更新时间：2022-08-25 19:19
预钻式旁压试验实质上是一种利用钻孔做的原位横向载荷试验,它是利用可侧向膨胀的旁压器对钻孔壁施加横向均匀应力使孔壁土体发生径向变形直至破坏,利用量测装置测出施加的压力与相应的土体变形值,然后绘出应力 -应变关系曲线,按照理论公式或有关的经验方法来确定地基土的承载力特征值 ,压缩模量等有关设计参数。
影响因素
1 概况
旁压试验是地质勘察中的一种原位测试方法,它包括预钻式旁压试验、自钻式旁压试验和压入式旁压试验。目前国内以预钻式为主, 预钻式旁压试验实质上是一种利用钻孔做的原位横向载荷试验,它是利用可侧向膨胀的旁压器对钻孔壁施加横向均匀应力使孔壁土体发生径向变形直至破坏,利用量测装置测出施加的压力与相应的土体变形值,然后绘出应力-应变关系曲线,按照理论公式或有关的经验方法来确定地基土的承载力特征值,压缩模量等有关设计参数。
其试验基本原理如下:旁压试验可理想化为无限弹性介质中的圆柱状孔穴径向扩张模型,为轴对称平面应变问题。根据弹性理论,可以推导出土的旁压模量。假设似弹性阶段中土处于弹性状态,由轴对称平面应变理论,可推出旁压模量的公式如下:Em=2(1 +μ)[Vc+(V0+Vf)/2] P/ V式中:Em———旁压模量;μ———泊松;Pf———屈服压力;P0———初始水平应力;Vf——— Pf对应的V值;V0——— P0对应的V值;Vc———旁压器量测腔初始固有体积;ΔP/ΔV———V旁压曲线直线段的斜率。由理论公式,可以计算出压缩模量及地基承载力特征值等基础设计参数。根据旁压试验曲线的特征值,得出地基土承载力特征值公式为:临塑荷载法:fak=Pf-P0极限荷载法:fak=PL-P0/ Fs式中:fak———地基承载力特征值, 单位为kPa;Fs ———安全系数,根据地区经验一般取2～3。一般土宜采用临塑荷载法;对旁压试验曲线过临塑压力后急剧变陡的土,宜采用极限荷载法。
旁试验理论上采用完善的弹性及弹塑性理论,其试验设备轻便,操作简易,测试迅速,可在不同深度进行试验,而且不受地下水的限制。与室内试验相比,旁压试验涉及的试样范围大得多,而且扰动不大。但在工程实践上,由于对试验中的一些影响因素认识不够,试验结果偏差较大,甚至造成试验数据严重失误。
2旁压试验分析
在正常情况下,旁压试验所得压力与变形关系,它可以满足确定各种特征值的需要。分析一下a 线,当P 值较小时,旁压膜变形值已很大, 即在试验初始阶段施加压力,土体变形迅速。说明土体在试验前已被破坏,且土体较软。在孔隙比较大、含水量高的粘性土中,若试验孔无泥浆护壁,则会导致缩孔严重,使孔内试验区周围土体产生严重扰动,形成一定厚度的扰动圈。此时得到的旁压曲线类同于a 线。初始阶段V 值迅速变大,导致在确定初始水平应力为P0时,P 所对应的V0值变大;曲线末端渐近线趋势不明显, 因而无法确定极限压力PL。分析原因为试验孔孔径偏大,加荷初期旁压器末接触到土体,旁压膜末受到周围土体的压力,变形迅速;同时致使在旁压膜变形范围内,土体未能被破坏,故无法得到极限压力PL。在V值为0 时,已对应有一个P 值,且未形成正常曲线的恢复区,分析原因为试验孔孔径偏小, 在试验开始以前,孔内土体已经受到了挤压,旁压曲线往往类同于d 线。
以上分析的只是旁压试验中几种较常见的失真曲线,而在实际工作中,影响旁压试验的因素是多种多样的,因而失真的曲线也是各种各样的。认真分析失真的曲线, 找出影响旁压试验的主要原因,是控制实验的质量的关键。
3主要影响因素分析与控制
综合分析试验曲线失真的原因, 进行分类论证,得出影响旁压试验的主要因素为试验成孔质量问题,其次是加荷等级问题、旁压膜的约束力问题以及试验前的注水排气问题。要保证试验质量, 必须控制住这几个方面的主要因素。
3 .1 试验成孔
成孔质量是预钻式旁压试验成败的关键,试验孔质量的优劣直接关系到旁压试验的结果,不合格的试验孔可导致试验的失败。旁压试验的目的, 就是在原位量测非扰动土的力学性质。由于旁压器有效长径比大于4 ,故认为属无限长圆柱扩张轴对称平面应变问题。理想的试验孔应是圆柱状,而且孔壁要光滑平顺。
因此,要控制试验孔的质量,首先要保证土体不受扰动或少受扰动这一技术要求。其次,还要保证试验孔孔壁光滑平顺, 与旁压器匹配合理。目前,国内使用的各种旁压器的变形范围都有一定的限度,试验孔孔径过大,将达不到试验求取极限压力的需要;孔径过小,旁压器下放时会使土体产生扰动,二者都是不合理的。如果试验孔不能达到满足上述两个技术要求,便会使旁压曲线反常失真,无法应用。为保证成孔质量,要注意:
(1)壁垂直、光滑、呈规则圆形, 尽可能减少对孔壁的扰动;
(2)软弱土层(易发生缩孔、塌孔)用泥浆护壁;钻孔孔径应略大于旁压器外径, 一般宜大2～8mm 。控制试验孔的质量,使土体不受扰动或少受扰动,在成孔时必须缓慢进行,钻速应严格控制在0.25 m/min 左右,尽量减少土体的扰动 ;控制试验孔的质量,确保试验孔不塌不缩孔,必须采用泥浆护壁。泥浆最好采用膨润土混合而成,每 100 kg 水加入20 ～ 40 kg 膨润土(对砂土采用上限)。这两条是控制试验孔质量的关键。
3 .2 加荷等级控制
加荷等级的选择是重要的技术问题,其大小影响测试点的多少和试验成果精度。在试验中,选定合适的加荷等级是十分关键和重要的。长期实践证明,在不同类型的地基土中, 加荷等级是不一致的。通常,国内的常规加荷等级采用预期临塑压力的1/5 ～ 1/7 。在加荷初始阶段, 旁压膜的变形较小,故加荷等级宜尽量小。经过多次对比试验, 在加荷初始阶段,加荷等级采用预期临塑压力的1/7 ,所得到的试验曲线的精度和指标的准确率 ,要比常规的加荷等级的精确提高一倍以上。
3 .3 约束力控制
随着旁压膜的膨胀,克服橡胶膜的约束力需要消耗一定的压力,致使施加于土的实际力小于压力表显示的压力值,故压力必须进行校正。常规标定中,一般只对新膜和放置或使用了一段时间后(6～8次试验后)的膜进行。实际上,新膜经过第一次标定后的试验阶段, 旁压膜的变形较快。经过3 ～4 次试验后,旁压膜的变形值就变大了,这时就应再次进行标定。另外在从试验孔内取出旁压器的过程中,由于孔壁阻力的影响,有时会出现膜拉翻下面的箍的现象(通常称作“翻箍”),此时也应对旁压膜进行重新标定。另外,温度对旁压膜的影响较大,当温度大于30℃时, 可将旁压膜置于25 ℃左右的水中,静置5 ～10 min ,然后再进行标定。以上3 种情况,在实际工作中容易被忽视。因此,除常规标定项目外, 经过3～4次试验后的膜、试验时“翻箍”和温度影响为旁压膜标定的关键控制点。
3 .4 注水排气
在试验前要严格按要求进行旁压系统的注水排气工作,确保排除旁压器和管路中滞留的气体。少量残留气体的存在,将会引起加荷不稳、变形异常。另外水位的调零、注水时调压阀进水等都可能造成一定的误差,尤其在软土中影响较大。
4 结语
在试验准备工作中,严格按照仪器使用说明书的要求及规范中规定的操作步骤,尽能减少人为误差。在旁压试验过程中,把握以上几个方面的主要影响因素并实施控制,使整个试验过程完全处于受控状态。定期检查分析,发现问题及时确定补救方法,确保旁压试验的真实性、准确性, 将会大大提高试验的技术质量和水平,进而提高工程建设的投资效益。