第四章—旁压试验

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二、试验的基本原理
（二）理论解释
旁压试验可理想化为圆柱孔穴扩张课题，为轴对称平 面应变问题。典型的旁压曲线(压力p－体积变化量V曲线或 压力p—用测管水位下降值S)见图，可分为三段：
典型的旁压曲线
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二、试验的基本原理
（二）理论解释
I段(曲线AB)：初步阶段，反映孔壁扰动土的压缩与恢复； II段(直线BC)：似弹性阶段，压力与体积变化量大致成 直线关系， III段(曲线CD)：塑性阶段，随着压力的增大，体积变化 量逐渐增加到破坏。
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三、试验的仪器设备
（一）预钻式旁压仪
国内使用的预钻式旁压仪有PY型和较新的PM型两种型号。 两种型号的旁压仪外形结构相似，技术指标略有差异。其 主要部件有：
1．旁压器
为圆柱形骨架，外部套有密封的弹性橡 皮膜。一般分上、中、下三个腔体．中腔为 主脏(测试腔，长250mm，初始体积为 491mm3)，上、下腔以金属管相连通，为保 护腔（各长100mm），与中腔隔离。
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一、概述
（四）优缺点及适用性
1．适用土层： 适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、极软岩和软岩
等地层的测试。 2．优缺点： （1）预钻式旁压仪 优点：仪器比较简单、操作容易。 缺点：预先钻孔，孔壁土层中的天然应力卸除，加之 钻孔孔径与旁压器外径难以有效配合，土层的扰动在所难 免，使测试效果不太理想。
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1．预钻式旁压仪
a线——正常的旁压曲线； b线——反映孔壁严重扰动，因 旁压器体积容量不够而迫使试验 终止； c线——反映孔径太大，旁压器 的膨胀量有相当一部分消耗在空 穴体积上，试验无法进行； d线——钻孔直径太小，或有缩 孔现象，试验前孔壁已受到挤压， 故曲线没有前段。
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（三）保证钻孔质量是试验的关键
I—II段的界限压力相当于初始水平压力p0，II一III段 的界限压力相当于临塑压力pf，III段末尾渐近线的压力为 极限压力pL。
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依据旁压曲线似弹性阶段(BC段)的斜率，由圆柱扩
张轴对称平面应变的弹性理论解，可得旁压模量EM和旁
压剪切模量GM。
EM
2(1
μ)(Vc
V0Biblioteka Vf 2)Δp ΔV31
校正时，按试验的压力增量（10kPa）逐级加压，并按试验 的测读时间（1min观测）记录测管水位下降值(或体积扩张值)。 最后绘压力P与水位下降值s的P－s曲线，见下图。
弹性膜约束力校正曲线示意图
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（二）测试设备的标定、校正
2．仪器综合变形值的标定
主要是标定量管中的液体在到达旁压器主腔以前的体积 损失值。此损失值主要是测管及管路中充满受压液体后所产 生的膨胀。
2．自钻式旁压仪 对自钻旁压试验，钻头离刃口的距离、钻头的转速、
钻进进尺速度，泥浆压力和流量应做合理的选择，才能 达到最佳的效果。在粘性土中，自钻式旁压仪自钻就位 后，会有一定的超孔隙压力出现，应静待消散(1～2h)， 然后才能开始进行试验。
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（四）加荷等级和变形稳定标准
加荷等级一般为预计临塑压力的1／5～l／7。各级压 力增量可相等，也可不等；如不易预估，根据我国行业标 准《PY型预钻式旁压试验规程》（JGJ69－90）。
GM
(Vc
V0
Vf 2
)Δp ΔV
μ——土的泊松比；
Vc——旁压器的固有体积； V0——与初始压力p0对应的体积； Vf——与临塑压力Pf对应的体积； Δp ——旁压曲线直线段的斜率。
ΔV
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三、试验的仪器设备
一、预钻式旁压仪 二、自钻式旁压仪
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三、试验的仪器设备
旁压试验所需的仪器设备主要由旁压器、变形测量系统 和加压稳压装置等部分组成。
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（二）测试设备的标定、校正
测试设备的标定是保证旁压试验正常进行的前提，标定共 包括两项内容：弹性膜约束力标定、仪器综合变形标定。 1．弹性膜约束力的标定
标定的目的是确定在某一体积增量时消耗于弹性膜本身的压 力值。标定前，适当加压（0.05MPa）之后，当目测水管水位降 至36cm时，退压至零（旁压器中腔的中点与目测管水位齐平）， 使弹性膜呈不受压的状态，如此反复5次，之后开始校正。
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（一）预钻式旁压仪
测试时，高压水从控制装置经管路进入主腔，使橡 皮膜发生径向膨胀，压迫周围土体，测得主腔压力与体 积增量的关系。与此同时，以同样压力水向护控压入， 这样，三腔同步向四周变形，以此保证主腔周围土体的 变形呈平面应变状态。如图所示PM－1型旁压器的结构 原理图，其主要技术指标见下表。
此外，在弹性膜外加一层能扩张的金属保护套，见下图。由 地面的动力设备转动钻杆，回转带动钻进器转动。在刃脚内破碎 土体，并借循环水将切碎的土屑输送到地面，旁压器下放至试验 深度。钻进速度可以按土类加以选定，对不同土类可按下表选择。
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剑桥探头构造图 钻进速度建议值
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四、试验方法及技术要求
（一）试验前准备工作 （二）测试设备的标定、校正 （三）钻孔质量 （四）加荷等级和变形稳定标准 （五）试验终止 （六）注意事项
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（一）试验前准备工作
3．注水、排气：打开高压气瓶阀门并调节其上减压器， 使其输出压力为0.15MPa左右。将旁压器竖置于地面，各 阀门调到指定位置。
旋转调压阀手轮，给水箱施加0.15MPa左右的压力， 以水箱盖中的皮膜受力鼓起时为准，以加快注水速度。当 水上升至(或稍高于)目测管的“0”位时，关闭注水加压阀 门，旋松调压阀，打开水箱盖。在此过程中，应不断晃动 拍打导压管和旁压器，以排出管路中滞留的空气。
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一、概述
（二）旁压试验的发展
国际上：1956年，法国人梅那德首先创造出预钻式旁 压仪，在法国推广使用。至1966年进一步制成自钻式旁 压仪，进而在全世界得到普及。 我国：20世纪70年代仿制出预钻式及自钻式旁压仪。 在最近几十年，国内外岩土工程实践中得到迅速发展并 逐渐成熟。
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一、概述
（三）旁压试验的分类
形刃具，在以静力置入土中的同时，用钻头将进入刃具的土切碎， 并用循环泥浆将碎土带到地面，钻到预定试验深度后，停止压入， 进行旁压试验。
（3）压入式旁压试验：又分为圆锥压入式和圆筒压入式，都
是用静力将旁压器压入指定的试验深度进行试验。
目前，国际上出现一种将旁压腔与静力触探探头组合在一 起的仪器，在静力触探试验的过程中可随时停止贯入进行 旁压试验。
按旁压器放入土层中的方式，可分为：预钻式旁压试验、 自钻式旁压试验和压入式旁压试验。 （1）预钻式旁压试验：是事先在土层中预钻一竖直钻孔，再
将旁压器下到孔内试验深度(标高)处进行旁压试验，预钻式旁压试验 的结果很大程度上取决于成孔的质量。
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一、概述
（三）旁压试验的分类
（2）自钻式旁压试验：是在旁压器的下端装置切削钻头和环
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二、试验的基本原理
一、原理表述 二、理论解释
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二、试验的基本原理
(一)试验基本原理表述
仪器工作时，由加压装置通过高压导管将压力传至旁压 器，使旁压器弹性膜膨胀导致地基孔壁受压而产生相应的 侧向变形。其变形量可由量测装置测定，压力p由压力传感 器测得。根据所测结果，得到压力p和体积变化量V之间的 关系，即旁压曲线。从而得到地基土层的临塑压力、极限 压力、旁压模量等有关土力学指标。
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PM－1型旁压器的结构原理图
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（一）预钻式旁压仪
2．变形量测装置 变形测量装置是测读和控制进入旁压器的水量，由
不锈钢储水筒、目测管、位移和压力传感器、显示记录 仪、精密压力表、同轴导压管及阀门等组成。测管和辅 管都是有机玻璃管，最小刻度1mm。 3．加压稳压装置
加压稳压装置为控制旁压器给土体分级施加压力，并 在试验规定的时间内自动精确稳定各级压力。由高压储 气瓶（氮气）、精密调压阀、压力表及管路等组成。 4．管路 主要是两根注水管及两根导压管组成。
（一）旁压试验的定义（Pressuremeter Test , PMT）
旁压试验（Pressuremeter Test）
是将圆柱形旁压器放入土中，向旁压器内 充水(或气)并施加压力，利用旁压器的扩 张，对周围土施加均匀压力，测量压力与 体积扩张（径向变形）的关系，即可得地 基土在水平方向上的应力应变关系。根据 这种关系对地基土的承载力（强度）、变 形性质等进行评价。
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（一）试验前准备工作
4．调零：把旁压器垂直提高，使其测试腔的中点与 目测管“0”刻度相齐平，小心地将旁压器注水阀旋至调 零位置，使目测管水位逐渐下降至“0”位时，随即关闭 旁压器注水阀，将旁压器放好待用。 5．检查：检查传感器和记录仪的连接等是否处于正 常工况，并设置好试验时间标准 。
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率定前将旁压器放存一内径比旁压器外径略大的厚壁钢管 （校正筒）内，使旁压器在侧限条件下分级加压，压力增量 一般为100 kPa，加压5～7级后终止试验。在各级压力下的观 测时间与正式试验一样(即15s、30s、60s、120s)，测量压力与 扩张体积的关系，通常为直线关系。
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Δs 取直线的斜率 Δp 为综合变形校正系数α。见下图。
自钻式、压入式推广效果不及预钻式旁压仪。
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一、概述
(五)旁压试验的应用
通过对旁压试验成果分析，并结合地区经验，可以 用于以下岩土工程应用： 1．对土进行分类； 2．评价地基土的承载力； 3．评价地基土的变形参数，进行沉降估算； 4．根据旁压曲线，可推求地基土的原位水平应力、 静止侧压力系数和不排水抗剪强度等参数。
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PM－1型旁压器的结构原理图
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PM－1型旁压器主要技术指标
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三、试验的仪器设备
(二)自钻式旁压仪
自钻式旁压仪主要有英国剑桥型及法国道桥型。英国剑桥型 旁压仪由探头(包括钻进器和旁压器)、液压地面升降架系统、钻 进器的驱动系统、泥浆循环系统、压力控制系统和数据采集系统 等五部分组成。旁压器为单腔，其中央为导水管用以疏导地下的 泥浆。