预钻式旁压试验在工程勘察中的应用研究

陈冬发

广西大汉岩土工程有限责任公司 541002

摘要：预钻式旁压试验获取的岩土体力学参数受试验设备类型、试验方法、土性及资料整理方法等影响。本文对如何获得高质量的试验钻孔、试验用孔的质量对旁压试验曲线质量的影响等关键问题展开研究，研究结果表明：在旁压试验过程中，要特别重视对原始数据进行弹性膜约束力修正；可以用试验孔直径与旁压探头直径之比评价测定的旁压曲线质量。

关键词：工程勘察；预钻式旁压试验；旁压曲线

1 引言

一般来讲，岩土工程设计所需土的工程特性参数基本上是通过室内试验得到的，然而，室内试验的试样小且受到一定程度的扰动，因此导致参数的不确定性，特别是土的应力应变特性^[1]。作为一种降低不确定性的方法，原位测量土体的应力应变特性得到应用和推广，为此目的开展的原位试验包括：载荷试验、钻孔剪切试验、扁铲侧胀试验、十字板剪切试验及旁压试验。以前的试验表明，钻孔剪切试验和十字板剪切试验可以获得土的强度参数(黏聚力和内摩擦角)；然而，它们无法获得土的变形参数。扁铲侧胀试验可以得到土体在微小变形情况下的变形和强度特性参数，但需要建立其与土的特性参数的多种经验关系。旁压试验可以得到原位土体在较大应变范围的应力应变特性曲线，它为岩土工程师提供了一个破坏参数和一个变形参数^[2-3]。单一的旁压试验可以同时解决地基承载力问题和地基变形问题，不需要先确定土的基本参数(抗剪强度参数或压缩模量)，然后利用承载力公式或固结沉降或弹性沉降公式进行地基承载力和变形的计算。另外，与深层载荷试验相比，旁压试验的设备易于实施和操作。

本文主要针对当前国内旁压试验所使用的试验设备及试验过程中所依据的国家规范、行业标准及手册等，利用现场实测获得的第一手测试数据及现场资料，通过对如何准备高质量的试验孔、旁压试验每级加载稳定时间、仪器综合变形率定试验中加载分级、旁压试验资料整理过程中曲线的作图方法、旁压模量的计算公式及相关问题展开讨论。

2 预钻式旁压试验工程实例

本次勘察采用法国APAGEO 公司生产的PRESSUREMETER 旁压仪，适用于孔壁能保持稳定的黏性土、砂土、碎石土、残积土、风化岩和软岩。进行旁压试验的钻孔应确保成孔质量，试验前应对仪器进行标定。钻进时宜采用泥浆护壁，防止孔壁坍塌，保证钻孔垂直度、孔壁光滑。钻进到预定土层和深度时应立即开始试验，以免缩孔和塌孔。场区地层如下：

（1）人工填土（Q^ml）①₁：由碎石、砖块、胶结矿渣及松散黏性土等组成，天然呈松散、稍湿状态。厚度约0.5-1.5m。

（2）粉土（Q₄^al）②₁：黄褐色，含氧化铁结核及灰色斑块，顶部含0.4m厚黑褐色粉质黏土，天然呈可塑、饱和状态。厚度约3.0-27.0m。

（3）黏土（Q₄^al+pl）②₂：在深度33.60-38.90m为黄褐色，含氧化铁、赤色颗粒及灰色土条文，在深度38.90-39.20m为为黄灰色，含氧化铁、灰色图大斑块，在深度39.20-41.80m为棕色，含氧化铁。

3 旁压仪率定试验

对旁压试验试验点试验压力和体积膨胀量的原始数据应进行弹性膜约束力修正和仪器综合变形修正。图1为旁压试验试验点原始试验数据及其对应的弹性膜约束力率定和仪器综合变形率定曲线，以及旁压试验原始试验数据经仅弹性膜约束力修正、仅仪器综合变形修正和全修正(弹性膜约束力修正和仪器综合变形修正)曲线。图1中试验点、弹性膜约束力率定和仪器综合变形率定旁压试验每级加载的稳定时间均为2min，仪器综合变形率定加载按每级100kPa加载，加至700kPa旁压曲线线性段有5个压力等级的数据终止试验。率定管为钢管，内径为61.8mm(旁压探头的直径为58mm)，厚度为2.1mm。

从图1可以看出，原始试验数据经过弹性膜约束力修正和仪器综合变形修正的全修正与仅弹性膜约束力修正的值相差很小；原始试验数据与仅仪器综合变形修正的值相差很小。表明弹性膜约束力修正对旁压试验原始数据的修正影响较大，仪器综合变形修正对旁压试验原始数据的修正影响较小。因此，在旁压试验过程中，要特别重视对原始数据进行弹性膜约束力修正。

图1 旁压试验原始数据的修正

4 试验用孔的质量对旁压试验曲线质量的影响

图2为不同深度试验点的旁压试验曲线，试验点处的土性为粉砂，试验时地下水位埋深为2.9～3.4m，试验点最大深度为34.8m。试验探头直径(D_s)为58mm，探头半径(Rs)为29mm，测量腔长度(L_s)为20cm，测量腔固有体积(Vs)为535cm³。采用钻探机械回转钻进成孔，泥浆护壁。采用硬质合金钻头，钻头直径(D_b)为62mm(D_b=1.069D_s)。试验用孔的直径(Dw)没有实际量测，这里将试验加载膨胀过程中探头测量腔范围孔的体积变化转化为孔的半径变化，作p

(压力)–R(半径)旁压曲线，曲线直线段延长线与纵轴(半径R轴)的交点作为孔的半径(Rw)孔的直径(D_w)即为2R_w。从图1中可以看出，试验点深度h=34.8m处，Dw=1.07Ds，旁压曲线质量较高；试验点深度h=19.0m处，D_w=1.21D_s，旁压曲线质量较差；因此，可以采用D_w/D_s对旁压曲线的质量进行评价。

图2 不同深度试验点的旁压试验曲线

5 结论

通过对对旁压试验用孔的准备、试验用孔的质量对旁压试验曲线质量的影响等进行讨论，获得如下结论与建议。

（1）弹性膜约束力修正对旁压试验原始数据的修正影响较大，仪器综合变形修正对旁压试验原始数据的修正影响较小。因此，在旁压试验过程中，要特别重视对原始数据进行弹性膜约束力修正。

（2）旁压试验试验用孔质量好坏，直接影响试验结果，可以采用D_w/D_s对旁压曲线的质量进行评价。

参考文献：

[1]张军.成孔质量对预钻式旁压试验结果的影响[J].山西建筑,2015,41(29):63–64.

[2]康巨人,刘明辉.旁压试验在强风化花岗岩中的应用[J].工程勘察,2010,1(S1):932–937.

[3]唐晓玲,袁永洪,刘宗祥.旁压试验在炭质软岩强度和变形参数测试中的应用[J].四川地质学报,2014,34(1):109–112.