1、UDC P 中华人民共和国行业标准TB TB 10018-2003 J261-2003 铁路工程地质原位测试规程Code for in-situ measurement of railway engineering geology 2003-03-28 发布2003-06-01 实施中华人民共和国铁道部发布铁路工程地质原位测试规程条文说明本条文说明系对重点条文的编制依据、存在的问题以及在执行中应注意的事项等予以说明。为了减少篇幅，只列条文号，未抄录原条文。1.0.1 为了推进铁路工程地质综合勘探技术发展，提高勘察质量，本规程将原发布施行的动力触探技术规定(TBJ18-87)、静力触探技术规则(
2、TBJ 37-93)、铁路工程地基土旁压试验规程)(TB 10046-96)及铁路工程地基土十字板剪切试验规程(TB10051-97) 4项行业标准扩增至10项。1.0.3 大多数原位测试手段均属间接性的，其不仅受尺寸效应影响，而且与土的强度及变形特性有关;这些特性又因土质状态、土的物质组成不同而异，往往具有明显的地区性特点。所谓土质的地区性或区域性，是由土(地)层的成因类型、沉积环境、物质组成地质历史(或应力历史)所决定的。我国幅员辽阔，各地土质特点不可能全然一样，故特别强调了地区性经验的可贵，寄希望于路内各有关单位在执行本标准过程中，积累资料，建立地区性使用经验，使以后的规程修订日臻完善。
3、很多土质参数是通过钻探取样试验或其他测试手段来取得，故对于重要工程，原位测试尚应与其他勘探试验相结合，通过综合勘探方法取得符合实际的地基参数。3.1 平板载荷试验属浅层地基静载试验，用于确定地基浅部土体或岩体的承载性能。它的作用深度和影响半径，对均质地基而108 言，约为2b和1.衍。对深层地基或土层单层厚度小于2b的成层土而言，应进行分层试验或采用其他测试手段。这主要是由于:(1)任何建筑物基础均有一定埋深;(2)在人为活动和自然营力作用下，表面土层性状常与表层下面的土层性状不一致;(3)即使自上至下土质是均质的，土层的力学性质常有随自重压力增加而增强的趋势。鉴此，为客观反映基础底面下地基士
4、的真实性质和挖掘地基潜力，本规程建议在建筑物基础埋深事先无法确定时，宜在地表下0.5m处进行试验。3.3.4 慢法是每施加一级荷载后，待沉降达到相对稳定标准时再施加下一级荷载，目的是使试验在排水条件下进行。快法是每施加一级荷载后，按规定沉降时间间隔施加下一级荷载，对饱和黠性土而言，属于部分排水条件，一般不采用;但若只要求确定承载力，不要求确定变形模量时，饱和勃性士也可使用快法。3.4.1-3.4.3 使用拐点法修正荷载板试验曲线，严格说来，只有在实测数据点在前后两段中呈现明显的线性分布规律时才可使用，这既是一种假定的准弹塑性模型，也是诸多经典文献所推荐的方法。根据最小二乘原理，可求出初始直线段
5、截距50和斜率C:骂三;52:p2-L二p2:抖n二二f一(三二)2(说明3.4.1一1)n 2: P5 -2二2:5(说明3.4.1-2)c=n三2一(三)2式中n一一荷载级数;一一第i级荷载下单位面积上的压力(kPa); 5一一对应的实测沉降值。上列修正公式系针对比例界限以前各点，根据求出的c值及荷载，按S二c算出相应荷载下各点的沉降量。对于比例界限以后各点，则按5= 5 -50计算出各点的沉降量。若-5109 曲线完全呈线性(如图3.4.1a曲线5)多属不成功试验，应重新补充试验。在大多数荷载板试验中，上述理想情况并不多见;普遍表现出图3.4.1a中曲线3和曲线1所示的情况，于是产生了多
6、种曲线修正和对承载力A和PU的取值方法，每种方法各有其自身的物理内涵和实践基础。如果对于同一条-S曲线同时使用两种或两种以上的方法确定a和丸值时，必会出现或丸值因方法不同而异，其相对误差有时不容忽视。也就是说有关文献所介绍的任何一种方法，都不可能涵盖所有土类。特别是地基的稳定性需按极限状态设计和分析时，问题显得突出，希望能寻求到一种涵盖面宽、容易掌握且偏于安全的取值方法。本规程推荐双曲线拟合法就是出于这一目的，现简述如下:(1)双曲线拟合法的物理基础用双曲线拟合室内三轴压缩试验曲线(kondner，1963)建立E、模型已成范例。-S曲线无论从形态上看还是从力学原理上看，与三轴压缩试验曲线相似
7、，故采用此法。(2)双曲线拟合-S曲线的内在涵义安全性和可控性当式(3.4.1-1)中S时，=Pf= lIb有界，说明双曲线的收敛速度较-S曲线为快，即用双曲线推算出来的Pf值或值将较实际值为小;反之，相对于PLT的末级荷载(极限值或破坏值)用双曲线推算所得的沉降必大于实测值。因此，偏于安全。取极限承载力Pu与破坏荷载如之比为岛，因f=lIb有惟一性，而Rf值由人为确定，故可控。由此而知的最小安全储备为.1= 1-酌，此为地基基床系数的确定乃至可靠度分析创造了条件。参数计算的统一性和连续性令K=/S(基床系数)，则式(3.4.1-1)可改写为lIK=a十bS(说明3.4.1-3). 110 .
8、 当5=0时，便得初始切线基床系数为K, =lIa (说明3.4.1-4)在-5曲线上任意一点的切线基床系数Kt和割线基床系数Ks可通过对式(3.4.1-1)求导和联立求解上列公式而得到:Kt=(I-RfR.)2K, (说明3.4.1-5)Ks= (1- RfRs)K, (说明3.4.1-6)故在同一点处有Kt= (1 -RfR s)Ks (说明3.4.1-7)上列诸式中，Rs= p/户u-I(Rfpf)为荷载水平。设(Ks)u为Pu所对应的割线基床系数，那么下列关系成立:(Ks)u = (1- Rf)K, (说明3.4.1-8)Ks= (1- RfRs )(Ks)u / (l- Rf) (说
9、明3.4.1-9)特别地，当Rs=0.5时，便有K田=(1 -0.5Rf)K, (说明3.4.1-10)上式即条文中式(3.4.6-1)的内涵之。也就是说，只要Rf、Rs经人为确定，那么，-5曲线上任一点的切线及割线基床系数便可惟一性地被确定下来。(3)双曲线拟合结果及拟合方法的广义性对209条-5曲线用双曲线拟合后，所得相关系数均在0.99以上，但Pu所对应的相对沉降51b值域很宽，它不仅与土类有关，还与土所处的塑性状态和固结状态有关，故单纯用一个固定的51b值来界定丸或。值的方法不够全面，表3.4.2就是参考说明表3.4.2的统计结果制定的。说明表3.4.2对应于Pn的S/b值频数统计表S
10、/b (%) 主三44-8 8-12 12-16 16 砂类土频数17 30 14 9 6 粉土频数2 4 2 教性土频数9 53 37 11 15 注:软土数据己统计在蒙古性土中。. 111 本拟合方法不仅广泛适用于天然地基(包括所谓的拐点法在内)，也适用于非岩质地基的单桩和单桩复合地基。本次通过对72根钻孔桩和44根沉管灌注桩分析，得到单桩极限承载力误差在20%以内者占总桩数95%。王幼青在岩土工程师1994年第1期p22-26中以68根试桩数据与S一19t法、19一195法、第二拐点法进行了对比，得到扎的计算值与实测值之比的平均值为1.009，方差为0.0995;而自身的Rf平均值为0.
11、79，方差为0.073，曲线拟合的相关系数平均值达0.9976。陈颖辉和黄明提出以指数模型=aebS + c拟合复合地基的-5曲线方法(岩土工程师1998年第2期p12-15)，并以1根试桩数据作为算例，得到丸=327.73 kPao使用本法，得到50= 1 mrn, 户f=343.64kPa，两者之间的比值Rf=扎伊f=0.9540由此表明:使用双曲线拟合法既偏于安全，也直接了当;间接表明，当其用之于复合地基时，表3.4.3中的Rf值还可适当提高。对于呈反弯形的-5曲线(图3.4.1中曲线4)，可用三次多项式拟合。出现初始反弯段形态原因:没有处理好试验土层与压板的接触关系;仪表的初读数未消除
12、:土层(体)自身有大孔结构，且结构强度不高。如果不是后一原因所造成，则可略去曲线的初始反弯段，视反弯段以后的-5曲线为双曲线或使用下面的二次曲线拟A 1=1; p = a52 + b5 + c (说明3.4.1-11)因二阶导数均=2a为常数，故可将舍去反弯段后的-5曲dE 线的前段曲线(第一拐点以前的曲线段)线性化，即令(53 - 52) - (52 - 51) = (52 - 5d - (51 - 50) 得式(3.4.1-3)。(4)快法试验数据整理的意图和方法. 112 . 意图与目的利用快法所得-S曲线，可直接求取丸值，但不能推求排水模量和基床系数。为获得更多的地基参数，采用外推法。
13、整理方法快法试验结果外推至慢法试验结果，其基本假定是两者的S-t或s-o/t或S-lgt关系完全是一样的。方法如下:实践经验表明，沉降与时间的对数呈线性关系，各级荷载下沉降达到相对稳定标准时所需时间和沉降量可参照下列公式外推计算:tn = 1-e飞w/nSn二n+卢n1n(tn+1)n 三s，2:(ln(t二十1)2- 2: 1n(t, + 1)三S，ln(t , + 1) N三(ln(t/ + 1)2一三ln(t/ + 1) )2 (说明3.4.1-12)N 2: S/1n(t/ + 1) - 2: S/2: 1n(t; + 1) 向N2:(ln(t/+ 1) )2 -(三ln(t/ + 1
14、) )2 式中一一第n级荷载下沉降达到相对稳定标准时所需要的时间(mim), tn应取为30的倍数;Sn一一第n级荷载下沉降达到相对稳定标准时的沉降量(mm); tw一一沉降速率达相对稳定标准的时间增量(=60min); Sw一一沉降速率达相对稳定标准的沉降增量(=0.1mm); n一一第n级荷载下，S一lnt关系的截距(mm);n一-第n级荷载下，S一lnt关系的斜率;N一一每级荷载下沉降观测次数，N=8; SJ一一第n级荷载下tf的净沉降量(mr丑)(实测值扣除前几级荷载下的剩余沉降值); tJ一第n级荷载下的观测时间(min)。113 为了使快法的成果与慢法取得一致，必须从施加第二级荷载
15、开始，从沉降观测值中扣除以前各级沉降未稳定而产生的剩余沉降的影响。剩余沉降量的计算公式如下:-1 ASiiz=22战lln(N(n- k) + i)t + 1J-ln(N(n - k)t + 1) 1 (说明3.4.1-13)式中S以一一第n级荷载下第i次观测值中应扣除的残余沉降量(mm);一一第级荷载前的荷载级数;t-j沉降观测的时间间隔，取t= 15min; n一一荷载级数。3.4.4对测量误差的数据处理经常用到粗差剔除准则是Grubbs准则。设对某量作等精度独立测定，得l，(i = 1,2, , n ，这里l表。或Pu)，将l，排成顺序统计量l(r):l(l)l(2) Ro(，) -(说
16、明3.4.4-3). 114 . 则认为是粗差，应予剔除。说明表3.4.4go(n , a) 1:Z 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0.05 1.153 1.463 1.672 1.822 1.938 2.032 2.110 2.176 2.234 2.2师2.331 2.371 2.物92.443 0.01 1.155 1. 492 1.749 1.944 2.097 2.221 2.323 2.410 2.485 2.550 2.7 2.659 2.705 2.747 1:Z 17 18 19 20 21 22 23 24 25 30 35 40 4
17、5 50 0.05 2.475 2.504 2.532 2.557 2.580 2.3 2.624 2.644 2.663 2.745 2.811 2.866 2.914 2.956 0.01 2.785 2.821 2.854 2.能42.912 2.939 2.963 2.987 3.9 3.103 3.178 3.240 3.292 3.336 4.2.1 螺旋板旋人土中会引起土体的扰动，但如适当选择板径(b)、轴径(c)、螺距(a)、板厚(t)，使clb= 0.15、alb= 0.25、tlb=0.025，并保持螺旋板头旋转一周的人土深度与螺距一致，可使土体扰动大为减小。据Selvad
18、urai的研究，螺旋板旋人时引起的土体扰动量并不比扰动最小的自钻式旁压仪严重。4.4.2-4.4.5 作为压板试验之一的螺旋板试验，具有深层试验和分层试验两大优点，操作简便、数据直观、省时省钱，特别在成层土地基中，结合平板载荷试验和室内土样试验及其他原位测试，可深化对成层土地基承载力及界面效应的认识;在均质地基中可逐步掌握模量随深度增加的规律，元论是对工程设计、或是理论研究都是有益的。通过京沪高速、新荷线、济部线、朔黄线、保霸线及上海、福州等地共25处131个实测点的资料分析表明螺旋板载荷试验所获得的地基承载力是试验深度处原位状态下所测得的，它已经包含了上覆压力的影响因素。第4.4.5条中的3
19、个公式，是建设部综合勘察研究院和同济大学利用Mindlin课题而得到的一个近似解(工程勘察2000 年第4期及2002年第1期)。5.1.3 当推力方向平行于剪切面时，称为平推法，否则称为斜115 推法。抗剪断试验指在法向应力和剪力作用下，试体沿预定剪切面剪损的试验，此法用于测定均质岩体和具一定胶结性能的结构面的抗剪强度参数;抗滑试验指试体剪损后继续沿剪切面滑移的剪切试验，亦称摩擦试验，此法用于测定均质岩体和无胶结性能的结构面的残余强度或摩擦系数;抗切试验指法向应力为零的剪切试验，仅需测定岩体抗剪强度时可用此法。5.1.4 岩体是具有节理、裂隙、层面和断层等结构面的地质体，试体尺寸大小直接影响
20、试验成果。为使现场直剪试验结果能反映其特性，同时考虑到费用、工作量和设备等因素，应当选用合适的试体尺寸。一般认为，试体应具有一定数量的裂隙条数或其边长大于裂隙平均间距的5倍到20倍。结合国际岩石力学建议方法和国内经验，在一般情况下试体尺寸为70cm X 70 cm X 35 cm , 完整坚硬岩石为50cmx50cmx25 cm。5.2.1 直剪试验设备规格及数量可参照说明表5.2.1配置。说明表5.2.1直剪试验仪器设备类别设备名称规格数量要求试体草草子风钻1套切石机1套符合试体尺寸要求模具1套人工开挖工具1套液压千斤顶500-3000 kN 2台以上行程s注70mm加液压枕10-20MPa
21、 2台以上面积视试体尺寸而定，应有足够行程载汹压泵南|大三摇压式力或5电0-动8式0M，P最a 2-3台用于对分离式千斤顶及液压枕供泊设6、10、20、40、标准压力表60、100如1Pa1套配合千斤顶或液压枕使用备高压软管或紫承压能力高压软管应配有快速接头铜管50-70MPa . 116 . 续说明表5.2.1类别设备名称规格数量要求必须有足够的刚度和强度传力柱无缝钢管或厚壁管1套(整体式或拼装式;钢质传或铝合金)力钢垫板A3或45号钢1套面积根据试体尺寸而定面积根据试体尺寸而定，I 设滚轴排45号钢12套滚轴应具有较高的强度和硬度(宜用不锈钢)，其l备直径公差为0.05mm钢索或钢质反力根
22、据试体面积垂直1套露天试验时做垂直荷载支精架等应力大小选用撑用电感式千分表、量程大于10mm，二注6只所有量表按估计最大变形百分表精度l%mm和精度要求选用千分表量程15mm，二，6只量精度O.l%mm悬锤式引伸仪量程45cm，4-6个测精度l%mm磁性表座磁力为600hl证;?1O套固定量表用设万能表架二10套固定量表用备量表支架12号以上工字钢或2根固定磁性表座或万能表槽钢，长度注2m架，须具有足够的刚度不锈钢、铜、有机数量与百表团要求平整光滑、且相测量标点玻璃分表、千分互垂直表配套5.3.1 在岩体软弱面试体制备过程中，因软弱面充填物对试验成果影响较大，一般情况，抗剪强度随充填物的增加而
23、减小，所以选取有代表性软弱面试体极为重要。5.3.5 垂直刀口载系统安装前，在试体顶面铺一垫层(橡皮板或细砂、砂浆)，在垫层上安放传压钢板并用水平尺抄平，然后依次在传压钢板上放置旋转滚轴排、液压千斤顶(或液压枕)、传力柱、顶部钢垫板等，构成加载系统。说明图5.3.5-1说明图5.3.5-4给出了在不同条件下平面剪切和斜面剪切时几种常用的设备安装形式，说明图5.3.5-5示出了试验时量表的安装形式和部位，可供实践参考。117 312 I 13 . 2 i (a) (b) 说明图5.3.5一1棍凝土与岩体胶结面直剪试验仪器设备安装示意(a)平推法:1一砂浆(或混凝土)垫层;2一钢板;3一传力柱;4
24、一压力表顶头;5一混凝土试体;6一混凝垫块;7一液压千斤顶;8一剪力顶头:滚轴排;1接液压泵;11绝对垂直位移量表;12一测量标点;13一绝对剪切位移量表;14一试体受力简图(b)斜推法:1、2、3、4、14向本图(a);5一液压千斤顶;混凝土试体;7一剪力顶头;8一滚轴排:争一绝对垂直位移量表;10一测量标点;11一绝对剪切位移量表;12一混凝土垫块;13-接液压泵说明图5.3.5-2岩体软弱面或软弱岩体直剪试验仪器设备安装示意1-砂浆(或混凝土)垫层;2一传力柱;3专力横梁;4一钢板;5一滚轴排:6-垂直位移量表;7一接液压泵;8一液压钢枕;9一混凝土保护罩;1非一侧向位移量表;11一剪切
25、位移量表;12一试体;13一测力计;14一球座;15钢板;16一剪切面;17一液压千斤顶;18一混凝土垫块;19一膨胀性聚苯乙烯(或其他材料)垫料. 118 . (a)直角模体(b)非直角模体说明图5.3.5-3倾斜岩体软弱面直剪试验仪器设备安装示意1一砂浆(或混凝土)垫层;2一钢板;3一传力柱;4一液压千斤顶;5一压力表;6一砂浆垫层;7一滚轴排;8一测压钢枕;如-加力钢枕;10一测量标点;11-量表;12-岩体软弱面;13一模形试体wm索绵(a)侧视图(b) A一A剖面说明图5.3.5-4露天条件下剪切试验设备安装示意1一混凝土后座;2一钢板;3钢筋;4一可调式传力柱;5一反纹螺丝环;6一
26、正反纹螺丝帽;7一液压千斤顶;8一传力顶头;9一水平位移量表;10一钢索垫板;11一钢索;12-滚轴排;13一垂直位移量表;14一测量标点;15一混凝土试体;16一地脚螺丝;17一压力表. 119 . P P 8 (b)斜推法(a)平推法说明图5.3.5-5剪切试验量表安装示意1一绝对位移表架;2一相对位移水平量表;3一测量标点;4一相对位移垂直量表;5一相对位移表架;6一绝对位移水平量表;7一绝对位移垂直量表;8一绝对位移量表支座5.3.6 试验过程中，除保持剪切面上法向应力为常量外，还应使其均匀地分布在剪切面上，按图5.1.3中的平推法，剪力作用线与剪切面间存在偏距e，使剪切面上法向应力分
27、布不均匀。这种不均匀性随着剪力的增大而增大，必将影响测试成果。为此，应使偏距小于剪切面边长的5%。如要消除剪力偏距，可采用说明图5.3.6所示受力形式。P 说明图5.3.6混凝土与岩苟胶结面直剪试验牛腿式试体受力示意垂直荷载施加方法:多数单位在剪切试验时，垂直荷载一次加足，其持续时间用时间或变形来控制(见说明表5.3.6)。120 . 说明表5.3.6垂直荷载施加方法单位名称施加方法控制标准美国ASTM土和岩石特种规一次加至岩体所承受的荷载，每15min读范N.479数一次，直到垂直变形小于0.0254mm/ 变形min为止1958年岩石试验操作规程草1.对坚硬岩石和混凝土不需测垂直变形案2.
28、对破碎岩体30min内变形不大于1%时间mm 黄委水科所一次加上，每10min读数一次，3次读数变形之差小于1%-2%mm原北京水利勘测设计院分5级施加，每1min读数一次，连续3次变形不超过1%mm水电部四局设计院分级施加，5min读数一次，不计变形是否时间稳定即可向下一级荷载过渡1.一次加足，每5min读数一次，15 min 变形内读数不超过1%mI丑云南电力局设计院2.一次加上，稳定10min后即加水平推力时间3.分级施加或一次施加，每10min读一变形次，半小时内变形不超过1%mm水电部十二局科研所一次加上，稳定10min后，即加水平推力时间一次加足，然后立即读数，以后每隔10长江科学
29、研究院min读数一次，至相邻变形小于0.03mm，变形认为稳定5.3.7最大推力应大于等于岩体的抗剪强度r=ntan+c。以直角模体为例(图5.3.2a)，其上作用推力Q和垂直荷载P，故最大推力应满足下式:Qmaxsin=rF+Ps 因uy=Q/Fy，x= P /Fx F = v F; + F; ，上式改写为tan20时，本条文统一取修正系数=0.9。根据刚塑性理论，使用cp=O分析法，不排水抗剪强度Cu常可用于评价均质土坡的极限高度和软土地基路堤的稳定性等。现扼要列述如下:(1)均质土坡的极限高度Hc和滑弧下切深度Zc可按下列公式计算:Hc=N;cu! (说明6.4.7-3)Zc= nNsc
30、u!r (说明6.4.7-4)式中Ns一一稳定数，按说明表6.4.7取值:Cu -一滑弧下切深度Zc(从坡顶地面起算)范围内Cu的平均值;Y一一土的重度;n一一滑弧切深比，n = zclHco按说明表6.4.7取值。说明表6.4.7稳定数N.和切深比n注:Mt，卢为坡面与水平面夹角;表内数值可以线性内插。在确定Hc时，应使用叠代法运算。元裂隙均质土层的短期稳定性可采用安全高度Hs= HclFs (Fs为安全系数，根据土的灵敏度、工程环境及重要性可取1.2-1.5)表征。(2)均质软土地基上路堤的填筑临界高度Hcr及滑弧下切深度Zc(从天然地面起算)可按下列公式计算:H口=Nscu/e (说明6
31、.4.7-5)zc=O.06Ns(B +岛任Icr)(说明6.4.7-6)131 式中Ye一一填土重度;B一一路堤顶面计算宽度:当路堤顶面实际宽度BO。以NC蒙古士为例，由上式知tancu= Teu/n = Su/n 参照日本土质试验工法(1975)，以八面体有效应力m=(1+2Ko)吨/3替换剪切面法向压力町，则上式可改写为tan伊口a= 3s)( (1 + 2Ko)吨)(说明6.4.8-1)式中的町值见式(6.4.8)的符号说明，对NC蒙古土，有可=斗，或称之为屈服应力(对室内试样而言);对优蒙古土特别是轻微超固结土，可用延长回归直线的办法将其复原为NC状态，以计算可。伊口是说明图6.4.
32、8中OE虚线对轴的倾角，表明?四2手?田，用OE线代替强度包线仅是数值上的逼近。若视Su为不固结不排水抗剪强度u即Su= Tmax，则可用图中虚线OF表示强度迹线，且有taneul =3s)(1 +2Ko)吨)(说明6.4.8-2)上二式等号右边的各项完全一样，表明对VST而言因排水条件假定不同，可引出不同的看法。对于优蒙古土，若是由荷载因素引起的超固结，则Ceu与p有关。图中反映出So伊四。若令伊=均由，则雅基公式可表达为Ko = 1 - sin( bcu) (说明6.4.8-3)根据室内试验结果统计来看，b值一般在1.2-2.0之间，随土的塑性指数Ip、液性指数h减小及OCR的增大而减小，
33、本规程取下限值1.2，偏于安全目的。6.4.9 根据极限状态土力学和应力史及土的归一化性状分析法，土的不排水抗剪强度可用固结压力归一为s)斗=(su/(Jc)OCRA(说明6.4.9-1)式中弘一-NC状态下土的有效自重压力;A一一与土性有关的经验指数;其他符号意义同前。如果su-z曲线可用直线拟合，则su/，Jc为常数，上式可表示为OCR=(s)刊)lIA(说明6.4.9-2)系数与土性及A有关。梅恩、(Mayne，1988)等人经过263组试验数据的统计与分析，推荐A=l，且OCR=FV(sj句)FV= 22(Ip) -0.48 即OCR = 22( I p) -0.48. (S)占)(说
34、明6.4.9-3)这就是式(6.4.9)的具体表达。脚标FV意指该式仅适用于VST。梅恩将该式的计算结果与室内固结试验结果进行了比较，二者相当吻合(见说明图6.4.9)。7.2.1 预钻式旁压仪按试验压力分低压和高压两类。旁压仪的试验原理和主要组成部分基本一样，都是由三腔式旁压器、加压稳定装置、变形量测系统、导管和水箱组成。不同之处主要是梅134 . 。OCR -一一一一，。皂-卢; 9 / / 4 互5(N卜1l。川j。斗他一如汀-固FY。/ 岳，/ 4,I13 llpsSIP-2 4 6 8 2 4 6 8 说明图6.4.9町R值的比较纳型试验容许压力为8.。如1Pa，国产py型试验容许压
35、力最高为2.5MPa; PY型旁压仪导管为四根尼龙管，梅纳型为同轴管。7.2.5 预钻式旁压试验中，成孔是重要一环。对黠性土、砂类土一般应由人工成孔，软岩及风化岩石则需要用回转钻机成孔。人工成孔的工具除勺钻、提土器外，又推荐了环刀成孔器。环刀成孔器与直径小于50mm的勺钻配合，适合于黄土和半干硬到可塑状的带性土。环刀成孔器是与旁压器长度接近的长筒环刀，外径5456mm，刀口向外倾斜，这样在切士成孔过程中对孔周土体扰动可大大减少，有利于成孔质量的提高。环刀成孔器的上端有与勺钻钻杆连接的接头。用回转钻机成孔时，在试验段范围内要用与旁压器直径匹配的钻头和岩，心管，使成孔直径满足试验要求。7.3.1
36、为保证旁压试验数据准确，必须进行弹性膜约束力和综合变形的标定。除新膜应进行弹性膜约束力的标定外，使用一定次数后的膜，由于多次膨胀的影响，也需要重新标定。至于连续使用多少次应进行标定，应视弹性膜的材质而定。对于梅纳型旁压仪已有资料规定，使用次数达20次要重新标定。而PY型的旁压器则135 有所不同。铁科院西北分院对弹性膜进行了连续标定试验。结果是当标定到89次时，同一压力的测管水位下降值比第一次平均增大8lOmm;对已用的膜较长时间不用，标定曲线也会发生变化，试验资料表明，停用12h，标定时对应压力下测管水位下降值平均减小6.8mm，36h减小8.2mm，60h减小11.3mmo一般说来测管水位
37、下降值变化810mm，膜约束力变化的最大值可达10kPa左右，此值与py型旁压仪力表的最小值相当。因此本规程规定当弹性膜使用次数达到8次或停用时间达48h以上时，弹性膜必须重新进行标定。有时旁压器从孔中取出时，由于孔周摩擦力大，会出现测量腔弹性膜被拉长，翻到下辅腔的情况，这时弹性膜约束力标定曲线要发生变化。因此当出现这种情况时，弹性膜也需重新标定。7.3.5 预钻式旁压试验中，预钻成孔是关键之一。成孔质量将直接影响试验结果。大量的试验资料表明，孔周土体的扰动对确定变形特征的影响尤为严重。说明图7.3.5是由于成孔不规则造成不同形态的异常旁压曲线。图中曲线a反映成孔直径太小或有缩孔现象，试验前孔
38、壁巳酬溢血睡时停44压力p说明图7.3.5各种形态的-v曲线136 . 受挤压，因而缺少恢复区，曲线不完全，难以使用。曲线b可能是孔壁被严重扰动形成很厚的扰动圈所致。加载后曲线有一段较长的凸段，表明扰动土层在加载时的压密过程;因受旁压器膨胀量所限，旁压曲线不完善，用起来很困难;同时因扰动，曲线的走向产生偏差，也会使结果失真。曲线c恢复区的范围大，出现了鹅脖子现象。其原因是孔径太大，使旁压器测量腔的膨胀量有相当大一部分消耗在弹性膜与孔壁之间的孔隙中，最后使曲线很不完善，无法使用。曲线d为正常的旁压曲线，孔壁土扰动小，成孔直径比较合适。鉴于这些情况，在规程中对预钻孔径大小、形状和尽量减少孔周土体扰
39、动及成孔方法提出了具体要求。说明表7.3.5成孔方法离散系戴的比较勺钻成孔环刀成孔试验户sPL PF 离散系数试验户sPL PF 离散系数|孔号(kPa) (kPa) (kPa) 孔号(kPa) (kPa) (kPa) 642 3230 568 268 643 3840 548 222 673 3220 677 234 622 3940 685 266 682 3210 496 213 OpL=0.32 562 3930 608 264 OpF=0.28 OpF=0.24 6121 3230 516 208 675 3980 688 284 692 3360 560 217 5112 3900
40、 592 288 691 2670 473 206 663 4400 714 321 631 2670 474 208 694 4500 700 323 641 2620 470 200 OpL=0.12 5123 4530 780 336 O pL=O. l1 O pF=0.16 OpF=O. l1 683 2620 459 214 664 4600 738 355 685 2700 513 234 687 4620 700 331 本规程推荐勺钻成孔的同时，提出环刀扩大成孔的方法。该法用刀口向外倾斜的环刀切出试验段，这样对周围土体扰动小，同时所成孔径基本一致，因此可减少试验结果的离散性。对
41、95个用环刀成孔的试验孔检查表明，孔径比旁压器直径大1.5137 2.1mm的占97%。由于孔径大小可以控制，对于极限压力在仪器容许最大压力范围内的土层，当测管水位下降至3540cm左右时，试验段孔穴体积可以接近原孔段体积的2倍，有利于极限压力的确定。在某场地选出静探s值接近的五段(每段长约60cm)为组，共四组，对每组的地层段进行了旁压试验。其中两组用勺钻成孔，两组用环刀扩大成孔，其他试验条件均一样。试验结果和每组的离散系数如说明表7.3.5所示。两种成孔方法的L、F离散系数接近，环刀成孔较小。7.3.6 旁压试验成孔时必须将土取出，与其他原位测试相比这是一个有利条件，可以直接察看土层。在成
42、孔过程中对地基土的类别、塑性状态、密实程度等进行实地观察描述，再根据试验结果对地基土评价是十分有利的。因此本规程特别提出利用成孔出土的机会要求对地基土进行描述。必要时，在室内可补做其他试验。7.3.9 加荷等级的大小主要考虑旁压-v曲线要有足够的试验点描述。法国的资料介绍应有10个压力等级，最少8个，最多不超过14个。前苏联的资料要求曲线有1516个点，同时按蒙古性土的稠度和砂类土、泥灰土的孔隙比给出加荷等级，如说明表7.3.9所示。说明表7.3.9慢速试验法的压力等级土类加压等级(kPa)砂类土:密实e:(;0.55100 中密0.550.7525 教性土(It一稠度): 。0.25 慢;快
43、60; 6 稳定时间的确定从以下几个方面考虑是适宜的:(1)旁压试验的基本条件:旁压器是个柱状体，侧面积大，如py型三腔旁压器总长度为50cm，侧面积达785cm2。在这样大的面积上通过弹性膜给孔周土体施加压力，固结排水条件非常不利(试验段排水出路还要经过辅腔段)。与室内的压缩、强度139 等试验条件比，它的排水路径要大得多。所以对饱和土类，尤其是饱和黠性土，旁压试验基本上只能完成快剪模式的试验。如果考虑排水固结将使试验时间拖得过长，这对现场原位测试是很困难的。实际上快剪可以适应工程上的应用。铁路工程地质勘察规范(TB10012)规定:蒙古性土、黄土类土、软土地层上的路堤、挡土墙、桥涵、厂房等
44、地基，边坡及稳定性检算采用快剪剪切试验，因此旁压试验按快剪模式考虑与上述提法是一致的。(2)地基土变形问题:现行的有关规范和手册中地基变形计算方法是以试验为依据的分层总和法，考虑了排水固结。如果利用旁压试验资料确定土的变形模量或压缩模量，则需通过与荷载板或压缩试验的对比建立关系。故对旁压试验的加荷稳定时间作出统一规定，同时按土类分别建立旁压和荷载(压缩)试验的变形(压缩)模量的相关关系，则变形计算中的固结问题也可得到解决。(3)在采用快剪模式的前提下，蒙古性土、砂类土每级荷载的稳定时间3min是适合的，其理由是:3min稳定时间，对蒙古性土符合快剪模式:对砂类土符合排水固结模式。当压力较高时，
45、调压阀的灵活性较差，加压比较费力，从开始加压到准确加到给定值，所用的时间较长。3min稳定时间与1min相比较，操作误差小。稳定时间3min和1min相比，每级荷载完成的变形占稳定变形的比例大，且比较稳定，有利于变形参数的确定。对黄土(非饱和的三相土)不同稳定时间测管水位下降值的变化，3min 产生的变形为30min(作为变形稳定的标准)的90%以上。对蒙古性土和软土，铁道部第四勘测设计院提供的资料说明，在3min的加荷时间内，拐点处的变形可完成稳定变形的50%左右。3min的稳定标准国内已有较丰富的实践经验，取得的资料比较多。这一稳定标准一般可使一孔试验在1h内完成，比较适合现场的试验条件，
46、目前仪器的承压管路可以适应。若每级加140 荷时间拉长，为使压力保持稳定，在管路漏水等方面可能出现新的困难。综合以上几点，本规程规定黠性土、砂类土加荷稳定时间为3min o 对风化岩和软岩一般不考虑加载时的排水固结问题。由于强度较高目前均是采用梅纳型旁压仪。根据国内外资料，加荷稳定时间为1mm。7.4.2 本规程规定旁压曲线采用户-V曲线，因为它有明确的物理概念，表示孔周土体在压力作用下体积的变化。以往工程中采用户-5曲线的S值为测管的水位下降值，与土体的变形只是间接的关系，在确定旁压剪切模量时要经过换算，不甚方便，且与国际常用方法不一致。7.4.3 本规程规定极限压力L用两倍体积法(VL=
47、Vc十2Vo时对应的压力)确定，这是因为:(1)体积达VL时，土体的塑性变形已相当大;(2)与弹4性膜的强度和灵敏度相协调;(3)测管水位的限制;(4)与国际上通用的方法一致，资料既可通用，又有可比性。由于仪器能力的限制及成孔孔径不合适等因素的影响，有时需外延-V曲线来确定(外延前至少应有三个点可判断走势)。当外延有困难时，可利用试验的最后2-4级数据绘制-1/V曲线，以1I(Vc+2Vo)对应的压力确定PL。7.4.4确定了临塑压力如、极限压力PL和旁压剪切模量Gm后根据需要可绘制旁压成果剖面图(见说明图7.4.4)。7.4.5 蒙古性土、砂类士的试验资料表明，在-V曲线上准确地定出是比较困
48、难的。人们曾经认为成孔后，会有一定的缩孔，在旁压器膨胀的初期，向孔内膨胀的土体被挤压至原始位置时，所对应的压力便为地层水平压力。但对并非完全弹性变形的土体，这样的假设与实际情况有差异。按照这种设想把-V(或-/:V)曲线第一拐点，即直线段起点户。当作闹。实践证明，这种方法确定的规律性差，且往往偏大。说明表7.4.5-1列举了贵州省建筑设计院的资料:红薪土中旁压试验141 毒古土组长:说明图7.4.4I临塑压力PF(kPa)一一一极限压力PL(kPa)-o 200400 68 d 旁压成果剖面图俨-, L 叮r 日期:-v曲线直线段起点确定的与深度的关系，可看出在78m深度内怕没有随深度增加，甚至有减小的趋势，故不能反映水平应力的变化规律。说明表7.4.5-(Jb由与深度的关系试验深度t币。l试验深度);。1试验深度t而试验深度fI) 试验深度fI) (m) (kPa) (m) (kPa) (m) (kPa) (m) (kPa) (m) (kPa) 1.0 35 2.1 32 2.1 25 2.1 45 1. 5 40 2.0 40 3.1 33 3.1 30 3.1 45 2.5 25 4.0 31
