岩土工程勘察4.7-旁压试验.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,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,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,仪器名称,型号,厂家,配置,价格,(,万元,),特点,梅纳旁压仪,G-AM,法国,APAGEO,比较烦琐,不详细列举,.,主要包括,:,读数仪,(,主机,),探头,压力源,(,氮气瓶,),连接管路,.(,数据采集,分析,打印,),选配,.,16,使用广泛,知名度高,性能稳定,.,功能齐全,.,压力能达到,10MPa,但最进该厂家提供仪器质量有所下降,.,钻孔旁压仪,ELASTMETER-2,日本,OYO,读数仪,探头,手动压力泵,.,连接管路,标定筒和工具箱,.,自动采集和数据分析,(,选配,),40,试验压力大,(,做岩石,),能达到,20MPa,可以随钻测量和预钻测量,性能超稳定,完全适应恶劣环境,.,孔径范围大,钻孔旁压仪,LLT TYPE-M,日本,OYO,同上,.,40,压力范围小,2.5MPa,使用于软土,.,个人感觉实用性不大,国产完全可以取代,.,同,ELASTER-2,使用液压源,钻孔旁压仪,TEXAM,加拿大,ROCTEST,压力表和压力源油罐,探头,管路,工具包和防冻液,19,仪器配件齐全,设计新颖,更为轻便,完全水压,.,自钻式旁压仪,Mark VIIId 3,臂式,英国,cambridge,包括自钻旁压组件,钻进设备和用于回旋钻进的附件,.,226(,包括厂家调试和培训,),适用于软土,沙土等成孔质量不佳的旁压试验,.,旁压仪,PY-3,江苏省溧阳县仪器厂,/,温州也有一家,但不知道厂家名,配置同梅纳旁压仪差不多,但是配件很多,.,备用件也很多,.,6,数字显示,自动记录,价格便宜,但是压力只能做到,5MPa,而且做不了深孔试验,.,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,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,E,M,和旁压剪切模量,G,M,。,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。,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，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35,cm,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,=0.002,P,(kPa),S,(cm),P,m,(kPa),P,t,=,P,m,+,P,w,P,i,P,S,m,(3min),S,i,=(,P,m,+,P,w,),S,0,0,0.0,P,w,13,8,5,0.2,0.026,0.174,25,38,31,7,1.8,0.076,1.724,50,63,44,19,4.1,0.126,3.974,75,88,5,2,36,5.8,0.,176,5.624,100,113,57,56,7.0,0.226,6.774,.,.,.,.,.,.,.,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1/8,1/12,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、3,min,慢速法：5、10,min,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，,P,f,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,