岩土工程测试旁压试验t48

岩土工程测试技术第七章旁压试验第一节概述第二节试验的基本原理第三节试验的仪器设备第四节试验方法及技术要求第五节资料整理第六节成果分析及工程应用岩土工程测试技术第一节概述一、旁压试验的定义（PressuremeterTest,PMT）

旁压试验是将圆柱形旁压器放入土中，向旁压器内充水(或气)并施加压力，利用旁压器的扩张，对周围土施加均匀压力，测量压力与体积扩张（径向变形）的关系，即可得地基土在水平方向上的应力应变关系。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。

岩土工程测试技术河南城建学院岩土工程测试技术二、旁压试验的发展国际上：

1956年，法国人梅那德首先创造出预钻式旁压仪，在法国推广使用。至1966年进一步制成自钻式旁压仪，进而在全世界得到普及。我国：

20世纪70年代仿制出预钻式及自钻式旁压仪。在最近几十年，国内外岩土工程实践中得到迅速发展并逐渐成熟。河南城建学院岩土工程测试技术三、旁压试验的分类

按旁压器放入土层中的方式，可分为：预钻式旁压试验、自钻式旁压试验和压入式旁压试验。（1）预钻式旁压试验是事先在土层中预钻一竖直钻孔，再将旁压器下到孔内试验深度(标高)处进行旁压试验，预钻式旁压试验的结果很大程度上取决于成孔的质量。

（2）自钻式旁压试验是在旁压器的下端装置切削钻头和环形刃具，在以静力置入土中的同时，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，钻到预定试验深度后，停止压入，进行旁压试验。河南城建学院岩土工程测试技术

（3）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。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。四、适用性

试验方法简单、灵活、准确。适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、极软岩和软岩等地层的测试。河南城建学院岩土工程测试技术第二节试验的基本原理

仪器工作时，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旁压器，使旁压器弹性膜膨胀导致地基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由与增压缸相连的力传感器测得。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。一、试验基本原理表述

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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—用测管水位下降值S)见图7－1，可分为三段：二、理论解释

图7－1典型的旁压曲线河南城建学院岩土工程测试技术I段(曲线AB)：初步阶段，反映孔壁扰动土的压缩与恢复；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到破坏。

I—II段的界限压力相当于初始水平压力p0，II一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。河南城建学院岩土工程测试技术

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。

μ——土的泊松比；

Vc——旁压器的固有体积；

V0——与初始压力p0对应的体积；

Vf——与临塑压力Pf对应的体积；

——旁压曲线直线段的斜率。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术第三三节节试试验验的的仪仪器器设设备备预钻钻式式旁旁压压仪仪由由3部分分组组成成1.旁压压器器2.变形形测测量量系系统统3.加压压稳稳压压装装置置目前前国国内内普普遍遍采采用用的的预预钻钻式式旁旁压压仪仪有有PY型和和较较新新的的PM型。。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术旁压压器器是是旁旁压压仪仪中中的的最最重重要要部部件件，，由由圆圆形形金金属属骨骨架架和和包包在在其其外外的的橡橡皮皮膜膜组组成成。。分分为为三三个个腔腔，，中中间间为为主主腔腔（（测测试试腔腔）），，上上、、下下为为护护腔腔。。变形测量系统统有不锈钢储储水筒，目测测管，位移和和压力传感器器，显示记录录仪，精密压压力表等。加压稳压装置置由高压储气气瓶，精密调调压阀，压力力表及管路等等组成。河南城建学院院岩土工程测试试技术河南城建学院院岩土工程测试试技术PM－1型旁压器主要要技术指标河南城建学院院岩土工程测试试技术第四节试验验方法及技术术要求一、试验前准准备工作使用前，必须须熟悉仪器的的基本原理、、管路图和各各阀门的作用用，并按下列列步骤做好准准备工作：1．充水：向水箱注满蒸蒸馏水或干净净的冷开水，，旋紧水箱盖盖。注意，试试验用水严禁禁使用不干净净水，以防生生成沉积物而而影响管道的的畅通。2．连通管路：：用同轴导压管管将仪器主机机和旁压器细细心连接，连连接好气源导导管，旋紧。。河南城建学院院岩土工程测试试技术3．注水、排气气：打开高压气瓶瓶阀门并调节节其上减压器器，使其输出出压力为0.15MPa左右。将旁压压器竖置于地地面，通过调调压控制面板板上的阀门，，给旁压器和和连接的阀门门注水。旋转调压阀手手轮，给水箱箱施加0.15MPa左右的压力，，以水箱盖中中的皮膜受力力鼓起时为准准，以加快注注水速度。直到水上升到到目测的“0”位置为止。在在此过程中，，应不断晃动动拍打导压管管和旁压器，，以排出管路中滞留留的空气。河南城建学院院岩土工程测试试技术4．调零：把旁压器垂直直提高，使其其测试腔的中中点与目测管管“0”刻度相齐平，，小心地将阀阀门旋至调零零位置，使目目测管水位逐逐渐下降至““0”位时，随即关关闭阀门，将将旁压器放好好待用。5．检查：检查传感器和和记录仪的连连接等是否处处于正常工况况，并设置好好试验时间标标准。河南城建学院院岩土工程测试试技术二、测试设备备的校正测试设备的校校正是保证旁旁压试验正常常进行的前提提，校正共包括两两项内容：弹性膜约束力力校正、仪器综合变形形校正。1．弹性膜约束束力的校正校正的目的是是确定在某一一体积增量时时消耗于弹性性膜本身的压压力值。校正正前，适当加加压（0.05MPa）之后，当测测水管水位降降至36cm时，退压至零零（旁压器中中腔的中点与与目测管水位位齐平），使使弹性膜呈不不受压的状态态，如此反复复5次，之后开始始校正。河南城建学院院岩土工程测试试技术校正时，按试试验的压力增增量（10kPa）逐级加压，，并按试验的的测读时间（（1min观测，读数时时间为15s、30s、60s）记录测管水水位下降值(或体积扩张值值)。最后绘压力力P与水位下降值值s的P－s曲线，见图7－4。图7－4弹性膜约束力力校正曲线示示意图河南城建学院院岩土工程测试试技术2．仪器综合变变形值的校正正主要是校正量量管中的液体体在到达旁压压器主腔以前前的体积损失失值。此损失失值主要是测测管及管路中中充满受压液液体后所产生生的膨胀。率定前将旁压压器放存一内内径比旁压器器外径略大的的厚壁钢管（（校正筒）内内，使旁压器器在侧限条件件下分级加压压，压力增量量一般为100kPa，加压5～7级后达到800kPa以上时终止试试验。在各级级压力下的观观测时间与正正式试验一样样(即15s、30s、60s、120s)，测量压力与与扩张体积的的关系，通常常为直线关系系，求出校正正系数。图7－5仪器综合变形形校正曲线示示意图河南城建学院院岩土工程测试试技术三、保证钻孔孔质量是试验验的关键1．预钻式旁压压仪针对不同性质质的土层及深深度，可选用用与其相应的的提土器或与与其相适应的的钻机钻头。。例如，对于于软塑－流塑塑状态的土层层，宜选用提提土器；对于于坚硬－可塑塑状态的土层层，可采用勺勺型钻；对于于钻孔孔壁稳稳定性差的土土层，宜采用用泥浆护壁钻钻进。对预钻式旁压压试验，要求求尽量减少孔孔壁土的扰动动，使钻孔截截面为完整的的圆形，其孔孔径应略大于于旁压器外径径，一般大2～3mm。对孔壁稳定定性差的土层层，宜采用泥泥浆护壁。成成孔后应尽快快进行试验以以免缩孔，间间隔时间一般般不宜超过15min。河南城建学院院岩土工程测试试技术旁压试验的可可靠性关键在在于成孔质量量的好坏，钻钻孔直径应与与旁压器的直直径相适应，，孔径太小，，放入旁压器器会发生困难难，或因放入入而扰动土体体；孔径太大大，很大一部部分能量消耗耗在孔穴上，，无法进行试试验，图7－6反映了成孔质质量对旁压曲曲线的影响。。预钻成孔的孔孔壁要求垂直直、光滑，，孔形形圆整整，并并尽量量减少少对孔壁壁土体体的扰扰动，，并保保持孔孔壁土层层的天天然含含水量量。河南城城建学学院岩土工工程测测试技技术2．自钻钻式旁旁压仪仪对自钻钻旁压压试验验，钻钻头离离刃口口的距距离、、钻头头的转转速、、钻进进进尺尺速度度，泥泥浆压压力和和流量量应做做合理理的选选择，，才能能达到到最佳佳的效效果。。在粘粘性土土中，，自钻钻式旁旁压仪仪自钻钻就位位后，，会有有一定定的超超孔隙隙压力力出现现，应应静待待消散散(1～2h)，然后后才能能开始始进行行试验验。河南城城建学学院岩土工工程测测试技技术四、加加荷等等级和和变形形稳定定标准准加荷等等级一一般为为预计计临塑塑压力力的1／5～l／7。各级级压力力增量量可相相等，，也可可不等等；如如不易易预估估，根根据我我国行行业标标准《PY型预钻钻式旁旁压试试验规规程》（JGJ69－90）,表7－3。表7－3压力增增量建建议值值河南城城建学学院岩土工工程测测试技技术变形稳稳定标标准，，即指指每级级压力力下测测体积积变化化的观观测时时间。。各级级压力力下的的观测测时间间，可可根据据土的的特征征等具具体情情况，，采用用1min或2min，按下下列时时间顺顺序测测记测测量管管的水水位下下降值值s。(1)观测测时时间间为为1min时：：15s、30s、60s；(2)观测测时时间间为为2min时：：15s、30s、60s、120s。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术五、、试试验验终终止止当测测管管水水位位下下降降接接近近40cm或水水位位急急剧剧下下降降无无法法稳稳定定时时，，应应立立即即终终止止试试验验，，以以防防弹弹性性膜膜胀胀破破。。可可根根据据现现场场情情况况，，采采用用下下列列方方法法之之一一终终止止试试验验：：(1)尚需需进进行行试试验验时时：：当试试验验深深度度小小于于2m．可可迅迅速速将将调调压压阀阀按按逆逆时时针针方方向向旋旋至至最最松松位位置置，，使使所所加加压压力力为为零零。。利利用用弹弹性性膜膜的的回回弹弹，，迫迫使使旁旁压压器器内内的的水水回回至至测测管管。。当当水水位位接接近近““0””位时时，，关关闭闭阀阀门门，，取取出出旁旁河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术当试试验验深深度度大大于于2m时，，将将阀阀门门置置于于注注水水位位置置。。打打开开水水箱箱盖盖，，利利用用系系统统内内的的压压力力，，使使旁旁压压器器里里的的水水回回至至水水箱箱备备用用。。旋旋松松调调压压阀阀，，使使系系统统压压力力为为零零，，此此时时关关闭闭阀阀门门，，取取出出旁旁压压器器。。(2)试验验全全部部结结束束：：将阀阀门门置置于于排排水水位位置置，，利利用用试试验验中中当当时时系系统统内内的的压压力力将将水水排排净净后后旋旋松松调调压压阀阀。。终终止止试试验验消消压压后后，，必必须须等等2-3分钟钟后后才才能能取取出出旁旁压压器器。。导导压压管管快快速速接接头头取取下下后后，，应应罩罩上上保保护护套套，，严严防防泥泥沙沙等等杂杂物物带带入入仪仪器器管管道道。。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术六、、技技术术要要求求1．一一次次试试验验必必须须在在同同一一土土层层，，否否则则，，不不但但试试验验资资料料难难以以应应用用，，而而当当上上、、下下两两种种土土层层差差异异过过大大时时，，会会造造成成试试验验中中旁旁压压器器弹弹性性膜膜的的破破裂裂，，导导致致试试验验失失败败。。2．钻孔中中取过土土样或进进行过标标贯试验验的孔段段，由于于土体已已经受到到不同程程度的扰扰动，不不宜进行行旁压试试验。3．试试验验点点的的垂垂直直间间距距应应根根据据地地层层条条件件和和工工程程要要求求确确定定，，但但不不宜宜小小于于1m；试试验验孔孔与与已已钻钻孔孔的的水水平平距距离离也也应应不不小小于于1m。4．在在试试验验过过程程中中，，如如由由于于钻钻孔孔直直径径过过大大或或被被测测岩岩土土体体的的弹弹性性区区较较大大时时，，可可能能水水量量不不够够，，即即岩岩土土体体仍仍处处在在弹弹性性区区域域内内，，而而施施加加压压力力尚尚未未达达到到仪仪器器最最大大压压力力值值，，且且位位移移量量已已达达到到320mm以上上。。此此时时，，如如要要继继续续试试验验，，则则应应进进行行补补水水。。5．试试验验完完毕毕，，若若准准备备较较长长时时间间不不使使用用仪仪器器，，须须将将仪仪器器内内部部所所有有水水排排尽尽，，并并擦擦净净外外表表，，改改放放在在阴阴凉凉、、干干燥燥处处。。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术注意意事事项项（1）钻钻孔孔结结束束后后，，应应将将旁旁压压器器尽尽快快放放入入孔孔中中的的预预定定深深度度；；（2）注注水水时时，，测测管管的的水水位位绝绝对对不不可可超超过过最最高高刻刻度度线线；；（3）测测试试时时，，不不得得使使用用杂杂质质水水，，应应使使用用蒸蒸溜溜水水或或冷冷开开水水；；（4）不不能能任任意意将将旁旁压压器器裸裸露露放放置置；；（5）自自钻钻式式旁旁压压试试验验必必须须保保证证旁旁压压器器上上、、中中、、下下三三腔腔在在同同一一土土层层中中；；（6）不不得得任任意意拆拆卸卸调调压压阀阀，，以以防防其其精精度度降降低低；；（7）若旁压压仪长时时间不用用，应排排尽水箱箱、管路路系统和和旁压器器的水。。河南城建建学院岩土工程程测试技技术监测装置置旁压器高压气瓶瓶得到压力力P与体积V的关系，，绘制P—V曲线河南城建建学院岩土工程程测试技技术第五节试试验资资料整理理一、压力力与测管管水位下下降的校校正绘制p－s曲线前，，要对原原始资料料进行整整理，主主要是对对各级压压力和相相应的测测管水位位下降值值进行校校正。校正公式式如下：：1．压力校校正公式式：p——校正后的的压力，，kPa；pm——压力表读读数，kPa；pw——静水压力力，kPa；pi——弹性膜约约束力，，可查弹弹性膜约约束力校校正曲线线,kPa；河南城建建学院岩土工程程测试技技术对式中pw的计算应应考虑无无地下水水和有地地下水两两种条件件，见静静水压力力计算示示意图7－7。（1）无地下下水时,pw＝(h0＋z)γw（2）有地下下水时,pw＝(h0＋hw)γwh0——测管水面面离孔口口的高度度；z——地面至旁旁压器中中腔中点点的距离离；hw——地下水位位离孔口口的距离离；γw——水的密度度，g／cm3。图7－7静水压力力计算示示意图河南城建建学院岩土工程程测试技技术2．测管水水位下降降值（或或体积））校正公式如下下：S＝Sm－α(pm十pw)V＝Vm－α(pm十pw)S、V——校正后的的测管水水位下降降值（体体积）；；Sm、Vm——实测测管管水位下下降值（（体积））；α——仪器综合合变形校校正系数数，由综综合校正正曲线查查得，cm/kPa；其他符号号同前。。河南城建建学院岩土工程程测试技技术二、旁压压曲线的的绘制1．旁压曲曲线参数数绘制修正正后的压压力p和测管水水位下降降值S曲线。国国外常用用P—V曲线代替替P一S曲线，，V为测管管内水水的体体积变变化量量。由由P一S曲线经经换算算后绘绘P—V曲线。。换算公公式为为：V＝ASV——换算后后的体体积变变形量量，cm3；A——测管内内截面面积，，cm；S——测管水水位下下降值值，cm。河南城城建学学院岩土工工程测测试技技术2．旁压压曲线线绘制制步骤骤(1)定坐标标：在在直角角坐标标系中中，以以S(cm)为纵坐坐标，，p为横坐坐标，，比例例可以以根据据试验验数据据的大大小自自行选选定。。(2)根据校正后后各级压力力p和对应的测测管水位下下降值S，分别将其其确定在选选定的坐标标上，然后后先连直线线段并两端端延长，与与纵轴相交交的截距即即为S0；再用曲线线板连曲线线部分，定定出曲线与与直线段的的切点，此此点为直线线段的终点点。由此可绘制制预钻式旁旁压曲线P一V曲线，见图图7－8。河南城建学学院岩土工程测测试技术图7－8p－V旁压曲线图中蠕变曲曲线为p－△V60～30，其中△V60～30为该压力下经经60s与30s的体积差。河南城建学院院岩土工程测试试技术3．曲线分析P－V曲线可分为三三段：①段——首曲线段为初初步阶段；②段——似弹性阶段，，压力与体积积变化量大致致成直线关系系；③段——尾曲线段处于于塑性阶段，，随压力的增增大，体积变变化量迅速增增加。河南城建学院院岩土工程测试试技术PV0P0PfPLABCD典型的旁压曲曲线河南城建学院院岩土工程测试试技术三、特征压力力值的确定1．原位水平土土压力（初始始压力）p0原位水平土压压力p0值：直线段延延长与纵轴相相交于V0（或S0），与V0（或S0）对应的压力力为p0。2．临塑压力pf两种方法确定定：（1）直线段的终终点所对应的的压力为pf。（2）按按各各级级压压力力下下30～60s的体体积积增增量量△△S60～30或30～120s的体体积积增增量量△△S120～30与压压力力p的关关系系曲曲线线辅辅助助分分析析确确定定，，如如图图7－9所示示。。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术图7－9p－S旁压压曲曲线线河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术3．极极限限压压力力pl（1）手手工工外外推推法法凭眼眼力力将将曲曲线线用用曲曲线线板板加加以以延延伸伸且且与与实实测测曲曲线线光光滑滑自自然然地地连连接接，，取取S＝2S0＋SC所对对应应的的压压力力为为极极限限压压力力pl。（2）倒倒数数曲曲线线法法把临临塑塑压压力力pf以后后曲曲线线部部分分各各点点的的水水位位下下降降值值S取倒倒数数1／S与S所对对应应的的压压力力p作p－(1／S)关系系曲曲线线，，此此曲曲线线为为一一近近似似直直线线。。在在直直线线上上取取1／(2S0＋SC)所对对应应的的压压力力为为极极限限压压力力pl。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术第六六节节试试验验成成果果分分析析及及工工程程应应用用一、、试试验验成成果果分分析析1．土土的的强强度度参参数数分分析析（1）粘粘性性土土的的不不排排水水抗抗剪剪强强度度1）当当孔孔壁壁压压力力达达到到土土体体临临塑塑压压力力pf时，，孔孔壁壁土土体体开开始始进进入入塑塑性性状状态态，，此此时时不不排排水水抗抗剪剪强强度度参参数数cu由下式式获得得：cu＝pf－p02）当孔孔壁压压力达达到土土体极极限压压力pl时，旁旁压腔腔周围围土体体已形形成一一个塑塑性区区，塑塑性区区外围围为弹弹性区区，cu由下式式确定定：p*———土的静静极限限压力力，p*＝pl－p0；G——剪切模模量。。河南城城建学学院岩土工工程测测试技技术3）当孔孔壁压压力界界于临临塑压压力和和极限限压力力之间间时，，由下下式确确定：：式中，△V＝V－V0（2）砂土的有有效内摩擦擦角在砂土中进进行旁压试试验属于排排水条件，，由于砂土土的变形涉涉及到剪胀胀与剪缩问问题，目前前还没有方方法能够比比较精确的的评价砂土土的有效内内摩擦角，，沿用Menard（1970）提出的经经验公式：：河南城建学学院岩土工程测测试技术2．土的变形形参数分析析（1）旁压模量量Em可按原理式式计算旁压压模量和旁旁压剪切模模量。或采采用下式：：（2）压缩模量量Es，变形模量量E0由地区经验验确定：如如铁路工程程地基土旁旁压试验与与荷载试验验对比，得得出以下估估算地基土土变形模量量的经验关关系式。变形模量：：黄土：E