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1、4.7 旁压试验,目 录,旁压仪试验是在现场钻孔中进行的一种水平向荷载试验。具体试验方法是将一个圆柱形的旁压器放到钻孔内设计标高，加压使得旁压器横向膨胀，根据试验的读数可以得到钻孔横向扩张的体积-压力或应力-应变关系曲线，据此可用来估计地基承载力，测定土的强度参数、变形参数、基床系数，估算基础沉降、单桩承载力与沉降。,1. 概述,旁压试验于1930年起源于德国，最初是在钻孔内进行侧向载荷试验的仪器，这也就是最早的单腔式旁压仪。 1957年，法国工程师路易斯-梅纳研制成功三腔式旁压仪。 现在旁压仪器包括预钻式、自钻式和压入式三种，国内国外都是以预钻式为主 预钻式旁压仪的原理是预先用钻具钻出一个符
2、合要求的垂直钻孔，将旁压器放入钻孔内的设计标高，然后进行旁压试验。 自钻式旁压仪是将旁压仪设备和钻机一体化，将旁压器安装在钻杆上，在旁压器的端部安装钻头，钻头在钻进时，将切碎的土屑从旁压器(钻杆)的空心部位用泥浆带走，至预定标高后进行旁压试验。自钻式旁压试验的优越性就是最大限度地保证了地基土的原状性。,1. 概述,预钻式旁压试验适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、极软岩和软岩。 自钻式旁压试验适用于粘性土、粉土、砂土，尤其适用于软土。,1. 概述,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-测管水位下降值S)可分为三段， I
3、段曲线AB):初步阶段，反映孔壁受扰动土的压缩; 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，最后急剧增大，达到破坏。 I-II段的界限压力相当于初始水平压力po,II-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。,2. 试验基本原理,V,A,B,C,D,pl,pf,po,p,I,II,III,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。,2. 试验基本原理,工作时，由加压装置将较低的气压转换为较高
4、压力的水压。并通过高压导管传至旁压器，使弹性膜膨胀导致地基孔壁受压而产生相应的变形。 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。,2. 试验基本原理,3.1 预钻式旁压仪 预钻式旁压仪由旁压器、控制单元和管路三部分组成。 3.2 自钻式旁压仪 自钻式旁压仪通常由三部分组成:包含自钻机构的探头部分;设置在地面的控制单元;连接控制单元和探头的管路部分。,3. 试验仪器设备与安装,(1)旁压器 旁压器是对孔壁土(岩)体直接施加压力的部分，是旁压仪最重要的部件。它由金属骨架、密封的橡皮膜和膜外护铠组成。旁压器分单腔式和三腔式
5、两种，目前常用的是三腔式。三腔式旁压器由测量腔(中腔)和上下两个护腔构成。测量腔和护腔互不相通，但两个护腔是互通的，并把测量腔夹在中间。试验时有压介质(水或油)从控制单元通过中间管路系统进入测量腔，使橡皮膜沿径向膨胀，孔周土(岩)体受压呈圆柱形扩张，从而可以量测孔壁压力与钻孔体积变化的关系。,3.1 预钻式旁压仪,(2)控制单元 控制单元位于地表，通常是设置在三脚架上的一个箱式结构。其功能是控制试验压力和测读旁压器体积(应变)的变化。一般由压力源(高压氮气瓶)、调压器、测管、水箱、各类阀门、压力表、管路和箱式结构架等组成。,3.1 预钻式旁压仪,(3)管路系统 管路系统是用于连接旁压器和控制单
6、元、输送和传递压力与体积信息的系统，通常包括气路、水(油)路和电路。,3.1 预钻式旁压仪,自钻的原理是把装有旁压器的薄壁取样器用某一速率压入土中，同时用几个转动的刀片将进入取样器内的土芯弄碎，形成钻屑，钻屑因刀片标高处射出的液体作用而变成悬浮液，从旁压器的中央通过钻杆空心孔排到地面。,3.2 自钻式旁压仪,一、试验前准备工作 二、仪器校正 三、预钻成孔,4. 技术要求与试验方法,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.向水箱注满蒸馏水或干净的冷开水。 2.连通管路。 3.注水: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。
7、4.调零:把旁压器垂直提高，使其测试腔的中点与目测管0刻度相起平。 5.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。,一、试验前准备工作,试验前，应对仪器进行弹性膜(包括保护套)约束力校正和仪器综合变形校正，具体项目按下列情况确定: 弹性膜约束力校正方法是:将旁压器竖立地面，按试验加压步骤适当加压(0.05MPa左右即可)使其自由膨胀。先加压，当测水管水位降至近36cm时，退压至零，如此反复5次以上。再进行正式校正，其具体操作、观测时间等均按上述正式试验步骤进行。压力增量采用10kPa，按1min的相对稳定时间测记压力及水位下降值，并据此绘制弹性膜约束力校正曲线图，如图所
8、示。,二、仪器校正,仪器综合变形校正方法是:联接好合适长度的导管，注水至要求高度后，将旁压器放入校正筒内，在旁压器受到刚性限制的状态下进行。按试验加压步骤对旁压器加压，压力增量为100kPa ,逐级加压至800 kPa以上后，终止校正试验。各级压力下的观测时间等均与正式试验一致，根据所测压力与水位下降值绘制其关系曲线.曲线应为一斜线，如图所示。 其直线对P轴的斜率S/P即为仪器综合变形校正系数a。,二、仪器校正,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，
9、宜采用泥浆护壁钻进。 孔径根据土层情况和选用的旁压器外径确定，一般要求比所用旁压器外径大2-3mm为宜，不允许过大。钻孔深度应以旁压器测试腔中点处为试验深度。,三、预钻成孔,三、预钻成孔,开孔至预定深度以下35cm处,值得注意的是，试验必须在同一土层，否则，不但试验资料难以应用，且当上、下两种上层差异过大时，会造成试验中旁压器弹性膜的破裂，导致试验失败。另外。钻孔中取过土样或进行过标贯试验的孔段，由于土体已经受到不同程度的扰动，不宜进行旁压试验。,三、预钻成孔,成孔后，应尽快进行试验。压力增量等级和相对稳定时间(观察时间)标准可根据现场情况及有关旁压试验规程选取。其中：压力增量建议选取预估临塑
10、压力pf的1/8-1/12.如不易预估。根据PY型预钻式旁压试验规程，压力增量可参考下表确定。,四、试验,各级压力下的观测时间，可根据土的特征等具体情况。采用1 min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,30s,60s; （2）观测时间为2min时:15s,30s,60s,120s.,四、试验,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:,四、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
11、弹，迫使旁压器内的水回至测管，取出旁压器。 （2）试验全部结束:利用试验中当时系统内的压力将水排净后旋松调压阀。导压管快速接头取下后，应罩上保护套，严防泥沙等杂物带入仪器管道口若准备较长时间不使用仪器时，须将仪器内部所有水排尽，并擦净外表，放置在阴凉、干燥处。 另外，在试验过程中，如由于钻孔直径过大或被测岩土体的弹性区较大时，有可能发生水量不够的情况，即岩土体仍处在弹性区域内，而施加压力尚远离仪器最大压力值。且位移已达到320mm以上，此时,如要继续试验，则应进行补水。,四、试验,在试验资料整理时，应分别对各级压力和相应的扩张体积(或径向增量)进行约束力和体积校正。,5. 资料整理与分析,=0
12、.002,绘制旁压曲线 用校正后的压力P和校正后的测管水位下降值S，绘制p-S曲线，即旁压曲线。曲线的作图可按下列步骤进行: （1）定坐标:选用厘米格记录纸，以S (cm)为纵坐标，1cm代表5cm水位下降值;以P为横坐标，比例可以自行选定。 (2)根据校正后各级压力P和对应的测管水位下降值S，分别将其确定在选定的坐标上，然后先连直线段并两端延长，与纵轴相交的截距即为So;再用曲线板连曲线部分，定出曲线与直线段的切点，此点为直线段的终点。,5. 资料整理与分析,成孔质量 加压方式 旁压仪构造和规格 旁压测试临界深度影响,6. 主要影响因素,1、成孔质量（这对于预钻式旁压试验来说是非常重要） 软
13、土的扰动对测试结果的影响很大，必须根据土类选择不同的钻孔方法 成孔应该是垂直，且其直径与旁压器吻合的好。,加压方式分为加压速率与加压等级两个方面 加压等级一般按预估土的临塑压力或极限压力而定，为它们的1/81/12 加荷速率反映了不同的试验条件，如排水或不排水 快速法：1、2、3min 慢速法：5、10min 不同的加压速率对临塑荷载影响不大，而对于极限荷载影响比较大。,旁压器的有效长(l)、径(D)比是设计旁压器的关键参数。 当单腔式有效长径比为10时，与三腔式旁压器所取得变形模量的结果没有明显的差别，但单腔式的临塑压力和极限压力则偏小。,3.旁压器构造和规格,在均质土层中测试，Pf自地表向下逐渐增大，当超过一定深度后，才趋近一个常数值，这个土层表面一定深度就称为临界深度。 砂土中表现明显，临界深度随砂土密实度的增加而增加，一般为13m。 在临界深度内，由于地面是临空面，土体可以产生较明显的垂向变形，而在临界深度以下，因上覆土层压力加大，限制了垂向变形，基本上只有径向变形。,4.旁压测试临界深度的影响,7.1 粘性土稠度状态和砂土密实度划分 7.2 地基承载力计算 7.3 桩基础承载力计算 7.4 地基变形计算,7. 工程应用,粘性土稠度状态和砂土密实度划分,地基承载力计算,桩基础承载力计算,地基变形计算,
