7、旁压试验

图7－2 PM－1型旁压器的结构原理图
表7－1 PM－1型旁压器主要技术指标
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。 此外，在弹性膜外加一层能扩张的金属保护套，见 图7-3。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，对不同土类可按表7－2选择。
第7章 旁压试验
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第一节 概述 第二节 试验的基本原理 第三节 试验的仪器设备 第四节 试验方法及技术要求 第五节 资料整理及影响因素分析 第六节 成果分析与工程应用
第一节 概 述
一、旁压试验的定义 二、旁压试验的发展 三、旁压试验的分类 四、旁压试验的优缺点及适用性 五、旁压试验的目的
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，阀 1置于注水加压位置，阀2置于注水位置，阀3置于排气位 置，阀4置于试验位置。 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，关闭阀2、阀1， 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。
第 一 节 概 述
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 力 变关系 关系对地基土的 力（
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，读数时间为15s、30s、60s） 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，见图7－4。
图7－4 弹性膜约束力校正曲线示意图
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 体积损失位。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。 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。
图7－3 剑桥探头构造图
表7－2 钻进速度建议值
第三节 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 测试设备的标定、 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
第 三 节 试 验 方 法 与 技 术 要 求
2． ，
一、试验前准备工作
使用前，必须熟悉仪器的基本原理、管路图和各阀 门的作用，并按下列步骤做好准备工作： 1．充水：向水箱注满蒸馏水或干净的冷开水，旋紧水箱 盖。注意，试验用水严禁使用不干净水，以防生成沉积 管 好 的 。 管 仪器 和 器 管，旋紧。 管路：用
）、变形
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。
三、旁压试验的分类
五、试验终止
当测管水位下降接近40cm或水位急剧下降无法稳定时， 应立即终止试验，以防弹性膜胀破。可根据现场情况，采 用下列方法之一终止试验： (1)尚需进行试验时： 当试验深度小于2m．可迅速将调压阀按逆时针方向旋 至最松位置，使所加压力为零。利用弹性膜的回弹，迫使 旁压器内的水回至测管。当水位接近“0”位时，关闭阀4， 取出旁压器。
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7－1，可分为三段：
图7－1 典型的旁压曲线
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 ( III段(曲线CD)：塑性阶段，随着压力的增大，体积变化 CD) 量逐渐增加到破坏。 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。
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。
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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五、旁压试验的应用（目的） 旁压试验的应用（目的）
通过对旁压试验成果分析，并结合地区经验，可以用 于以下岩土工程目的： 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。
第二节 试验的基本原理
∆s 取直线的斜率 为综合变形校正系数α。见图7－5。 ∆p
图7－5 仪器综合变形校正曲线示意图
三、保证钻孔质量是试验的关键
1．预钻式旁压仪 针对不同性质的土层及深度，可选用与其相应的提 土器或与其相适应的钻机钻头。例如，对于软塑－流塑 状态的土层，宜选用提土器；对于坚硬－可塑状态的土 层，可采用勺型钻；对于钻孔孔壁稳定性差的土层，宜 采用泥浆护壁钻进。 对预钻式旁压试验，要求尽量减少孔壁土的扰动， 使钻孔截面为完整的圆形，其孔径应略大于旁压器外径， 一般大2～3mm。对孔壁稳定性差的土层，宜采用泥浆护 壁。成孔后应尽快进行试验以免缩孔，间隔时间一般不 宜超过15min。
Δ p ——旁压曲线直线段的斜率。 Δ V
第三节 试验的仪器设备
一、预钻式旁压仪 二、自钻式旁压仪
一、预钻式旁压仪
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。 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。
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，小心地将阀4旋至调零位置，使 目测管水位逐渐下降至“0”位时，随即关闭阀4，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 。
二、测试设备的标定、校正 测试设备的标定、
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。
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，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7—2所示为PM－1型旁压器的 结构原理图，其主要技术指标见表7－1。
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、原理表述 二、理论解释
第 二 节 试 验 原 理 及 设 备
基
仪器工作时，由加压装置通过增压缸的面积变换， 将较低的气压转换为较高压力的水压，并通过高压导管 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。其变形量可由增压缸的活塞位移 值S确定，压力p由与增压缸相连的力传感器测得。根据 测 而得 力 ，得 地基 。 压力p 的 位移值s 压力 的 ， 压力 旁压 旁压 量 。
旁压试验的可靠性关键在于成孔质量的好坏，钻孔直 径应与旁压器的直径相适应，孔径太小，放入旁压器会发 生困难，或因放入而扰动土体；孔径太大，很大一部分能 量消耗在孔穴上，无法进行试验，图7－6反映了成孔质量 对旁压曲线的影响。 预钻成孔的孔壁要求垂直、光滑，孔形圆整，并尽量 减少对孔壁土体的扰动，并保持孔壁土层的天然含水量。
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。
V0 +Vf Δp EM = 2 1+ µ)(Vc + ( ) 2 ΔV V0 +Vf Δp GM =(Vc + ) 2 ΔV