GB/T 50123-2019土工旁压试验

48    旁 压 试 验

48.1 一 般 规 定

48.1.1        土样为原位的黏性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、极软 岩或软岩。

48.1.2        本试验方法为预钻式旁压试验。

48.2  仪 器 设 备

48.2.1     旁压仪由旁压器、加压稳定装置和变形测量装置及导管 等部分组成，其结构框图见图48.2.1。

        图48.2.1  旁压仪结构图

1—安全阀；2—水箱；3—水箱加压；4—注水阀；5—注水管2;6-注水管1;7一中腔注水； 8一排水阀；9一旁压器；10—上腔；11— 中腔；12-下腔；13—导水管；14—导压管；

15-导压管4;16一量管；17—调零阀；18一测压阀；19—600kPa压力表；20—辅管； 21一低压表阀；22一调压器；23—手动加压阀；24—2500kPa压力表；25—贮气罐；

26一手动加压；27—1600kPa压力表；28一氮气加压阀；29—2500kPa压力表； 30-减压阀；31—25000kPa压力表；32—氰气源阀；33—高压氮气源；34--辅管阀 

48.2.2      本试验所用的仪器设备应符合下列规定：

1   旁压器：为圆柱形骨架，外套有密封的弹性膜。预钻式一 般分上、中、下三腔。中腔为测试腔，上、下腔为辅助腔。上、下腔 用金属管连通，而与中腔严密隔离。自钻式一般为单腔，旁压器中 央为导水管，用以疏导地下水，以利于将旁压器放到测试位置。在弹性膜外按需要可加装一层可扩张的金属保护套(铠装保护)。其 规格应符合表48.2.2的要求。

表48.2.2 旁压仪规格

2    加压稳压装置：压力源为高压氮气或人工打气，并附有加压 稳定调节阀和压力表。其量程和最大允许误差应符合表48.2.2的 要求。

3  变形量测装置： 一般由体变管或液位仪及辅管组成，其量 程和最大允许误差应符合表48.2.2的要求。也可采用横向变形传感器直接测出径向变形。其技术条件应符合现行国家标准《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件》GB/T 15406 的规定。

4    导管：为尼龙软管，连接旁压器中腔与体变管相通，连接 上、下腔与辅管相通。

5    自钻式旁压仪的自钻钻头、钻头转速、钻进速率、刃口距离、泥浆压力和流量等应符合有关规定。

48.3  操 作 步 骤

48.3.1      试验前平整试验场地，根据土的分类和状态选择适宜的钻 头开孔。要求孔壁垂直、呈完整的圆形，尽可能减少孔壁土体扰动。

48.3.2      钻孔时，若遇松散砂层和软土地层时，须用泥浆护壁钻 进。钻孔孔径应略大于旁压器外径2mm～10mm。

48.3.3      试验点布置原则：必须保证旁压器上、中、下三腔都在同 一土层中，试验点垂直间距不宜小于1m。 试验孔与已有钻孔的水 平距离不宜小于1m, 取完土样或做过标贯试验的部位不得进行旁压试验。

48.3.4      试验前在水箱内注满蒸馏水或无杂质的冷开水，打开水箱安全盖。

48.3.5      检查并接通管路，把旁压器的注水管和导压管的快速接 头对号插入。

48.3.6      把旁压器竖立于地面，打开水箱至量管、辅管各管阀门， 使水从水箱分别注入旁压器各个腔室，并返回到量管和辅管。在此过程中需不停地拍打尼龙管并摇晃旁压器，以便尽量排除旁压  器和管路中滞留的气泡。为了加速注水和排除气泡，亦可向水箱稍加压力。当量管和辅管水位升到刻度零或稍高于零，即可终止注水，关闭注水阀和中腔注水阀。

48.3.7       调零。把旁压器垂直提高，直到使中腔的中点与量管零 位相平，打开调零阀，并密切注意水位的变化，当水位下降到零时， 立即关闭调零阀、量管阀和辅管阀，然后放下旁压器。

48.3.8      将旁压器放入钻孔中预定的试验深度，其深度以中腔中 点为准。打开量管阀和辅管阀施加压力。

48.3.9      用高压氮气源加压时，接上氮气加压装置导管(手动加压 装置则应关闭),把减压阀按逆时针方向拧到最松位置，打开气源 阀，按顺时针方向调节减压阀，使高压降低到比所需最高试验压力大100kPa～200kPa, 然后缓慢地按顺时针方向调节高压阀并调到所需的试验压力。

48.3.10      手动加压时，先接上打气筒，关闭氮气加压阀，打开手动加压阀，用打气筒向贮气罐加压，使贮气罐内的压力增加到比所用 最高试验压力大100kPa～200kPa 以上。然后按顺时针方向缓慢旋转调节阀调到所需的试验压力。

48.3.11    加压等级一般为预计极限压力的1/7～1/5,初始加荷等级可取小值，也可参照表48.3.11选用。必要时可做卸荷再加荷试验，测定再加荷旁压模量。

表48.3.11 试验加压等级(kPa)

48.3.12      各级压力下的相对稳定时间标准为1min 或3min。 相对稳定时间标准为1min 时，加荷后15s、30s、60s测读变形量；相对稳定时间标准为3min 时，加荷后60s、120s、180s测读变形量。

48.3.13      当测量腔的扩张体积相当于量测腔的固有体积时，或试验压力达到仪器的容许最大压力时，应立即终止试验。

48.3.14      试验结束后，采取以下方法使弹性膜恢复原状：

1   试验深度小于2m 时，把调压阀按逆时针方向拧到最松位置，即与大气相通，利用弹性膜的约束力回水至量管和辅管，当水位接近零时，即可关闭量管阀和辅管阀；

2    试验深度大于2m 时，打开水箱安全盖，再打开注水阀和中腔注水阀，利用试验压力使旁压器回水至水箱；

3    当需排净旁压器内的水时，可打开排水阀和中腔注水阀，利用试验压力排净旁压器内的水；

4 也可引用真空泵吸回水。

48.3.15  终止试验消压后，必须等2min～3min  后才能取出旁压器，并仔细检查、擦洗、装箱。

48.3.16  当需进行下一试验点时，重复本标准第48.3.1条～第48.3.15条。

48.4  计算、制图和记录

48.4.1  校正压力应按下式计算：

p_x=p_m+p_w-p_i                (48.4.1)

式中：p_x—— 校正后的单位压力(kPa);

p_m——压力表读数(kPa);

p_w—— 静水压力(kPa);

p_i —— 弹性膜约束力(kPa), 查弹性膜约束力校正曲线确定。

48.4.2  校正变形量应按下列公式计算：

V=H_xA           (48.4.2-1)

H_x=H_m-a(p_m+p_w)        (48.4.2-2)

式中：V—— 校正后的体变量(cm³);

H_x—— 校正后的量管水位下降值(cm);

A—— 量水管截面积(cm²);

H_m—— 量水管水位下降值(cm);

a—— 仪器综合变形校正系数(cm/kPa)。

48.4.3  以校正后的体变 V 为纵坐标，校正后的压力 p 为横坐 标，绘制 p-V  曲线(图48.4.3)。也可绘制压力和量管水位变化曲 线。作图比例：纵坐标以1cm代表体积变量100cm³; 横坐标为单位压力 p 值，以1cm代表100kPa。或根据具体情况选择比例标准。图幅尺寸要求宜为10cm×10cm。

图48.4.3 旁压曲线

1一旁压曲线：2一蠕变曲线

48.4.4       在绘制的 p-V  曲线上，确定三个压力特征值：p₀ 、p_f、p_l

1     将旁压曲线直线段延长与纵坐标相交，交点为 V₀,由 V₀作与 p 轴平行线相交于曲线的一点，其对应的压力为原位水平土 压力p₀值 ；

2   取旁压曲线直线段的终点，即曲线与直线段的第2个切点 所对应的压力为临塑压力 p_f值 ；

3    曲线过临塑压力后，趋向于与纵轴平行的渐近线时，其对 应的压力为极限压力 p₁ 值，当从 p-V 曲线上不能直接求出极限压 力p₁ 值时，可用曲线外推方法至最大体积增量值V₁=V_c+2V₀,V_c为旁压器中腔初始体积，V₀为孔穴体积与初始体积的差值),取对应 V₁的压力为极限压力 p_l。 或用倒数曲线法求取。

48.4.5       可从三个压力特征值确定承载力的基本值 f_0k。

1    临塑压力法：

f_0k = p_f -p₀                    (48.4.5-1)

2    极限压力法：

f=(p₁-p₀)/F_a                (48.4.5-2)

式中：p₀——原位水平单位土压力(kPa);

 F_a—— 安全系数。

48.4.6 不排水抗剪强度应按下式计算：

C_u=  p_f -p₀                (48.4.6)

48.4.7  侧压力系数应按下式估算：

       (48.4.7)

式中：z——旁压器中心点至地面的土柱高度(m);

γ——土的容重(kN/m³)。

48.4.8 旁压模量应按下式计算：

             (48.4.8) 

式中：E_m—— 由旁压试验确定的模量，称为旁压模量(kPa);

μ——泊松比；

V_c—  旁压器(中腔)初始体积(cm³);

V_m——平均体积增量(取旁压试验曲线直线段两点间压力 所对应的体积之和的一半)(cm³);

△p——旁压试验曲线上直线变形段的压力增量(kPa); △V——相应于△p 的体积变化增量(cm³)。

48.4.9  旁压试验的记录格式应符合本标准附录D 表 D.82  的规定。