旁压试验

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。
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、
准《PY型预钻式旁压试验规程》（JGJ69－90）, 表7－3。
表7－3 压力增量建议值
变形稳定标准，即指每级压力下测体积变化的观测 时间。各级压力下的观测时间，可根据土的特征等具体 情况，采用1min或2min，按下列时间顺序测记测量管的 水位下降值s。
(1)观测时间为1min时：15s、30 s、60s； (2)观测时间为2min时：15s、30 s、60 s、120 s。
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，
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。 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。
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
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
按旁压器放入土层中的方式，可分为：预钻式旁压试
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。
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，
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。
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
第二节 试验的基本原理
一、原理表述 二、理论解释
第 二 节 试 验 原 理 及 设 备
一、试验基本原理表述
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
加以选定，对不同土类可按表7－2选择。
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 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
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
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。
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，
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。
μ——土的泊松比；
V0 V f Δp EM 2(1 μ)(Vc ) 2 ΔV V0 V f Δp GM (Vc ) 2 ΔV
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；
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。
使测试效果不太理想。
（2）自钻式旁压仪 优点：具有自钻功能，当钻到预定深度后进行旁压试验，
旁压器周围土体内应力状态基本保持原位的应力状态。
缺点：由于设备繁杂，操作技术较为复杂，人员要经过培 训方可上岗，但所获得的资料仍需有丰富的使用经验方可 取得较好的使用效果。 （3）压入式旁压仪
压入式旁压试验在压入过程中对周围有挤土效应，对
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。
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。
（2）自钻式旁压试验是在旁压器的下端装置切削钻头和 环形刃具，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，
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。
Δs 取直线的斜率 为综合变形校正系数α。见图7－5。 Δp
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
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。
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。
第7章 旁压试验


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
第 一 节 概 述
五、试验终止
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，
值S确定，压力p由与增压缸相连的力传感器测得。根据 所测结果，得到压力p和位移值s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。
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：
盖。注意，试验用水严禁使用不干净水，以防生成沉积
物而影响管道的畅通。 2．连通管路：用同轴导压管将仪器主机和旁压器细心 连接，连接好气源导管，旋紧。
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。
试验结果有一定的影响。 自钻式、压入式推广效果不及预钻式旁压仪。
五、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。
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。
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旋至调零随即关闭阀4，将旁
Δp ——旁压曲线直线段的斜率。 ΔV
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，