1 静止侧压力系数

利用公式(9)将常州地区建科大厦地块勘察项目得到的12#钻孔扁铲侧胀试验水平应力指数KD统计结果如下，并与室内试验所得静止侧压力K0进行对比分析。

由表1 可知，根据Marchetti 经验公式计算出的水平应力指数普遍比室内试验计算得出静止侧压力系数偏大，其比值分布在1.32～3.79 之间，说明不同地区的土其水平应力指数KD和静止侧压力系数K0的关系存在差异，需要对经验公式进行修正。结合Marchetti 给出的计算模型，利用常州地区土层水平应力指数KD与静止侧压力系数K0做回归分析，修正后的具体表达式如下：

表1 扁铲侧胀试验静止侧压力K0 与室内试验静止侧压力K0'统计表

根据修正后的公式，在该工程13#钻孔中将扁铲侧胀试验得到的试验结果进行验证，见图2。

图2 静止侧压力公式修正结果比较

由验证结果可知，修正后的扁铲侧胀试验中的水平应力指数KD与静止侧压力K0的经验公式更为适合常州地区的土层情况，其K0/K0'在0.94～1.02 之间，适合作为常州地区经验公式来使用。

2.2 压缩模量

利用公式(7)将12#钻孔扁铲侧胀试验结果和室内试验分别得到的压缩模量进行对比分析，其统计结果见表2。

由表2 可知，根据经验公式算出的压缩模量要比室内试验得出的结果偏大，说明与静止侧压力类似，不同地区土的扁铲侧胀指数和压缩模量之间的相互关系存在较大区别，需要对其参数根据地区实际情况进行修正。

将该地区扁铲侧胀试验得到的土类指数ID、扁铲模量ED和水平应力指数KD与室内试验得到的压缩模量Es 进行回归分析，修正后的经验公式如下：

取该工程中13#钻孔中扁铲侧胀试验数据带入修正后计算公式进行结果验证，见图3。

图3 压缩模量公式修正结果比较

由表2 可知，利用扁铲侧胀指数通过公式计算得到的压缩模量与室内试验得到的压缩模量的比值Es/Es' 在0.76～1.85 之间，即经过参数修正后的经验公式更适合来表述扁铲侧胀指数与该地区土层实际压缩模量Es 之间的相互关系，表明校正后的经验公式更适用于常州地区。

表2 扁铲试验压缩模量Es 和室内试验压缩模量Es'统计表

3 结论

本文通过收集原位测试扁铲侧胀试验结果，利用Marchetti 经验公式与室内试验求得的静止侧压力K0和压缩模量Es 进行数据对比分析，发现在常州市通过扁铲侧胀试验结果应用该经验公式得到的K0和Es 与实际存在差异，在原有经验公式的基础上，再通过回归分析的方法对其进行了参数校正，提出了更加适合常州地区的K0和Es 计算公式，对在常州广泛推广扁铲侧胀试验具有一定意义。