1、第6章 旁壓試驗目錄n1. 概述n2. 試驗基本原理n3. 試驗儀器設備與安裝n4. 技術要求與試驗方法n5. 資料整理與分析n6. 主要影響因素n7. 工程應用1. 概述n 旁壓儀試驗是在現場鉆孔中進行的一種水平向荷載試驗。具體試驗方法是將一個圓柱形的旁壓器放到鉆孔內設計標高，加壓使得旁壓器橫向膨脹，根據試驗的讀數可以得到鉆孔橫向擴張的體積-壓力或應力-應變關系曲線，據此可用來估計地基承載力，測定土地基承載力，測定土的強度參數、變形參數、基床系的強度參數、變形參數、基床系數，估算基礎沉降、單樁承載力數，估算基礎沉降、單樁承載力與沉降。與沉降。 1. 概述n旁壓試驗于1930年起源于德國，最初

2、是在鉆孔內進行側向載荷試驗的儀器，這也就是最早的單腔式旁壓儀。n1957年，法國工程師路易斯-梅納研制成功三腔式旁壓儀。n現在旁壓儀器包括預鉆式、自鉆式和壓入式三種，國內國外都是以預鉆式為主n預鉆式旁壓儀預鉆式旁壓儀的原理是預先用鉆具鉆出一個符合要求的垂直鉆孔，將旁壓器放入鉆孔內的設計標高，然后進行旁壓試驗。n自鉆式旁壓儀自鉆式旁壓儀是將旁壓儀設備和鉆機一體化，將旁壓器安裝在鉆桿上，在旁壓器的端部安裝鉆頭，鉆頭在鉆進時，將切碎的土屑從旁壓器(鉆桿)的空心部位用泥漿帶走，至預定標高后進行旁壓試驗。自鉆式旁壓試驗的優越性自鉆式旁壓試驗的優越性就是最大限度地保證了地基土的原狀性。就是最大限度地保證了

3、地基土的原狀性。1. 概述n壓入式旁壓試驗壓入式旁壓試驗又分為圓錐壓入式和圓筒壓入式，都是用靜力將旁壓器壓入指定的試驗深度進行試驗，壓入式旁壓試驗在壓入過程中對周圍有擠土效應，對試驗結果有一定的影響，目前，國際上出現一種將旁壓腔與靜力觸探探頭組合在一起的儀器，在靜力觸探試驗的過程中可隨時停止貫入進行旁壓試驗，從旁壓試驗的角度，這應屬于壓入式。1. 概述n 預鉆式旁壓試驗適用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、殘積土、極軟巖和軟巖。n自鉆式旁壓試驗適用于粘性土、粉土、砂土，尤其適用于軟土。儀器名稱儀器名稱型號型號廠家廠家配置配置價格價格(萬元萬元)特點特點梅納旁壓儀梅納旁壓儀G-AM法國法國APAGE

4、O比較煩瑣比較煩瑣,不詳細列舉不詳細列舉.主要主要包括包括:讀數儀讀數儀(主機主機),探頭探頭,壓力源壓力源(氮氣瓶氮氣瓶),連接管連接管路路.(數據采集數據采集,分析分析,打印打印)選配選配.16使用廣泛使用廣泛,知名度高知名度高,性能性能穩定穩定.功能齊全功能齊全.壓力能達壓力能達到到10MPa ,但最進該廠家但最進該廠家提供儀器質量有所下降提供儀器質量有所下降.鉆孔旁壓儀鉆孔旁壓儀ELASTMETER-2日本日本OYO讀數儀讀數儀,探頭探頭,手動壓力泵手動壓力泵.連接管路連接管路,標定筒和工具箱標定筒和工具箱.自動采集和數據分析自動采集和數據分析(選配選配)40試驗壓力大試驗壓力大(做巖

5、石做巖石),能達能達到到20MPa,可以隨鉆測量可以隨鉆測量和預鉆測量和預鉆測量,性能超穩定性能超穩定,完全適應惡劣環境完全適應惡劣環境.孔徑孔徑范圍大范圍大鉆孔旁壓儀鉆孔旁壓儀LLT TYPE-M日本日本OYO同上同上.40壓力范圍小壓力范圍小2.5MPa,使用使用于軟土于軟土.個人感覺實用性個人感覺實用性不大不大,國產完全可以取代國產完全可以取代.同同ELASTER-2使用液壓使用液壓源源鉆孔旁壓儀鉆孔旁壓儀 TEXAM加拿大加拿大ROCTEST壓力表和壓力源油罐壓力表和壓力源油罐,探頭探頭,管路管路,工具包和防凍液工具包和防凍液19儀器配件齊全儀器配件齊全,設計新穎設計新穎,更為輕便更為

6、輕便,完全水壓完全水壓.自鉆式旁壓儀自鉆式旁壓儀Mark VIIId 3臂式臂式英國英國cambridge包括自鉆旁壓組件包括自鉆旁壓組件,鉆進設鉆進設備和用于回旋鉆進的附件備和用于回旋鉆進的附件.226(包括包括廠家調試和廠家調試和培訓培訓)適用于軟土適用于軟土,沙土等成孔沙土等成孔質量不佳的旁壓試驗質量不佳的旁壓試驗.旁壓儀旁壓儀PY-3江蘇省溧陽縣江蘇省溧陽縣儀器廠儀器廠 /溫州溫州也有一家也有一家,但不但不知道廠家名知道廠家名配置同梅納旁壓儀差不多配置同梅納旁壓儀差不多,但是配件很多但是配件很多.備用件也很備用件也很多多.6數字顯示數字顯示,自動記錄自動記錄,價格價格便宜便宜,但是壓力

7、只能做到但是壓力只能做到5MPa,而且做不了深孔試而且做不了深孔試驗驗.2. 試驗基本原理n 旁壓試驗可理想化為圓柱孔穴擴張課題，為軸對稱平旁壓試驗可理想化為圓柱孔穴擴張課題，為軸對稱平面應變問題。典型的旁壓曲線面應變問題。典型的旁壓曲線(壓力壓力P-體積變化量體積變化量V曲曲線或壓力線或壓力p-測管水位下降值測管水位下降值S)可分為三段，可分為三段，n I段曲線段曲線AB):初步階段，反映孔壁受擾動土的壓初步階段，反映孔壁受擾動土的壓縮縮;n II段段(直線直線BC):似彈性階段，壓力與體積變化量大似彈性階段，壓力與體積變化量大致成直線關系致成直線關系;n III段段(曲線曲線CD):塑性階

8、段，隨著壓力的增大，體積塑性階段，隨著壓力的增大，體積變化量逐漸增加，最后急劇增大，達到破壞。變化量逐漸增加，最后急劇增大，達到破壞。n I-II段的界限壓力相當于初始水平壓力段的界限壓力相當于初始水平壓力po,II-III段段的界限壓力相當于臨塑壓力的界限壓力相當于臨塑壓力pf, III段末尾漸近線的壓段末尾漸近線的壓力為極限壓力力為極限壓力Pl。 VABCDplpfpopIIIIII2. 試驗基本原理n 依據旁壓曲線似彈性階段(BC段)的斜率，由圓柱擴張軸對稱平面應變的彈性理論解，可得旁壓模量EM,和旁壓剪切模量GM。2. 試驗基本原理n工作時，由加壓裝置將較低的氣壓轉換為較高壓力的水壓。

9、并通過高壓導管傳至旁壓器，使彈性膜膨脹導致地基孔壁受壓而產生相應的變形。n根據所測結果，得到壓力p和位移值S間的關系,即旁壓曲線。從而得到地基土層的臨塑壓力，極限壓力、旁壓模量等有關土力學指標。變形量測裝置快速接頭旁壓器加壓穩壓裝置中壓表氮氣加壓閥低壓表低壓表閥減壓閥中壓表高壓表氮氣加壓閥手動加壓閥排水閥中壓表輔 管測 管調壓閥測管閥輔管閥手動加壓儲氣罐導壓管導壓管調零閥高壓氮氣源21水箱加壓水箱注水管注水管注水閥中腔注水閥旁壓器注：343. 試驗儀器設備與安裝n3.1 預鉆式旁壓儀n 預鉆式旁壓儀由旁壓器、控制單元和管路三部分組成。n n3.2 自鉆式旁壓儀n 自鉆式旁壓儀通常由三部分組成:

10、包含自鉆機構的探頭部分;設置在地面的控制單元;連接控制單元和探頭的管路部分。3.1 預鉆式旁壓儀n (1)旁壓器n 旁壓器是對孔壁土(巖)體直接施加壓力的部分，是旁壓儀最重要的部件。它由金屬骨架、密封的橡皮膜金屬骨架、密封的橡皮膜和膜外護鎧組成。和膜外護鎧組成。旁壓器分單腔式和三腔式兩種，目前常用的是三腔式。三腔式旁壓器由測量腔(中腔)和上下兩個護腔構成。測量腔和護腔互不相通，但兩個護腔是互通的，并把測量腔夾在中間。試驗時有壓介質(水或油)從控制單元通過中間管路系統進入測量腔，使橡皮膜沿徑向膨脹，孔周土(巖)體受壓呈圓柱形擴張，從而可以量測孔壁壓力與鉆孔體積變化的關系。3.1 預鉆式旁壓儀n

11、(2)控制單元n 控制單元位于地表，通常是設置在三腳架上的一個箱式結構。其功能是控制試驗壓力和測讀旁壓器體積(應變)的變化。一般由壓力源(高壓氮氣瓶)、調壓器、測管、水箱、各類閥門、壓力表、管路和箱式結構架等組成。3.1 預鉆式旁壓儀n (3)管路系統n 管路系統是用于連接旁壓器和控制單元、輸送和傳遞壓力與體積信息的系統，通常包括氣路、水(油)路和電路。3.2 自鉆式旁壓儀n自鉆的原理是把裝有旁壓器的薄壁取樣器用某一速率壓入土中，同時用幾個轉動的刀片將進入取樣器內的土芯弄碎，形成鉆屑，鉆屑因刀片標高處射出的液體作用而變成懸浮液，從旁壓器的中央通過鉆桿空心孔排到地面。4. 技術要求與試驗方法n一

12、、試驗前準備工作n二、儀器校正n三、預鉆成孔一、試驗前準備工作n使用前，必須熟悉儀器的基本原理、管路圖和各閥門的作用，并按下列步驟做好準備工作:n 1.向水箱注滿蒸餾水或干凈的冷開水。n 2.連通管路。n 3.注水:打開高壓氣瓶閥門并調節其上減壓器，使其輸出壓力為0.15MPa左右。n 4.調零:把旁壓器垂直提高，使其測試腔的中點與目測管0刻度相起平。n 5.檢查傳感器和記錄儀的連接等是否處于正常工況。并設置好試驗時間標準。二、儀器校正n試驗前，應對儀器進行彈性膜(包括保護套)約束力校正和儀器綜合變形校正，具體項目按下列情況確定:n 彈性膜約束力校正方法是:將旁壓器豎立地面，按試驗加壓步驟適當

13、加壓(0.05MPa左右即可)使其自由膨脹。先加壓，當測水管水位降至近36cm時，退壓至零，如此反復5次以上。再進行正式校正，其具體操作、觀測時間等均按上述正式試驗步驟進行。壓力增量采用10kPa，按1min的相對穩定時間測記壓力及水位下降值，并據此繪制彈性膜約束力校正曲線圖，如圖所示。二、儀器校正n儀器綜合變形校正方法是儀器綜合變形校正方法是:聯接好合適長度的導管，注水聯接好合適長度的導管，注水至要求高度后，將旁壓器放入校正筒內，在旁壓器受到剛至要求高度后，將旁壓器放入校正筒內，在旁壓器受到剛性限制的狀態下進行。按試驗加壓步驟對旁壓器加壓，壓性限制的狀態下進行。按試驗加壓步驟對旁壓器加壓，壓

14、力增量為力增量為100kPa ,逐級加壓至逐級加壓至800 kPa以上后，終止校以上后，終止校正試驗。各級壓力下的觀測時間等均與正式試驗一致，根正試驗。各級壓力下的觀測時間等均與正式試驗一致，根據所測壓力與水位下降值繪制其關系曲線據所測壓力與水位下降值繪制其關系曲線.曲線應為一斜曲線應為一斜線，如圖所示。線，如圖所示。n 其直線對其直線對P軸的斜率軸的斜率S/P即為儀器綜合即為儀器綜合變形校正系數變形校正系數a。三、預鉆成孔n針對不同性質的土層及深度，可選用與其相應的提土針對不同性質的土層及深度，可選用與其相應的提土器或與其相適應的鉆機鉆頭。例如，對于軟塑流塑狀器或與其相適應的鉆機鉆頭。例如，

15、對于軟塑流塑狀態的土層，宜選用提土器態的土層，宜選用提土器;對于堅硬對于堅硬-可塑狀態的土層，可塑狀態的土層，可采用勺型鉆可采用勺型鉆;對于鉆孔孔壁穩定性差的土層，宜采用對于鉆孔孔壁穩定性差的土層，宜采用泥漿護壁鉆進。泥漿護壁鉆進。n 孔徑根據土層情況和選用的旁壓器外徑確定，一般孔徑根據土層情況和選用的旁壓器外徑確定，一般要求比所用旁壓器外徑大要求比所用旁壓器外徑大2-3mm為宜，不允許過大。為宜，不允許過大。鉆孔深度應以旁壓器測試腔中點處為試驗深度。鉆孔深度應以旁壓器測試腔中點處為試驗深度。三、預鉆成孔開孔至預定深度以下35cm處三、預鉆成孔n值得注意的是，試驗必須在同一土層，否則，值得注意

16、的是，試驗必須在同一土層，否則，不但試驗資料難以應用，且當上、下兩種上層不但試驗資料難以應用，且當上、下兩種上層差異過大時，會造成試驗中旁壓器彈性膜的破差異過大時，會造成試驗中旁壓器彈性膜的破裂，導致試驗失敗。另外。鉆孔中取過土樣或裂，導致試驗失敗。另外。鉆孔中取過土樣或進行過標貫試驗的孔段，由于土體已經受到不進行過標貫試驗的孔段，由于土體已經受到不同程度的擾動，不宜進行旁壓試驗。同程度的擾動，不宜進行旁壓試驗。四、試驗n成孔后，應盡快進行試驗。壓力增量等級和相對穩定時間(觀察時間)標準可根據現場情況及有關旁壓試驗規程選取。其中：壓力增量建議選取預估臨塑壓力pf的1/8-1/12.如不易預估。

17、根據PY型預鉆式旁壓試驗規程，壓力增量可參考下表確定。四、試驗n 各級壓力下的觀測時間，可根據土的特征等具體情況。各級壓力下的觀測時間，可根據土的特征等具體情況。采用采用1 min或或2min，按下列時間順序測記測量管的水，按下列時間順序測記測量管的水位下降值位下降值S。n （1）觀測時間為）觀測時間為1min時時:15s,30s,60s;n （2）觀測時間為）觀測時間為2min時時:15s,30s,60s,120s. 四、試驗n當測管水位下降接近40cm或水位急劇下降無法穩定時，應立即終止試驗，以防彈性膜脹破。可根據現場情況，采用下列方法之一終止試驗:四、試驗n（1）尚需進行試驗時:當試驗深

18、度小于2m.可迅速將調壓閥按逆時針方向旋至最松位置，使所加壓力為零。利用彈性膜的回彈，迫使旁壓器內的水回至測管，取出旁壓器。n （2）試驗全部結束:利用試驗中當時系統內的壓力將水排凈后旋松調壓閥。導壓管快速接頭取下后，應罩上保護套，嚴防泥沙等雜物帶入儀器管道口若準備較長時間不使用儀器時，須將儀器內部所有水排盡，并擦凈外表，放置在陰涼、干燥處。n 另外，在試驗過程中，如由于鉆孔直徑過大或被測巖土體的彈性區較大時，有可能發生水量不夠的情況，即巖土體仍處在彈性區域內，而施加壓力尚遠離儀器最大壓力值。且位移已達到320mm以上，此時,如要繼續試驗，則應進行補水。5. 資料整理與分析n在試驗資料整理時，

19、應分別對各級壓力和相應的擴張在試驗資料整理時，應分別對各級壓力和相應的擴張體積體積(或徑向增量或徑向增量)進行約束力和體積校正。進行約束力和體積校正。(kPa) -P (kPa);-P (kPa);-P (kPa);-P : 23)-(5 ) 1 iwm的彈性膜約束力管水位下降值對應彈性膜約束曲線上與測靜水壓力壓力表讀數校正后的壓力式中iwmPPPP(cm/kPa)- ; )(-S (cm);-S : 26)-(5 )(S )2 m儀器綜合變形校正系數實測測管水位下降值值校正后的測管水位下降式中cmPPSwmm =0.002P(kPa)S(cm)Pm(kPa)Pt=Pm+PwPiPSm(3mi

20、n)Si=(Pm+Pw) S000.0Pw13850.20.026080.0761.724506344194.10.1263.974758852365.80.1765.62410011357567.00.2266.774.5. 資料整理與分析n繪制旁壓曲線繪制旁壓曲線n 用校正后的壓力用校正后的壓力P和校正后的測管水位下降值和校正后的測管水位下降值S，繪，繪制制p-S曲線，即旁壓曲線。曲線的作圖可按下列步驟曲線，即旁壓曲線。曲線的作圖可按下列步驟進行進行:n （1）定坐標）定坐標:選用厘米格記錄紙，以選用厘米格記錄紙，以S (cm)為縱坐為縱坐標，標，1cm代表代表5

21、cm水位下降值水位下降值;以以P為橫坐標，比例可為橫坐標，比例可以自行選定。以自行選定。n (2)根據校正后各級壓力根據校正后各級壓力P和對應的測管水位下降值和對應的測管水位下降值S，分別將其確定在選定的坐標上，然后先連直線段并，分別將其確定在選定的坐標上，然后先連直線段并兩端延長，與縱軸相交的截距即為兩端延長，與縱軸相交的截距即為So;再用曲線板連曲再用曲線板連曲線部分，定出曲線與直線段的切點，此點為直線段的線部分，定出曲線與直線段的切點，此點為直線段的終點。終點。6. 主要影響因素n成孔質量n加壓方式n旁壓儀構造和規格n旁壓測試臨界深度影響1、成孔質量（這對于預鉆式旁壓試驗來說是非常重要）、成孔質量（這對于預鉆式旁壓試驗來說是非常重要）n軟土的擾動對測試結果的影響很大，必須根據土類選擇軟土的擾動對測試結果的影響很大，必須根據土類選擇不同的鉆孔方法不同的鉆孔方法1.成孔應該是垂直，且其直徑與旁壓器吻合的好。成孔應該是垂直，且其直徑與旁壓器吻合的好。加壓方式加壓方式分為加壓速率與加壓等級兩個方面分為加壓速率與加壓等級兩個方面n加壓等級加壓等級一般按預估土的臨塑壓力或極限壓力而定，一般按預估土的臨塑壓力或極限壓力而定，為它們的為它們的1/81/12n加荷速率加荷速率反映了不同的試驗條件，如排水或不排水反映了不同的試驗條件，