48    旁 壓 試 驗

48.1 一 般 規(guī) 定

48.1.1        土樣為原位的黏性土、粉土、砂土、碎石土、殘積土、極軟 巖或軟巖。

48.1.2        本試驗方法為預(yù)鉆式旁壓試驗。

48.2  儀 器 設(shè) 備

48.2.1     旁壓儀由旁壓器、加壓穩(wěn)定裝置和變形測量裝置及導(dǎo)管 等部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖見圖48.2.1。

        圖48.2.1  旁壓儀結(jié)構(gòu)圖

1—安全閥；2—水箱；3—水箱加壓；4—注水閥；5—注水管2;6-注水管1;7一中腔注水； 8一排水閥；9一旁壓器；10—上腔；11— 中腔；12-下腔；13—導(dǎo)水管；14—導(dǎo)壓管；

15-導(dǎo)壓管4;16一量管；17—調(diào)零閥；18一測壓閥；19—600kPa壓力表；20—輔管； 21一低壓表閥；22一調(diào)壓器；23—手動加壓閥；24—2500kPa壓力表；25—貯氣罐；

26一手動加壓；27—1600kPa壓力表；28一氮氣加壓閥；29—2500kPa壓力表； 30-減壓閥；31—25000kPa壓力表；32—氰氣源閥；33—高壓氮氣源；34--輔管閥 

48.2.2      本試驗所用的儀器設(shè)備應(yīng)符合下列規(guī)定：

1   旁壓器：為圓柱形骨架，外套有密封的彈性膜。預(yù)鉆式一 般分上、中、下三腔。中腔為測試腔，上、下腔為輔助腔。上、下腔 用金屬管連通，而與中腔嚴(yán)密隔離。自鉆式一般為單腔，旁壓器中 央為導(dǎo)水管，用以疏導(dǎo)地下水，以利于將旁壓器放到測試位置。在彈性膜外按需要可加裝一層可擴張的金屬保護套(鎧裝保護)。其 規(guī)格應(yīng)符合表48.2.2的要求。

表48.2.2 旁壓儀規(guī)格

2    加壓穩(wěn)壓裝置：壓力源為高壓氮氣或人工打氣，并附有加壓 穩(wěn)定調(diào)節(jié)閥和壓力表。其量程和最大允許誤差應(yīng)符合表48.2.2的 要求。

3  變形量測裝置： 一般由體變管或液位儀及輔管組成，其量 程和最大允許誤差應(yīng)符合表48.2.2的要求。也可采用橫向變形傳感器直接測出徑向變形。其技術(shù)條件應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程儀器基本參數(shù)及通用技術(shù)條件》GB/T 15406 的規(guī)定。

4    導(dǎo)管：為尼龍軟管，連接旁壓器中腔與體變管相通，連接 上、下腔與輔管相通。

5    自鉆式旁壓儀的自鉆鉆頭、鉆頭轉(zhuǎn)速、鉆進速率、刃口距離、泥漿壓力和流量等應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。

48.3  操 作 步 驟

48.3.1      試驗前平整試驗場地，根據(jù)土的分類和狀態(tài)選擇適宜的鉆 頭開孔。要求孔壁垂直、呈完整的圓形，盡可能減少孔壁土體擾動。

48.3.2      鉆孔時，若遇松散砂層和軟土地層時，須用泥漿護壁鉆 進。鉆孔孔徑應(yīng)略大于旁壓器外徑2mm～10mm。

48.3.3      試驗點布置原則：必須保證旁壓器上、中、下三腔都在同 一土層中，試驗點垂直間距不宜小于1m。 試驗孔與已有鉆孔的水 平距離不宜小于1m, 取完土樣或做過標(biāo)貫試驗的部位不得進行旁壓試驗。

48.3.4      試驗前在水箱內(nèi)注滿蒸餾水或無雜質(zhì)的冷開水，打開水箱安全蓋。

48.3.5      檢查并接通管路，把旁壓器的注水管和導(dǎo)壓管的快速接 頭對號插入。

48.3.6      把旁壓器豎立于地面，打開水箱至量管、輔管各管閥門， 使水從水箱分別注入旁壓器各個腔室，并返回到量管和輔管。在此過程中需不停地拍打尼龍管并搖晃旁壓器，以便盡量排除旁壓  器和管路中滯留的氣泡。為了加速注水和排除氣泡，亦可向水箱稍加壓力。當(dāng)量管和輔管水位升到刻度零或稍高于零，即可終止注水，關(guān)閉注水閥和中腔注水閥。

48.3.7       調(diào)零。把旁壓器垂直提高，直到使中腔的中點與量管零 位相平，打開調(diào)零閥，并密切注意水位的變化，當(dāng)水位下降到零時， 立即關(guān)閉調(diào)零閥、量管閥和輔管閥，然后放下旁壓器。

48.3.8      將旁壓器放入鉆孔中預(yù)定的試驗深度，其深度以中腔中 點為準(zhǔn)。打開量管閥和輔管閥施加壓力。

48.3.9      用高壓氮氣源加壓時，接上氮氣加壓裝置導(dǎo)管(手動加壓 裝置則應(yīng)關(guān)閉),把減壓閥按逆時針方向擰到最松位置，打開氣源 閥，按順時針方向調(diào)節(jié)減壓閥，使高壓降低到比所需最高試驗壓力大100kPa～200kPa, 然后緩慢地按順時針方向調(diào)節(jié)高壓閥并調(diào)到所需的試驗壓力。

48.3.10      手動加壓時，先接上打氣筒，關(guān)閉氮氣加壓閥，打開手動加壓閥，用打氣筒向貯氣罐加壓，使貯氣罐內(nèi)的壓力增加到比所用 最高試驗壓力大100kPa～200kPa 以上。然后按順時針方向緩慢旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥調(diào)到所需的試驗壓力。

48.3.11    加壓等級一般為預(yù)計極限壓力的1/7～1/5,初始加荷等級可取小值，也可參照表48.3.11選用。必要時可做卸荷再加荷試驗，測定再加荷旁壓模量。

表48.3.11 試驗加壓等級(kPa)

48.3.12      各級壓力下的相對穩(wěn)定時間標(biāo)準(zhǔn)為1min 或3min。 相對穩(wěn)定時間標(biāo)準(zhǔn)為1min 時，加荷后15s、30s、60s測讀變形量；相對穩(wěn)定時間標(biāo)準(zhǔn)為3min 時，加荷后60s、120s、180s測讀變形量。

48.3.13      當(dāng)測量腔的擴張體積相當(dāng)于量測腔的固有體積時，或試驗壓力達到儀器的容許最大壓力時，應(yīng)立即終止試驗。

48.3.14      試驗結(jié)束后，采取以下方法使彈性膜恢復(fù)原狀：

1   試驗深度小于2m 時，把調(diào)壓閥按逆時針方向擰到最松位置，即與大氣相通，利用彈性膜的約束力回水至量管和輔管，當(dāng)水位接近零時，即可關(guān)閉量管閥和輔管閥；

2    試驗深度大于2m 時，打開水箱安全蓋，再打開注水閥和中腔注水閥，利用試驗壓力使旁壓器回水至水箱；

3    當(dāng)需排凈旁壓器內(nèi)的水時，可打開排水閥和中腔注水閥，利用試驗壓力排凈旁壓器內(nèi)的水；

4 也可引用真空泵吸回水。

48.3.15  終止試驗消壓后，必須等2min～3min  后才能取出旁壓器，并仔細(xì)檢查、擦洗、裝箱。

48.3.16  當(dāng)需進行下一試驗點時，重復(fù)本標(biāo)準(zhǔn)第48.3.1條～第48.3.15條。

48.4  計算、制圖和記錄

48.4.1  校正壓力應(yīng)按下式計算：

p_x=p_m+p_w-p_i                (48.4.1)

式中：p_x—— 校正后的單位壓力(kPa);

p_m——壓力表讀數(shù)(kPa);

p_w—— 靜水壓力(kPa);

p_i —— 彈性膜約束力(kPa), 查彈性膜約束力校正曲線確定。

48.4.2  校正變形量應(yīng)按下列公式計算：

V=H_xA           (48.4.2-1)

H_x=H_m-a(p_m+p_w)        (48.4.2-2)

式中：V—— 校正后的體變量(cm3);

H_x—— 校正后的量管水位下降值(cm);

A—— 量水管截面積(cm2);

H_m—— 量水管水位下降值(cm);

a—— 儀器綜合變形校正系數(shù)(cm/kPa)。

48.4.3  以校正后的體變 V 為縱坐標(biāo)，校正后的壓力 p 為橫坐 標(biāo)，繪制 p-V  曲線(圖48.4.3)。也可繪制壓力和量管水位變化曲 線。作圖比例：縱坐標(biāo)以1cm代表體積變量100cm3; 橫坐標(biāo)為單位壓力 p 值，以1cm代表100kPa?；蚋鶕?jù)具體情況選擇比例標(biāo)準(zhǔn)。圖幅尺寸要求宜為10cm×10cm。

圖48.4.3 旁壓曲線

1一旁壓曲線：2一蠕變曲線

48.4.4       在繪制的 p-V  曲線上，確定三個壓力特征值：p₀ 、p_f、p_l

1     將旁壓曲線直線段延長與縱坐標(biāo)相交，交點為 V₀,由 V₀作與 p 軸平行線相交于曲線的一點，其對應(yīng)的壓力為原位水平土 壓力p₀值 ；

2   取旁壓曲線直線段的終點，即曲線與直線段的第2個切點 所對應(yīng)的壓力為臨塑壓力 p_f值 ；

3    曲線過臨塑壓力后，趨向于與縱軸平行的漸近線時，其對 應(yīng)的壓力為極限壓力 p? 值，當(dāng)從 p-V 曲線上不能直接求出極限壓 力p? 值時，可用曲線外推方法至最大體積增量值V₁=V_c+2V₀,V_c為旁壓器中腔初始體積，V₀為孔穴體積與初始體積的差值),取對應(yīng) V₁的壓力為極限壓力 p_l。 或用倒數(shù)曲線法求取。

48.4.5       可從三個壓力特征值確定承載力的基本值 f_0k。

1    臨塑壓力法：

f_0k = p_f -p₀                    (48.4.5-1)

2    極限壓力法：

f=(p?-p₀)/F_a                (48.4.5-2)

式中：p₀——原位水平單位土壓力(kPa);

 F_a—— 安全系數(shù)。

48.4.6 不排水抗剪強度應(yīng)按下式計算：

C_u=  p_f -p₀                (48.4.6)

48.4.7  側(cè)壓力系數(shù)應(yīng)按下式估算：

       (48.4.7)

式中：z——旁壓器中心點至地面的土柱高度(m);

γ——土的容重(kN/m3)。

48.4.8 旁壓模量應(yīng)按下式計算：

             (48.4.8) 

式中：E_m—— 由旁壓試驗確定的模量，稱為旁壓模量(kPa);

μ——泊松比；

V_c—  旁壓器(中腔)初始體積(cm3);

V_m——平均體積增量(取旁壓試驗曲線直線段兩點間壓力 所對應(yīng)的體積之和的一半)(cm3);

△p——旁壓試驗曲線上直線變形段的壓力增量(kPa); △V——相應(yīng)于△p 的體積變化增量(cm3)。

48.4.9  旁壓試驗的記錄格式應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)附錄D 表 D.82  的規(guī)定。