旁压试验的详细解释.ppt

1、第6章 旁压试验目录n1.概述n2.试验基本原理n3.试验仪器设备与安装n4.技术要求与试验方法n5.资料整理与分析n6.主要影响因素n7.工程应用1.概述n 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，测定土地基承载力，测定土的强度参数、变形参数、基床系的强度参数、变形参数、基床系数，估算基础沉降、单桩承载力数，估算基础沉降、单桩承载力与沉降。与沉降。1.概述n旁压试验于1930年起源于德国，最初是在钻孔内进行侧向载

2、荷试验的仪器，这也就是最早的单腔式旁压仪。n1957年，法国工程师路易斯-梅纳研制成功三腔式旁压仪。n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n预钻式旁压仪预钻式旁压仪的原理是预先用钻具钻出一个符合要求的垂直钻孔，将旁压器放入钻孔内的设计标高，然后进行旁压试验。n自钻式旁压仪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。地基土的原状性。1.

3、概述n压入式旁压试验压入式旁压试验又分为圆锥压入式和圆筒压入式，都是用静力将旁压器压入指定的试验深度进行试验，压入式旁压试验在压入过程中对周围有挤土效应，对试验结果有一定的影响，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，从旁压试验的角度，这应属于压入式。1.概述n 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。n自钻式旁压试验适用于粘性土、粉土、砂土，尤其适用于软土。仪器名称仪器名称型号型号厂家厂家配置配置价格价格(万元万元)特点特点梅纳旁压仪梅纳旁压仪G-AM法国法国APAGEO比较烦琐比较烦琐,不详

4、细列举不详细列举.主主要包括要包括:读数仪读数仪(主机主机),探探头头,压力源压力源(氮气瓶氮气瓶),连接连接管路管路.(数据采集数据采集,分析分析,打打印印)选配选配.16使用广泛使用广泛,知名度高知名度高,性能性能稳定稳定.功能齐全功能齐全.压力能达压力能达到到10MPa,但最进该厂家但最进该厂家提供仪器质量有所下降提供仪器质量有所下降.钻孔旁压仪钻孔旁压仪ELASTMETER-2日本日本OYO读数仪读数仪,探头探头,手动压力泵手动压力泵.连接管路连接管路,标定筒和工具箱标定筒和工具箱.自动采集和数据分析自动采集和数据分析(选选配配)40试验压力大试验压力大(做岩石做岩石),能能达到达到2

5、0MPa,可以随钻测可以随钻测量和预钻测量量和预钻测量,性能超稳性能超稳定定,完全适应恶劣环境完全适应恶劣环境.孔孔径范围大径范围大钻孔旁压仪钻孔旁压仪LLT TYPE-M日本日本OYO同上同上.40压力范围小压力范围小2.5MPa,使用使用于软土于软土.个人感觉实用性个人感觉实用性不大不大,国产完全可以取代国产完全可以取代.同同ELASTER-2使用液压使用液压源源钻孔旁压仪钻孔旁压仪 TEXAM加拿大加拿大ROCTEST压力表和压力源油罐压力表和压力源油罐,探头探头,管路管路,工具包和防冻液工具包和防冻液19仪器配件齐全仪器配件齐全,设计新颖设计新颖,更为轻便更为轻便,完全水压完全水压.自

6、钻式旁压仪自钻式旁压仪Mark VIIId 3臂式臂式英国英国cambridge包括自钻旁压组件包括自钻旁压组件,钻进设钻进设备和用于回旋钻进的附件备和用于回旋钻进的附件.226(包括包括厂家调试和厂家调试和培训培训)适用于软土适用于软土,沙土等成孔沙土等成孔质量不佳的旁压试验质量不佳的旁压试验.旁压仪旁压仪PY-3江苏省溧阳县江苏省溧阳县仪器厂仪器厂/温州温州也有一家也有一家,但不但不知道厂家名知道厂家名配置同梅纳旁压仪差不多配置同梅纳旁压仪差不多,但是配件很多但是配件很多.备用件也很备用件也很多多.6数字显示数字显示,自动记录自动记录,价格价格便宜便宜,但是压力只能做到但是压力只能做到5M

7、Pa,而且做不了深孔试而且做不了深孔试验验.2.试验基本原理n 旁压试验可理想化为圆柱孔穴扩张课题，为轴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。典型的旁压曲线对称平面应变问题。典型的旁压曲线(压力压力P-体体积变化量积变化量V曲线或压力曲线或压力p-测管水位下降值测管水位下降值S)可分可分为三段，为三段，n I段段曲线曲线AB):初步阶段，反映孔壁受扰动土初步阶段，反映孔壁受扰动土的压缩的压缩;n II段段(直线直线BC):似弹性阶段，压力与体积变化似弹性阶段，压力与体积变化量大致成直线关系量大致成直线关系;n III段段(曲线曲线CD):塑性阶段，随着压力的增大，塑性阶段，

8、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。体积变化量逐渐增加，最后急剧增大，达到破坏。n I-II段的界限压力相当于初始水平压力段的界限压力相当于初始水平压力po,II-III段的界限压力段的界限压力相当于临塑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段末尾渐近线的压力为极限压力Pl。VABCDplpfpopIIIIII2.试验基本原理n 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n工作时，由加压装置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，使弹性膜膨胀

9、导致地基孔壁受压而产生相应的变形。n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。3.试验仪器设备与安装n3.1 预钻式旁压仪n 预钻式旁压仪由旁压器、控制单元和管路三部分组成。n n3.2 自钻式旁压仪n 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。3.1 预钻式旁压仪n(1)旁压器n 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、密金属骨架、密封的橡皮膜和膜外护铠组成。封的橡皮膜和膜外护铠组成。旁压器分单腔式和三腔式两种，

10、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n(2)控制单元n 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n(3)管路系统n 管路系统是用于连接旁压器和控制单元、输

11、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。3.2 自钻式旁压仪n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。4.技术要求与试验方法n一、试验前准备工作n二、仪器校正n三、预钻成孔一、试验前准备工作n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:n 1.向水箱注满蒸馏水或干净的冷开水。n 2.连通管路。n 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。n 4.调零

12、: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。n 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。二、仪器校正n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:n 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，如图所示。二、仪器

13、校正n仪器综合变形校正方法是仪器综合变形校正方法是:联接好合适长度的导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，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，压力增量为压步骤对旁压器加压，压力增量为100kPa,逐逐级加压至级加压至800 kPa以上后，终止校正试验。各级以上后，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测压力与水位下降值绘制其关系曲线.曲线应为曲线应为一斜线，如图所

14、示。一斜线，如图所示。n 其直线对其直线对P轴的斜率轴的斜率S/P即为仪器综合即为仪器综合变形校正系数变形校正系数a。三、预钻成孔n针对不同性质的土层及深度，可选用与其相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，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，宜选用提土器对于软塑流塑状态的土层，宜选用提土器;对于坚硬对于坚硬-可塑状态的土层，可采用勺型钻可塑状态的土层，可采用勺型钻;对于钻孔孔壁稳定性差的土层，宜采用泥浆对于钻孔孔壁稳定性差的土层，宜采用泥浆护壁钻进。护壁钻进。n 孔径根据土层情况和选用的旁压器外径孔径根据土层情况和选用的旁压

15、器外径确定，一般要求比所用旁压器外径大确定，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。压器测试腔中点处为试验深度。三、预钻成孔开孔至预定深度以下35cm处三、预钻成孔n值得注意的是，试验必须在同一土层，否则，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

16、土体已经受到不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。同程度的扰动，不宜进行旁压试验。四、试验n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n 各级压力下的观测时间，可根据土的特征等具体情况。采用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或或2min，按下列时，按下列时间顺序测记测量管的水位下降值间顺序测记测量管的水位下降值S。n （1）观测时间为）观测时间为1min时时:15s,30s,60s;n （2）观测时间为）观测时间为2min时时:15s,30s,60s,120s.四、试验n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n（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