旁压试验

工程地质勘察的原位测试

旁压试验是将圆柱形的旁压器竖直地放入土中，利用旁压器的扩张，对周围土体施加均匀压力，测量径向压力和变形的关系，即可求得地基土在水平方向的应力应变关系。按将旁压器设置土中的方式不同，旁压仪分为预钻式、自钻式和压入式三种。预钻式旁压试验应保证成孔质量，钻孔直径与旁压器直径应良好配合，防止孔壁坍塌。自钻式旁压试验的自钻钻头、钻头转速、钻进速率、刃口距离、泥浆压力和流量等应符合有关规定。

类型

旁压试验按旁压器放置在土层中的方式分为：预钻式旁压试验、自钻式旁压试验和压入式旁压试验。

预钻式旁压试验是事先在土层中钻探成孔，再将旁压器放置到孔内试验深度进行试验，其结果很大程度上取决于成孔质量，一般用于成孔质量较好的地基土中。

自钻式旁压试验(简称SBPMT)是在旁压器下端装置切削钻头和环形刃具，以静压力压入土中，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，到预定深度后进行试验。

压入式旁压试验又分为圆锥压人式和圆筒压入式两种，都是用静力将旁压器压入到指定深度进行试验，但在压人过程中对土有挤土效应，对试验结果有一定的影响。

原理

旁压试验原理是通过向圆柱形旁压器内分级充气加压，在竖直的孔内使旁压膜侧向膨胀，并由该膜(或护套)将压力传递给周围土体，使土体产生变形直至破坏，从而得到压力与扩张体积(或径向位移)之间的关系。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。

旁压试验可理想化为圆柱孔穴扩张课题，属于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一用测管水位下降值S曲线)如图1《典型的旁压曲线》所示，可划分为三段：

Ⅰ段(曲线AB)：初始阶段，反映孔壁受扰动后土的压缩与恢复。

Ⅱ段(直线BC)：似弹性阶段，此阶段内压力与体积变化量(测管水位下降值)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(测管水位下降值)逐渐增加，最后急剧增大，直至达到破坏。

旁压曲线I段与Ⅱ段之间的界限压力相当于初始水平压力p0，Ⅱ段与Ⅲ段之间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p1。

进行旁压试验测试时。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试验深度处的旁压器，使弹性膜侧向膨胀导致钻孔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值S确定，压力P由与增压缸相连的压力传感器测得。根据所测结果，得到压力P和位移值S(或换算为旁压腔的体积变形量V)间的关系，即旁压曲线。根据旁压曲线可以得到试验深度处地基土层的初始压力、临塑压力、极限压力，以及旁压模量等有关土力学指标。

设备

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。

1．旁压器

旁压器又称旁压仪，是旁压试验的主要部件，整体呈圆柱形，为三腔式圆柱形骨架，外套弹性膜。分上、中、下三腔，中腔为测试腔，连接地上液体管路部分；上下为辅助腔，连接地上气体管路部分。旁压器下入试验位置，加压后上下辅助腔迅速膨胀贴紧钻孔侧壁，用于固定旁压器，并使之保持竖直状态；中部测试腔按试验要求在不同氮气压力下，随注入其中的液体而变形。

2．变形测量系统。主要有水位测管和导压管组成。水位测管为有机玻璃材质，内截面积11.75 cm2，其主要功能是显示旁压器的体积变化。水位测管两侧分别设置了S、△V、△R三个标尺刻度。S为标准长度，最小刻度1 mm，表示由于旁压器变形，引起水位测管液面下降值；△V为体积增量，表示由于旁压器变形，引起水位测管内液体体积变化值；△R为半径增量，表示旁压器变形根据测试段长度换算得到的旁压器半径增量。

3．加压稳定装置。主要由氮气源、调压阀、压力表组成。氮气源为高压氮气，其最低压力值，宜大于试验预估最大压力1～2 MPa；当氮气源压力过大时，为保护试验设备和人员安全，建议配置减压阀后连接旁压仪。调压阀为压力精密调节装置，可以在输入稳定压力后，调节输出压力从0到最大值，该部分是旁压试验的主要控制部分。为方便读数，配置大小量程两块压力表．小量程压力表范围为0～1 MPa，当试验压力大于1 MPa时，关闭小量程压力表下方阀门，使用大量程压力表读数，后者的范围是0～4 MPa。

作用

通过对旁压试验成果，并结合地区经验，可用于以下岩土工程目的：

(1)测求地基土的临塑荷载和极限荷载强度，从而估算地基土的承载力；

(2)测求地基土的变形模量，从而估算沉降量；

(3)估算桩基承载力；

(4)计算土的侧向基床系数；

(5)根据自钻式旁压试验的旁压曲线推求地基土的原位水平应力、静止侧压力系数。

旁压试验在最近的几十年来在国内外岩土工程实践中得到迅速发展并逐渐成熟，其试验方法简单、灵活、准确。适用于黏性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、极软岩和软岩等地层的测试。

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