第１１卷第２期
２０１２年４月
江南大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｎｇｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．１１ Ｎｏ．２
Ａｐｒ． ２０１２
无锡地区基于扁铲侧胀试验计算土体压缩模量的分析
杨光， 史晓忠， 王佳卿
（无锡市政设计研究院有限公司，江苏无锡２１４０００）
摘要：通过对无锡地铁２号线详勘阶段扁铲数据进行统计分析，并与土工试验结果进行对比，把
国外的经验与无锡地区的土性相结合，总结出无锡地区扁铲侧胀试验数据推导土体压缩模量的经
验公式，对无锡地区扁铲侧胀试验技术的发展以及实际勘察、设计、施工等具有一定的参考价值。
关键词：扁铲侧胀试验；土工试验；压缩模量；曲线拟合的最小二乘法
中图分类号：ＴＵ ４１３．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—７１４７（２０１２）０２—０２０３—０４
Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｌａｔ
Ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ Ｔｅｓｔ（ＤＭＴ）ｉｎ Ｗｕｘｉ Ａｒｅａ
ＹＡＮＧ Ｇｕａｎｇ， ＳＨＩ Ｘｉａｏ－ｚｈｏｎｇ， ＷＡＮＧ Ｊｉａ－ｑｉｎｇ
（Ｗｕｘｉ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．Ｉｔｄ．，Ｗｕｘｉ ２１４０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｆｌａｔ ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ ｔｅｓｔｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｍｅｔｒｏ Ｌｉｎｅ Ｔｗｏ Ｏｌ Ｗｕｘｉ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ
ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｒｏｍ ＤＭＴ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｔｅｓｔ，ａｎ ｅｍｐｅｒｉｃａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｏｒ ｌｏｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｓｏｉｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｆｏｒｅｉｇｎ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｆｏｒｍｕｌａ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｓｏｉｌ
ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｆｅｒｒｅｄ ｆｒｏｍ ＤＭＴ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｈａｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｕｌｅ ｉｎ Ｗｕｘｉ Ｃｉｔｙ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ
ｏｆ ＤＭＴ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｊｅｃｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｏｆ ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ，ｄｅｓｉｇｎ ａｎｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＤＭＴ，ｓｏｉｌ ｔｅｓｔ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｓｏｉｌ，ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｃｕｒｖｅ ｆｉｔ
扁铲侧胀试验（ＤＭＴ）是２０世纪７０年代由意 应用。
大利Ａｇｕｉｌａ大学教授Ｍａｒｃｈｅｔｔｉ创立的一种原位测 文中主要通过对无锡地铁２号线详勘阶段扁铲
试方法。该方法适用于软土、一般黏性土、粉土、黄 数据进行统计分析，并与土工试验结果进行对比，
土和松散一中密的沙土。由于扁铲侧胀试验操作简
把国外的经验与无锡地区的土性相结合，总结出无
捷、重复性好、可靠性高且经济，故在国外发展很 锡地区扁铲侧胀试验数据推导土体压缩模量的经
快，欧洲Ｅｕｒｏｃｏｄｅ７（１９９７）和美国ＡＳＴＭ（１９８６）已 验公式。
将其作为一种标准的原位测试技术…。我国于１９９８
年开始引进和使用这项技术，并将其编入国家标准
１ 试验的设备和方法
《岩土工程勘察规范》（ＧＢ ５００２１－－２００１）。但由于该 扁铲侧胀试验的试验设备主要包括扁铲探头、
试验在我国开展较晚，除上海＿２ｊ、天津 等地有较
电器管路、测控箱、测控仪、压力源、贯入设备等（见
多研究成果和工程经验外，其他地区相关经验 图１ ）。
较少。 扁铲探头一侧板面上装有一直径为６０ ｍｍ的
扁铲侧胀试验在无锡地区的应用主要从２００９
圆形不锈钢弹性膜片，膜片内侧装有一套感应装
年开始，并在无锡地铁２号线的勘察任务中大量
置，并与气电管路相通。试验时，利用静力触探设备
收稿日期：２０１２—０２—０５； 修订日期：２０１２—０２—２８。
作者简介：杨光（１９８５一），男，江苏无锡人，工程师。主要从事岩土工程勘察设计工作。Ｅｍａｉｌ：ａｗｐ５４７３＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
２０４ 江南大学学报（自然科学版） 第１ １卷
或液压钻机将探头压人土中，到达试验深度后，加
气压使弹性膜片膨胀，并利用测压设备（压力表或
数字仪）测量气压。测得膜片初始位置（位移０．０５
ｍｍ）的侧压力Ｐ。，膜片位移１．１ ｍｍ时的膨胀侧压
力Ｐ ，膜片收缩至初始位置（位移０．０５ ｍｍ）的侧压
力Ｐ２。
图１ 扁铲侧胀试验示意
Ｆｉｇ．１ Ｇｅｎｅｒａｌ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌａｔ ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ ｔｅｓｔ
当扁铲探头侧面的膜片侧向膨胀时，土体发生
微小侧向位移变形，可认为土体的变形是在弹性变
形范围内。根据弹性力学理论，可建立土体侧向变
形的位移与压力的关系¨ｊ。扁铲试验时膜片向外扩
张，可以假设为在无限弹性介质中在圆形面积上施
加均布荷载△Ｐ，如果弹性介质的弹性模量为Ｅ，泊
松比为 ，膜上任意一点的外移量为ｓ（ｒ），则有
）： 越√ｌ＿（素） （１）
式（１）中，尺为圆膜的半径（３０ ｍｍ），ｒ为膜上任意
一点到膜中心点的距离。
当ｒ＝０时，由式（１）可得膜片中心点的位移量
ｓ（Ｏ）：
ｏ）： 二ｌ （２）
如果把Ｅ／（１一／ｚ ）定义为侧胀模量Ｅ。，当
ＡＰ＝Ｐ，一Ｐ。时，Ｓ（Ｏ）为１．１０ ｍｍ，可以得到
ＥＤ＝３４．７（Ｐ。一Ｐｏ） （３）
作用在膜片上的水平有效应力Ｐ。与竖向有效
应力 之比可定义为水平应力指数 ：
： ： （４）
¨】 ¨】
式（４）中， 为孔隙水压力（ｋＰａ）， Ⅷ为土体竖向
有效应力（ｋＰａ）。
根据Ｍａｒｃｈｅｔｔｉ提出的理论，膜片中心外移１．１
ｍｍ所需的压力值反映了不同土的类型，定义Ｉｏ为
材料指数，可根据，『Ｊ土类进行划分 ：
，Ｄ＝ ，Ｄ （５）（５）
２ 工程实例
２．１ 工程区域地层概况
无锡地铁２号线整体呈东西向，穿越了无锡５
个主要城区。建设场地浅部土层以黏性土为主，各
土层水平向分布较稳定，地下水水位在地表下１～２
ｍ左右。根据勘察资料，按时代成因、沉积类型划分
主层序，用①，②，③…表示，根据岩性土类、物理指
标、工程特性差异划分亚层。本工程中扁铲侧胀试
验主要涉及的土层如表１所示 。
表１ 扁铲侧胀试验主要涉及土层
Ｔａｂ．１ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｄｉｖｉｄｉｎｇ
２．２ 扁铲侧胀试验与土工试验成果对比
无锡地铁２号线项目共布置扁铲侧胀试验孔２４
个，单孑Ｌ试验点间距０．５ ｍ，最大试验深度２５ ｍ，试
验点共计１ ２００个。通过对扁铲侧胀试验数据的统
计分析，并结合国内外的经验，将扁铲侧胀试验得
出的压缩模量与土工试验得出的压缩模量进行
对比。
根据Ｍａｒｃｈｅｔｔｉ提出的公式，压缩模量计算公式
如下 Ｊ：
Ｅｓ（ＤＭＴ）＝Ｒ ＥＤ （６）
式中，Ｒ 为与水平应力指数 有关的函数，具
体如下：
当，Ｄ≤０．６，Ｒ ＝０．１４＋２．３６１ｇＫＤ （７）
当０．６＜，Ｄ＜３．０，Ｒ ＝（Ｒ 。＋２．５一尺 。）ｌｇＫＤ
（８）
式（８）中，Ｒ ＝０．１４＋０．１５（ 一０．６） （９）
当，Ｄ≥３．０，Ｒ ＝０．５＋２１ｇＫＤ （１０）
当，Ｄ＞１０．０，Ｒ ＝０．３２＋２．１８１ｇＫＤ （１ １）
当Ｒ ＜０．８５，则取Ｒ ＝０．８５ （１２）
利用扁铲侧胀试验经验公式计算的压缩模量
Ｅ 与土工试验的结果对比见表２。
第２期 杨光等：无锡地区基于扁铲侧胀试验计算土体压缩模量的分析 ２０５
表２ 扁铲侧胀试验数据与土工试验数据对比
Ｔａｂ．２ Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｒｏｍ ＤＭＴ
ａｎｄ ｓｏｉｌ ｔｅｓｔ
从表２可以看出，两种方法得出的压缩模量存
在较大差异，扁铲侧胀试验经验公式得出的压缩模
量Ｅ 。 ）约为土工试验数据的１．５～４倍。显然，对
于无锡地区而言，直接通过Ｍａｒｃｈｅｔｔｉ提出的经验公
式计算土体的压缩模量是不可取的。为了使
能更好地符合无锡地区的土质情况，作者认为应该
对Ｅ 。㈣进行修正，修正方法可采用曲线拟合的最
小二乘法 。