旁压试验

LOGO旁压试验原位试验包括平板载荷试验静力触探试验标准贯入试验十字板剪切试验旁压试验圆锥动力触探试验扁铲侧胀试验现场直接剪切试验波速测试岩体原位应力测试激振发测试旁压试验旁压测试(PMT)又称横压试验。是一种利用钻孔做的原位横向载荷试验。根据钻孔方法的不同，分预钻式和自钻式。在前面未加“自钻”两字时，习惯上系指预钻式。工作原理：通过旁压器向竖直的孔内施加压力，带橡皮膜的探头使旁压膜膨胀，并由旁压膜（或护套）将压力均匀地传给周围土体（或软岩），使土体（或软岩）产生变形直至破坏（图1-1），并通过量测装置，测出施加的压力和土变形（或径向位移）之间的关系，然后绘制应力-应变（或钻孔体积增量、或径向位移）关系曲线。根据这种关系推求地基土（或软岩）的力学性质指标所进行的一种原位试验。图1-1：旁压测试示意图旁压试验的优点设备轻便，操作简易，测试迅速；可在不同深度进行试验，而不受地下水的限制；与室内试验相比，横压试验涉及的试样大得多，而且扰动不大；与其他原位测试方法比较，试验时的应力条件接近于轴对称圆柱孔穴扩张的课题，该课题的弹性解及弹塑性解是已解决了的；除了可测定土的横向压缩性，还可测定原始侧压力系数K0、强度参数及应力应变关系。旁压试验的优点主要是与静力载荷测试比较而显现出来的：它可在不同深度上进行测试；所求地基承载力值基本和平板载荷测试所求得的相近；精度很高；预钻式设备轻便；测试时间短。其缺点是受成孔质量影响大，在软土中测试精度不高。旁压测试法的仪器设备旁压器，也称探头主要由四部分组成：加压稳定装置变形量测系统管路图1-2：旁压仪构造示意图1—注水管；2—注水管；3—导压管；4—导压管；5—旁压器；6—水箱；7—注水阀；8—水箱加压（连接打气筒）；9—排水阀；10—中腔注水阀；11—辅管；12—测管；13—辅管阀；14—测管阀；15—调零阀；16—中压表；17—低压表；18—低压表阀；19—调压阀；20—氮气加压阀；21—中压表；22—减压阀；23—高压表；24—氮气源阀；25—高压氮钢瓶；26—手动加压阀；27—钢瓶；28—打气筒旁压器它是旁压仪中的最重要的部件，是对土体施加压力的部分，由圆形金属骨架和包在其外的橡皮膜所组成。旁压器一般为三腔式和单腔式。三腔式应用较广泛，三腔式的中间为主腔（也称测试腔），上、下为护腔。主腔和护腔互不相通，而护控之间则是相通的，把主腔夹在中间。试验时，有压力的高压水从控制单元通过中间管路系统进入主腔（即测试腔），使橡皮膜沿径向（横向）对周围土体膨胀，压迫周围土体而对其施加压力，从而建立主腔压力和土体体积变形增量之间的相互关系。同时，也向两护腔同步地输入同样压力的水使其压力和主腔保持一致，以便迫使主腔向四周沿水平方向同步变形，这样就可以把主腔周围的土体变形作为一个平面应变问题来处理。旁压器总长度为500mm。上、下腔（护腔）之间用铜导管沟通而与中腔隔离。压力和体积控制箱一般情况下，预钻式旁压仪的压力和体积控制箱是设置在三角架上的一个箱式结构。它包括加压稳压装置和变形量测装置两大部分。加压稳压装置是由高压氮气瓶或人工打气筒、储气罐、调压阀和相应的压力表组成。加压稳压均通过调压阀控制。这部分装置的主要功能是控制进入旁压器的压力。变形量测装置是由测管、辅管、水箱及各类阀门等部件构成。这部分的主要功能是控制进入旁压器的水量。孔壁土体受压后相应的变形值，可用测量水位下降或水体积消耗量表示。控制膜与旁压器之间用管路系统连接。管路系统管路是连接旁压器和控制箱的“桥梁”。其作用是将压力和水从控制箱送到旁压器。PY2型有两根导压管和两根注水管，PY3型有两根导压管，但只有一根注水管。管路由1010尼龙材料制成，能经受高压，其长度由最大测试深度决定，一般有十余米长。连在旁压器上的管路能通过快速接头和控制箱很快地连接在一起。成孔工具等配件图1-4：成孔工具预钻式旁压仪要预先成孔，其成孔工具主要是勺钻（图1-4），适用于一般粘性土。对于坚硬土层，应用轻型钻机成孔。旁压仪工作原理当水箱中的水注满旁压仪的三腔并返回测管和辅管后，加压装置所加的气压，通过高压调压阀控制的预定压力，直接传到测管的辅管水面，使气压转变为水压，并将压力传递给放在钻孔中的旁压器；旁压器弹性膜受力后膨胀，从而对孔壁土体施加侧向压力，形成均匀的圆柱形应力区，导致土体变形并引起测管水位下降。根据试验压力和测管水位降之间的关系，可以得到应力大小及土体变形随着时间变化的规律。然后，绘制应力-应变关系曲线，通过曲线形态分析及利用有关公式，可求得土体力学性质的有关参数。预钻式旁压试验的现场测试试验开始试验前准备试验成孔技术条件与方法试验前旁压仪的调试打开测管阀和辅管阀，此时旁压器内产生静水压力，为第一级压力。稳定后，读出测管水位下降值。加压，并测记各级压力下的测管水位下降值。水箱注水，接通管路，向旁压器和变形测量系统注水，调零和放入旁压器工作前的注水标准检查，弹性膜渗水检查确定试验位置，平整试验场地，确定旁压孔的数目、布置方式及测试深度加荷等级加荷等级在我国采用预计极限压力的1/8～1/12。在加荷的初始阶段，加荷等级小；或作卸荷后再加荷，以减少土层的扰动，也可参照表1-1来确定的。表1-1：加荷等级试验记录进行旁压试验，应在现场做好记录。其内容包括：所用旁压器型号、弹性膜编号及其率定结果、成孔工具、土层描述、地下水位、正式试验时的各级压力及相应的测管水位下降值（表1-2）。表1-2：旁压试验记录表测试成果整理旁压试验最后得到压力与变形的关系曲线（即P-S、P-V曲线）（图1-5、1-6），可从曲线上求出一些和土的性质有关的参数。可以求取参数包括：静止侧压力P0值、临塑压力Pf值、水平极限压力PL值。根据梅纳德理论，曲线中直线段的起点P0m应相当于测试深度处土的静止侧压力P0。但是，由于预先钻孔，因孔壁土体受到了扰动等因素的影响，P0m一般都大于P0值。静止侧压力P0值（压力单位均为kPa）可以用计算法或图解法求取。图1-6：P-S曲线（包括受钻孔质量影响的）图1-5：P-V曲线影响旁压测试成果精度的主要因素临界深度加压方式钻孔质量稳定变形标准附注：在均质土层中进行旁压测试中，Pf或PL自地表随埋深加大而明显增加；但到某一深度之后，随埋深加大基本上保持不变、或增加趋势明显减缓。这一深度，称为旁压测试的临界深度。临界深度随砂土密实度的增加而增加，尤其是在砂土中表现明显，一般临界深度为1～3m。在粘性土中还未发现，应继续研究地基极限设计极限荷载极限荷载是指整个地基处于极限平衡状态时所承受的荷载。容许荷载是极限荷载除以一个安全系数得到的。容许荷载