旁壓試驗是將圓柱形的旁壓器豎直地放入土中， 利用旁壓器的擴張， 對周圍土體施加均勻壓力， 測量徑向壓力和變形的關係， 即可求得地基土在水平方向的應力應變關係。按將旁壓器設定土中的方式不同， 旁壓儀分為預鑽式、自鑽式和壓入式三種。預鑽式旁壓試驗應保證成孔質量， 鑽孔直徑與旁壓器直徑應良好配合， 防止孔壁坍塌。自鑽式旁壓試驗的自鑽鑽頭、鑽頭轉速、鑽進速率、刃口距離、泥漿壓力和流量等應符合有關規定。
基本介紹
- 中文名：旁壓試驗
- 外文名：Pressuremeter Test
- 簡稱：PMT
- 別稱：橫壓試驗
- 發明人：寇克婁
- 學科：土木工程
類型,原理,設備,作用,
類型
旁壓試驗按旁壓器放置在土層中的方式分為：預鑽式旁壓試驗、自鑽式旁壓試驗和壓入式旁壓試驗。
預鑽式旁壓試驗是事先在土層中鑽探成孔，再將旁壓器放置到孔內試驗深度進行試驗，其結果很大程度上取決於成孔質量，一般用於成孔質量較好的地基土中。
自鑽式旁壓試驗(簡稱SBPMT)是在旁壓器下端裝置切削鑽頭和環形刃具，以靜壓力壓入土中，同時，用鑽頭將進入刃具的土切碎，並用循環泥漿將碎土帶到地面，到預定深度後進行試驗。
壓入式旁壓試驗又分為圓錐壓人式和圓筒壓入式兩種，都是用靜力將旁壓器壓入到指定深度進行試驗，但在壓人過程中對土有擠土效應，對試驗結果有一定的影響。
原理
旁壓試驗原理是通過向圓柱形旁壓器內分級充氣加壓，在豎直的孔內使旁壓膜側向膨脹，並由該膜(或護套)將壓力傳遞給周圍土體，使土體產生變形直至破壞，從而得到壓力與擴張體積(或徑向位移)之間的關係。根據這種關係對地基土的承載力(強度)、變形性質等進行評價。
旁壓試驗可理想化為圓柱孔穴擴張課題，屬於軸對稱平面應變問題。典型的旁壓曲線(壓力p-體積變化量V曲線或壓力p一用測管水位下降值S曲線)如圖1所示，可劃分為三段：
圖1 典型的旁壓曲線
圖1 典型的旁壓曲線Ⅰ段(曲線AB)：初始階段，反映孔壁受擾動后土的壓縮與恢復。
Ⅱ段(直線BC)：似彈性階段，此階段內壓力與體積變化量(測管水位下降值)大致成直線關係。
Ⅲ段(曲線CD)：塑性階段，隨著壓力的增大，體積變化量(測管水位下降值)逐漸增加，最後急劇增大，直至達到破壞。
旁壓曲線I段與Ⅱ段之間的界限壓力相當於初始水平壓力p0，Ⅱ段與Ⅲ段之間的界限壓力相當於臨塑壓力pf，Ⅲ段末尾漸近線的壓力為極限壓力p1。
進行旁壓試驗測試時。由加壓裝置通過增壓缸的面積變換，將較低的氣壓轉換為較高壓力的水壓,並通過高壓導管傳至試驗深度處的旁壓器，使彈性膜側向膨脹導致鑽孔孔壁受壓而產生相應的側向變形。其變形量可由增壓缸的活塞位移值S確定，壓力P由與增壓缸相連的壓力感測器測得。根據所測結果，得到壓力P和位移值S(或換算為旁壓腔的體積變形量V)間的關係，即旁壓曲線。根據旁壓曲線可以得到試驗深度處地基土層的初始壓力、臨塑壓力、極限壓力，以及旁壓模量等有關土力學指標。
設備
旁壓試驗所需的儀器設備主要由旁壓器、變形測量系統和加壓穩壓裝置等部分組成。
1．旁壓器
旁壓器又稱旁壓儀，是旁壓試驗的主要部件，整體呈圓柱形，為三腔式圓柱形骨架，外套彈性膜。分上、中、下三腔，中腔為測試腔，連線地上液體管路部分；上下為輔助腔，連線地上氣體管路部分。旁壓器下入試驗位置，加壓後上下輔助腔迅速膨脹貼緊鑽孔側壁，用於固定旁壓器，並使之保持豎直狀態；中部測試腔按試驗要求在不同氮氣壓力下，隨注入其中的液體而變形。
2．變形測量系統。主要有水位測管和導壓管組成。水位測管為有機玻璃材質，內截面積11.75 cm2，其主要功能是顯示旁壓器的體積變化。水位測管兩側分別設定了S、△V、△R三個標尺刻度。S為標準長度，最小刻度1 mm，表示由於旁壓器變形，引起水位測管液面下降值；△V為體積增量，表示由於旁壓器變形，引起水位測管內液體體積變化值；△R為半徑增量，表示旁壓器變形根據測試段長度換算得到的旁壓器半徑增量。
3．加壓穩定裝置。主要由氮氣源、調壓閥、壓力表組成。氮氣源為高壓氮氣，其最低壓力值，宜大於試驗預估最大壓力1～2 MPa；當氮氣源壓力過大時，為保護試驗設備和人員安全，建議配置減壓閥後連線旁壓儀。調壓閥為壓力精密調節裝置，可以在輸入穩定壓力後，調節輸出壓力從0到最大值，該部分是旁壓試驗的主要控制部分。為方便讀數，配置大小量程兩塊壓力表．小量程壓力表範圍為0～1 MPa，當試驗壓力大於1 MPa時，關閉小量程壓力表下方閥門，使用大量程壓力表讀數，後者的範圍是0～4 MPa。
作用
通過對旁壓試驗成果，並結合地區經驗，可用於以下岩土工程目的：
(1)測求地基土的臨塑荷載和極限荷載強度，從而估算地基土的承載力；
(2)測求地基土的變形模量，從而估算沉降量；
(3)估算樁基承載力；
(4)計算土的側向基床係數；
(5)根據自鑽式旁壓試驗的旁壓曲線推求地基土的原位水平應力、靜止側壓力係數。
旁壓試驗在最近的幾十年來在國內外岩土工程實踐中得到迅速發展並逐漸成熟，其試驗方法簡單、靈活、準確。適用於黏性土、粉土、砂土、碎石土、殘積土、極軟岩和軟岩等地層的測試。
