原位测试：第五章 旁压实验

1、2022/7/191内容安排第一章：载荷实验；第二章：动力触探；第三章：静力触探； 第四章：十字板剪切实验； 第五章：旁压实验；第六章：岩石点荷载实验;第七章：扁铲侧胀试验；2022/7/192第五章 旁压实验概述；旁压仪的结构和工作原理；仪器的标定；现场操作步骤；影响成果的因素；实验资料的整理；实验成果的应用；思考题；2022/7/193第一节 概述定义：优点；缺点；发展历程；2022/7/194定义旁压实验也称“横压实验”。是把一个圆柱型、充满水的旁压器探头放置在钻孔中的预定深度，由管路向旁压器注水，通过旁压器的膨胀向钻孔的孔壁土体施加侧向压力使土体变形。并通过测量装置测定出所施加的压力值

2、P和土的变形值之间的关系，绘制应力-应变关系曲线，按照理论公式或有关经验公式计算出地基土的承载力和旁压模量等。 2022/7/195旁压实验示意图2022/7/196优点（1） 仪器设备简单，易操作、实验周期短；（2）可在不同的深度上进行测试（分层测试、分段测试）；（3）可在地下水位以下地层测试；2022/7/197缺点（1）施加的压力不大，所求出的精度不如静力载荷实验的高；（2）横向变形不一定等同于竖向变形；存在误差。（3）挖孔时会引起土层的应力释放和孔壁回弹，破坏了土的天然应力状态，影响成果的可靠性。 （4）测试成果受成孔质量的影响较大；（5）在软土中测试的精度不高； 2022/7/198

3、发展历程；1933年德国寇克娄（Kger）制成；1957年法国的梅纳尔研制出三腔式旁压仪。大大提高了精度。现代：深度达到50m,压力从1000 kPa达到了2.5MPa。可进行风化岩的强度测定。我国情况：20世纪60年代初开始研制，70年代后快速发展。1983年建设委员会综合勘察技术研究员研制出MIM-1型自钻旁压仪。1986年出台了有关规程。2022/7/199二、旁压仪的结构和工作原理预钻旁压仪的结构：有旁压器、变形测量系统、加压系统、连接软管和成孔工具等组成。旁压器：由圆柱型的金属骨架，外套弹性膜组成。分上、中、下三个腔。 中腔为测试腔。上、下腔中的水互通（但与中腔隔离）。2022/7/

4、1910构造示意图2022/7/1911氮气瓶13MPa2022/7/1912PY-2型旁压器规格总长：450mm；中腔长：250mm;直径：50mm；中腔的体积：491cm3;量测管的截面积：15.28cm2；2022/7/1913PY-2型;PM-1型旁压器2022/7/1914旁压仪的工作原理当水箱中的水注满旁压器三个腔并返回测管和辅助管到一定的刻度后，加压装置所加的气压通过调压阀控制的预定压力直接传到测管和辅助管水面，气压转为水压，并将压力传给放在钻孔中的旁压器，使旁压器的弹性膜受力膨胀，从而对孔壁土体施加侧向压力，导致土体变形并引起测管的水位下降。根据实验压力和测管的水位下降值之间的

5、关系可以得到应力的大小和土体变形随时间变化的规律，根据PV曲线（或PS曲线）的形态分析可求得土体的力学性质指标。2022/7/1915第三节 仪器的标定弹性膜的约束力标定； 目的：求出各级压力值与测管相应的水位下降值的关系曲线。 以消除弹性膜的弹性 （所增加的压力） 的影响；管路综合变形的标定； 目的：消除仪器本身和管路的变形（所引起的水位降）。压力水位下降值(cm)2022/7/1916弹性膜的约束力标定标定要求； 1、新膜必须标定；标定前必须使之先膨胀1次； 2、 新膜经35个实验后要复核一次，使用10次后可不再标定； 3、停止测试两昼夜以上，重新测试前需标定。 4、气温较大变化时须率定。

6、标定方法；注意事项；2022/7/1917弹性膜的标定方法接通管路；排气，充水；使其满水。把旁压器竖立于地面；按10kPa，20kPa，30kPa，逐级加压；逐级记录各级压力下的测管水位降S；绘制P-S曲线；2022/7/1918注意事项压力表需要准确调到所需的刻度；第1级压力旁压器的中腔中点到测管初始水面的垂直距离所产生的静水压力。进行到测管水位接近最大值时就终止标定，否则会使弹性膜涨破。2022/7/1919管路综合变形的标定目的：仪器本身和管路在传递压力的过程中要发生相应的变形，从而加大了测管水位的下降值。为扣除这个影响，就需要进行标定。方法：（1）将旁压仪放入有机玻璃管内；（2）接通管

7、路；（3）排气、充水；（4）逐级加压，测定P和水位降S；（5）绘制P-S关系曲线；2022/7/1920操作步骤（1）成孔： 人力钻，孔径5258mm；清除余土；孔壁不稳定时可用喷射泥浆钻进。（2）水箱注水； 实验过程中，一直打开水箱，防止胀裂。（3）接通管路； 将各管路对号地插入到相应的插座上。2022/7/1921操作步骤（续）（4）向旁压仪和各管路注水；（5）调零： 先把旁压器竖立提高到使中腔的中点和测管零刻度相平的位置。调节使测管水位到零刻度；（6）把旁压器放入孔内； 把旁压器接上钻杆，放入孔内的预定位置。2022/7/1922操作步骤（续）（7）打开测管阀和辅助管阀，求出第一级压力；

8、（8）逐级加压，测定P和水位降S；（9）终止实验；2022/7/1923技术标准加压等级： 按预估极限压力的1/10加压。也可按表6-1实施。稳定标准： （类似于载荷实验）。各级压力下相对稳定标准为1min或3min。稳定标准3min的，读数间隔为1min,2min,3min。2022/7/1924第5节 影响成果的因素1.钻孔质量 要求：（1）孔垂直、光滑、圆形；（2）尽量避免或减少对孔壁土体的扰动。（3）孔径：比旁压器外径大28mm。2022/7/1925钻孔质量对测试结果的影响2022/7/1926影响成果的因素（续）2.加压等级： 为了获得的旁压曲线的特征点（其始压力P0和临塑压力Pf

9、能反映在曲线上），采用措施如下：（1）不同的类型的土采用不同的加压标准；（2）临塑压力前压力级差小些； Pf后压力级别可大些。2022/7/1927影响成果的因素（续）3.稳定标准： 有快速加压（1,3min）和慢速加压(5, 10 min) 2种。 选择快速加压较好。机制分析可认为是不 排水剪。因为慢速加压则既不属于排水剪，也不属于不排水剪。4.地下水位的变化： 地下水位波动会影响旁压模量的变化。2022/7/1928第6节 实验资料的整理一、绘制旁压曲线：（1）先进行压力校正： 各级压力p=总压力P弹性膜约束力Pi； 其中的Pi值是根据测管的水位降在弹性膜标定曲线上查得的。（2）进行水位校

10、正： 各级压力下: 水位降s=测管水位降Si仪器综合变形所产生的水位降（总压力P校正系数a）。2022/7/1929实验资料的整理（续）（3）绘制旁压曲线p-s曲线, p-V曲线。 V是测管水的体积变化，V=s测管内截面积F；横坐标P以1cm代表100kPa；纵坐标s以1cm代表水位降5cm；或纵坐标V以1cm代表100cm3；2022/7/1930p-s曲线2022/7/1931p-V曲线2022/7/1932旁压曲线形态分析及特征值2个拐点 A点（p0,S0）为曲线的第一拐点； B点（Pf ,S f ）为直线段AB与曲线交点； 3段： OA段土体被压前弹性膜的变形。 AB直线段土体的弹性变

11、形， B点临塑压力；2022/7/1933确定水平极限压力值PL当P-V曲线完整时： 在P V曲线上取V1=Vc+2V0 所对应的压力作为PL； 式中V0 是A点的坐标； Vc为旁压器测量腔的原始体积（由长度和直径算出）。当P-V曲线不完整时： 也就是说，在曲线末端还找不到V1点（实验压力达不到）。这时就需要手工外推，再根据点VL=Vc+2V0 所对应的压力作为PL； 2022/7/1934实验成果的应用确定地基土的承载力特征值：（1）临塑压力法： fak=PfP0;（2）极限压力法：当旁压曲线急转弯时（红粘土、软淤泥等地层）用。方法是： fak=(PLP0）/K 式中K为安全系数（2.03.

12、0） 。2022/7/1935P0的确定方法图解法见教材P1502022/7/1936旁压模量计算公式公式为：式中，Vf为临塑压力Pf所对应的体积（cm3）；Vc为旁压器测量腔的初始体积（cm3） 。2022/7/1937思考题1、目前旁压仪的发展到什么阶段？2、预钻式旁压仪的仪器组成？3、旁压仪为何设计为3腔形式？哪个腔是测试腔？4、为什么需要进行弹性膜约束力标定？在标定时把旁压器放在何处？5、为什么需要进行仪器管路综合变形标定？在标定时把旁压器放在何处？6、旁压实验的第一级压力如何确定？7、孔的质量有何要求？2022/7/1938思考题(续)8.弹性膜约束力标定时需要注意什么问题？9.如何根据旁压曲线确定水平极限压力值PL？10.草绘旁压曲线，并标出2个特征点；指出临塑压力pf在何处；按临塑压力法写出求地基土的承载力特征值公式.11.影响旁压实验成果的因素有哪些？12.加压稳定标准一般为_分钟。在任何情况