旁壓試驗在某高層建筑場地原位測試中的應用

潘長軍

工程地質勘察試驗有室內的土工試驗和現場的原位測試?，F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構、天然含水量以及天然應力狀態下,測定巖土的工程力學性質指標。旁壓試驗(Pressure Meter Test,簡稱PMT)是工程地質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發明的,Menard對其進行推廣并發明了三腔旁壓儀,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等對現在廣泛應用于旁壓試驗的平面應變假定進行評判,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。根據地質勘察報告,各土層性質見表1。

2 現場旁壓試驗

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,使彈性膜側向膨脹導致鉆孔孔壁受壓而產生相應的側向變形。壓力p由與增壓缸相連的壓力傳感器測得,側向變形量可由增壓缸的活塞位移值S確定。根據測量接軌,得到壓力 p與位移值S之間的關系,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

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,此階段內壓力與體積變化量(測量水位下降值)大致成直線關系;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對應的體積;Vf為與臨塑壓力pf對應的體積;Δp/ΔV為旁壓曲線直線段的斜率。

表2 旁壓試驗檢測結果主要物理力學指標統計表

2.2 試驗結果分析

旁壓試驗共在6個鉆孔內做了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KM的平均值如表2所示。

基床反力系數是指彈性半空間地基上某點所受的法向壓力與相應位移的比值,又稱溫克爾系數,是場地施工設計的一個重要的參數,通過繪制不同土層基床反力系數的柱形圖可以發現基床反力系數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現即使隨著深度的增加第⑨層粉砂土層的基床反力系數明顯大于第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黏土層;但是隨著深度的進一步增加至第[11]2層的粉質黏土層,其基床反力系數卻有一個突變,這說明當土體天然埋深超過一定的深度時,土體的性質不再是決定其基床反力系數的最重要的影響因素。

3 結語

本文應用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隨著深度及土類的變化規律為工程設計提供了科學的勘測數據,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要比黏土粉土以及粉質黏土的大,但是隨著深度的增加土類對基床反力系數的影響逐漸變弱。2)由于前期固結壓力的不同,同一土層的基床反力系數隨著深度的增加而增加。

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