崔德山-岩土测试技术9-第2篇原位测试-十字板旁压扁铲侧胀

中国地质大学（武汉）工程学院岩土测试技术FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)崔德山工程地质与岩土工程系2020年3月9日中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系2FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)国家标准中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系3FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)常用原位测试技术•SPT、CPT、DMT、PMT、VST•均是岩土工程勘察的重要手段•直接或间接获得岩土体设计参数•也可用于岩土工程施工质量检验提纲一概述二十字板剪切试验三旁压试验四扁铲侧胀试验五工程实例-武汉地铁中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系5FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)一概述中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系6FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)《岩土工程勘察规范》（GB50021-2009）•十字板剪切试验：•以一定的速率扭转插入软土中的十字形翼板，测定土破坏时的抵抗力矩，求算不排水抗剪强度的原位测试。中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系7FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)《岩土工程勘察规范》（GB50021-2009）•旁压试验：•利用旁压仪，在钻孔中对孔壁施加径向压力，根据压力与变形关系测定岩土临塑压力、极限压力、旁压模量等参数的原位测试，分为自钻式旁压试验和预钻式旁压试验。中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系8FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)《岩土工程勘察规范》（GB50021-2009）•扁铲侧胀试验：•将扁铲形探头贯入土中，用气压使扁铲侧面的圆形钢膜向孔壁扩张，根据压力与变形关系，测定岩土体工程特性的原位测试。中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系9FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)二十字板剪切试验中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系10FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)1简介•十字板剪切试验（VaneShearTest，VST）•1928年瑞士Olsson提出，我国1954年引入•原位饱和软黏土不排水抗剪强度•分类：机械式电测式========预钻式自钻式中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系11FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)2试验原理•固定压入装置•插入十字板头•扭转将土体剪切破坏•测量扭矩与角度关系•计算土不排水抗剪强度cu𝑐𝑢=2𝑇𝜋𝐷2(𝐷3+𝐻)中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系12FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)3仪器设备•十字板头（H/D=2）•探杆•贯入主机•记录仪中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系13FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)室内十字板剪切中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系14FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)4技术要求与试验方法•插入深度不应小于3~5倍孔径•至少静止2~3min•1~2°/10s•记录每转1°的扭矩•峰值或稳定后继续读1min•如计算灵敏度，先转6-8圈中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系15FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)4技术要求与试验方法•传感器率定•钻至试验深度以上15cm•注水，压入十字板•静止2~3min，扭转•直至扭矩不再增大或开始减小•连续转6-8圈，测量重塑土扭矩•继续钻进，0.5~1m测定一次•土的灵敏度•𝑆𝑡=𝑐𝑢/𝑐𝑢′中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系16FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)4技术要求与试验方法•只适用于饱和软黏土•不适用于夹粉砂、粉土含砾石、树根•反映软黏土强度随深度变化•由于破坏面为带状，Cu偏大•1°/10s也可能排水，Cu偏大𝑐𝑢(实用值)=𝜇𝑐𝑢(实测值)中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系17FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)5试验资料整理•计算不排水抗剪强度重塑土抗剪强度土的灵敏度•深度与强度变化曲线•强度与扭转角/时间曲线中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系18FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)转角（度）原状土重塑土灵敏度St应变仪读数剪应力（kPa）应变仪读数剪应力（kPa）510201022251547322074362510135301083535101354096354589355082单位读数/cmN11.6400218.0103cmKRKCyu14.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.828.035.044.850.449.049.049.049.049.0uutCCS3.0中等中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系19FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)某场地十字板剪切试验结果中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系20FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)6成果应用•计算地基土不排水抗剪强度•估算土的液性指数•评价地基土的应力历史•计算超固结比中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系21FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)7工程实例•某场地上部2m为粉质黏土，下8m为淤泥质粉质黏土，不满足承载力和变形要求，采用排水固结+吹填砂联合法进行地基处理。•为评价地基处理效果和深度，采用十字板剪切试验。地基处理有效深度6m，表层3m达到承载力设计要求120kPa。中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系22FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)NEW中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系23FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)电动室内十字板剪切仪•符合ASTMD4648规范•1~10°/分钟•12.7×12.7mm，高25.4mm十字板头•设备通过弹簧进行加载中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系24FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)手动便携式十字板剪切仪•初步测试软粘土的天然不排水抗剪强度•使用快速简单，重量轻，深度可达3米•三种十字板尺寸，量程从0到200kPa中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系25FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)微型十字板剪切仪•美国HUMBOLDT•标准十字板：0-100kPa•最小刻度为5kPa•5~10°/min中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系26FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)电动野外十字板剪切仪EF-1004•欧洲标准型•65×130mm,200kPa•刀刃形状:顶端全部直角•保护鞘:外径Φ75,长度820mm中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系27FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)三旁压试验中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系28FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)1简介•旁压试验（PressuremeterTest，PMT）•1933年德国Kogler发明•适用于各种土和极软岩•分类预钻式旁压试验自钻式旁压试验压入式旁压试验中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系29FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)预钻式旁压试验和自钻式旁压试验中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系30FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)2试验原理•充气使旁压膜侧向膨胀•使土体产生变形直至破坏•得到压力与扩张体积关系•从而计算承载力、变形参数•简化为圆柱孔穴扩张课题中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系31FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)单腔和三腔式旁压仪1957年，法国工程师路易斯-梅纳研制成功三腔式旁压仪。单腔旁压仪中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系32FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)3仪器设备•旁压器•变形测量系统•加压稳压装置中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系33FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)直接测量位移的旁压仪中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系34FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)可测量渗透系数的旁压仪中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系35FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)4技术要求•仪器校正弹性膜仪器综合•预钻成孔大2-3mm•必须在同一土层土性差异小中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系36FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)试验过程•压力增量确定•稳定时间确定•终止试验标准中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系37FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)5试验资料整理•约束力校正•体积校正•绘制旁压曲线VABCDplpfpopIIIIIImwi式中:P-校正后的压力(kPa);P-压力表读数(kPa)