旁压试验等体积增加测试方法研究：王福高敬赵艳良等 ５３ 文章编号：１６７２—７４７９（２０１１）０６—００５３—０３ 旁压试验等体积增加测试方法研究 王 福 高 敬 赵艳良 陈志英 （１．铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津３００２５１；２．河北省水利水电勘测设计研究院，天津３００２５１） Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｑｕａｌ Ｖｏｌｕｍｅ Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ＰＭＴ Ｗａｎｇ Ｆｕ Ｇａｏ Ｊｉｎｇ Ｚｈａｏ Ｙａｎｌｉａｎｇ Ｃｈｅｎ Ｚｈｉｙｉｎｇ。 摘要针对美国ＡＳＴＭ标准中关于旁压试验测试方法的规定，分析了国内外旁压试验测试方法 的差异性。通过对国内通用ＰＹ一４型进行设备改进和操作调整，实现了ＡＳＴＭ标准中的等体积增加测 试。通过与传统试验方法的对比，初步分析了该方法的优点。 关键词 旁压试验ＡＳＴＭ标准 等体积增量测试方法文献标识码：Ｂ ＰＹ一４型旁压仪 中图分类号：ＴＵ４１３．４ １ 概述 德国工程师１９３０年发明了第一台旁压仪，由于当 时材料科学的制约（半刚性塑料和人造橡胶尚未发 明），在旁压试验技术上遇到了很多问题。１９５５年，法 上述旁压设备均能实现旁压测试的初衷，即原位 横向载荷试验，但在旁压仪结构和测试方法方面存在 差异。ＡＳＴＭ标准在美国标准体系中充当了国内规范 的作用，它是由美国材料试验协会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）发布的基础性标准和要求。 在ＡＳＴＭ Ｄ４７１９—０７中，对预钻式旁压试验测试方法 做出了明确规定，即：Ａ．等压力增加法（以下均简称Ａ 方法），Ｂ．等体积增加法（以下均简称Ｂ方法）。通过 国道桥工程师梅纳（Ｍ６ｎａｒｄ）制造了三腔式旁压仪的 初型，后来发展为今天在国际上广为使用的法国梅纳 旁压仪。我国于二十世纪六七十年代仿制旁压仪，并 取得了成功，后来发展为国内普遍采用的ＰＹ型和较 新的ＰＭ型旁压仪 。ＰＹ型旁压仪因其结构简单、 操作方便在国内使用较广。 收稿日期：２０１１—１Ｏ—ｌ２ 对比研究，国内现行旁压试验规程中，普遍采用的是压 力控制的测试方法，其实质与ＡＳＴＭ中规定的方法Ａ 相同。对于ＡＳＴＭ中规定的Ｂ测试方法，在国内生产 和研究中均未见提及。出现上述现象一方面的原因是 第一作者简介：王福（１９７３一），男，２００８年毕业于哈尔滨铁道职业技 术学院土木工程专业，工程师。 国内通用的旁压仪受设备结构的影响，不易实现等体 积增加测试；另一方面的原因是国内同行对该测试方 社．１９９５ 较大的指标进行评估。 多层次模糊决策模型不仅适用于软土地基加固设 计的方案选择，而且还可以将其扩展到其他方面的工 程项目中去，诸如铁路选线、工程设计方案优选、工程 投标决策等。 参社，２００５ ［３］ 贺仲雄．模糊数学及其应用［Ｍ］．天津：天津科学出版社，１９８４ ［４］李国和，刘远峰，崔维孝．高标准铁路软土地基处理方法适宜性探 讨［Ｊ］．路基工程，２００２，￣ｏ４（５）：５４—６０ ［５］赵焕臣，许树柏，和金生．层次分析法［Ｍ］．北京：科学出版 社，１９８６ 考文献 Ｅ６］ 龙许友，魏庆朝，赵金顺．基于神经网络和灰色系统理论的新建铁 ［１］ 林宗元．岩土工程治理手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版 ［２］ 吴邦颖，张师德等．软土地基处理［Ｍ］．北京：中国铁道出版 路基本走向智能决策支持系统研究［Ｊ］．铁道勘察，２００６（４）： 】２一】５ ５４ 铁道勘察 ２０１１年第６期 法的优点尚未充分认识。基于以上认识，笔者对旁压 试验等体积增加测试方法进行了一些思考和探索，并 以解决。 通过设备改进和操作调整在国产ＰＹ一４型旁压仪上实 现了该测试方法。最后，对旁压测试成果进行了分析。 ３ 国产ＰＹ一４型旁压仪的设备改进及操作 调整 国产旁压仪在二十世纪六七十年代仿制完成后， ２ ＡＳＴＭ标准中关于Ｂ方法的规定 在ＡＳＴＭ Ｄ４７１９—０７中详细阐述了预钻式旁压试 验的试验方法、仪器设备、试验程序、数据整理与计算、 试验报告等相关内容，其中在试验方法上特别区分了 等压力增加和等体积增加两种试验方法。在６．３条 中，对Ｂ方法的仪器设备规定如下：使旁压探头增加 等量体积，并通过液压装置测读旁压探头的压力变化； 在９．５条中，对Ｂ方法的试验程序做出规定：等量增加 旁压探头的体积，增量体积为大气压力作用下探头初 始膨胀体积的０．０５到０．１倍。 参考相关文献，笔者找到了实现Ｂ方法的管路示 意（见图１）。 压力 图１ 旁压试验Ｂ方法管路示意 分析ＡＳＴＭ中Ｂ方法的规定及管路图，不难发现， 该方法的工作原理是利用定量注水装置，使旁压探头 增加体积，进而使孑Ｌ壁土体发生变形；通过探头内的压 力传感器记录压力变化，进而计算出作用在土体上的 压力值。对比后发现，方法Ａ是在不变压力下，记录 体积随时间变化情况，一定程度反应测试土体蠕变特 性；而方法Ｂ是在不变体积下，记录压力变化情况，一 定程度反应测试土体松弛特性。 上述方法明显区别于国内旁压测试方法，在 ＡＳＴＭ中提出来，其优点在于何处？能否在国产常用 ＰＹ型旁压仪上实现？第一个问题，经过简单分析后发 现，该方法的首要优点就是不必在旁压试验前预估临 塑压力或极限压力 Ｊ，这一点对在不同地区、不同深 度土层开展旁压测试工作非常有益，对形成标准化的 旁压试验方法提供了基础。另一个优点是可以使孑Ｌ穴 体积增大，保持恒定的速率，使排水条件可控，这对于 进行旁压试验机理分析和对比室内试验成果有积极意 义。第二个问题，笔者通过一定的设备改进和操作得 一直沿用至今，其管路示意如图２所示。 水箱沣７Ｋ 氮气加压 图２国产ＰＹ一４型旁压仪改进后管路示意 其工作原理是通过水箱注水，使旁压探头充水，调 节地上测量管水柱至０刻度，达到管路内水体体积恒 定；采用高压氮气瓶组合调压阀的方法加压，保持输入 端压力稳定。试验过程中，调节调压阀，使得作用在测 量管液面上的压力等量增加。通过计算测试点到地上 测试设备的静水压力和旁压膜膨胀一定体积下的约束 力，进而可得到作用在土体上的真实压力。通过计算 旁压仪的综合变形系数，求出特定压力下仪器的变形 体积，进而得到作用土体的真实体积膨胀量。 对比Ｂ方法的测试要求，在ＰＹ一４型旁压仪上进 行改进：首先，在水箱注水管路上加设三通压力表，具 体位置在注水阀和旁压仪器之间的地上管路部位。在 关闭注水阀后，通过压力表和管路内的静水压力，可以 得到旁压探头测量腔内的压力值，达到图１中压力传 感器相同的作用。然后，对加压操作进行调整。缓慢 调节调压阀，使测量管内水柱缓慢下降至需要体积，迅 速关闭测量管下方的测量管阀门，实现图１中定量注 水的效果。至此，通过以上设备改进和操作调整，使得 在ＰＹ一４型旁压仪上进行Ｂ方法测试得以实现。 ４对比分析 为了测试设备改进后的效果，同时对两种测试方 法的测试成果进行比较，在某工地，开展了旁压试验Ｂ 方法测试和对比试验工作。设计旁压试验孔２个， ２孔相距２ Ｉｎ。其中一孔采用国内规程规定测试方法， 即ＡＳＴＭ标准中Ａ方法；另一孔采用Ｂ方法进行。两 试验孔分别在规定的相同深度做对比试验，共计完成 对比试验２４组（如图３、图４所示）。 旁压试验等体积增加测试方法研究：王∞加∞鲫∞加加Ｏ 福高敬赵艳良等 ５５ ｍ吕 皿凹１ 司 皿皿１ 酱 渣 皿圊ｌ 当 故 蠼 压力Ｐ／ＭＰａ 压力Ｐ／ＭＰａ 图３旁压试验２２ ＩＴＩ处Ａ方法试验曲线 图４旁压试验２２ ｍ处Ｂ方法试验曲线 取两孔上部２２ ｉｎ深度内土层两种测试方法得到 的成果数据进行对比分析。在不考虑钻机成孑Ｌ质量、 人为操作等因素的影响下，可发现如下规律：Ｂ方法相 对常规测试方法（Ａ方法）得到的压力界限值偏小，而 旁压剪切模量偏大（如表１所示）。 表１旁压试验Ａ方法和Ｂ方法成果对比分析 ５ 结论 （１）国内规程中规定的旁压试验测试方法和 ＡＳＴＭ中规定的等压力增加测试方法相同，是在不变 与测试过程中稳定时间、旁压膜材料特性等因素有关， 尚待进一步分析研究。 参考文献 ［１］Ｂａｇｕｅｌｉｎ．Ｆ，等著．卢世深，等译．旁压仪和基础工程（Ｔｈｅ Ｐｅｒｓｓｕｒｅｍｅｔｅｒ ａｎｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）［Ｍ］．北京：人民交通出 版社，１９８４：２２—３４ 压力下，记录体积随时间变化情况，一定程度反应测试 土体蠕变特性；而ＡＳＴＭ中规定的等体积增加测试方 法是在不变体积下，记录压力变化情况，一定程度反应 测试土体松弛特性。 （２）通过进行设备改进和操作调整，在国产ＰＹ一 ［２］孟高头．土体原位测试机理方法及其工程应用［Ｍ］．北京：地质出 版社，１９９７：１６１—１９５ ［３］ 徐超，石振明，高彦斌，等．岩土工程原位测试［Ｍ］．上海：同济 大学出版社，２００８：９１—１０１ ４型旁压仪上实现了ＡＳＴＭ标准中规定旁压试验等体 积增加测试方法。 ［４］铁道部．ＴＢ１００４１－－２００３铁路工程地质原位测试规程［ｓ］．北 京：中国铁道出版社，２００３：３４—５７ （３）旁压试验Ｂ方法的优势在于：不必在旁压试 验前预估临塑压力或极限压力；可以使孔穴增大体积 保持恒定的速率，使排水条件可控。 （４）对两种测试方法得到的成果数据进行初步分 析后发现，Ｂ方法相对常规测试方法（Ａ方法）得到的 ［５］铁道部．ＪＧＪ６９－－９０ ＰＹ型预钻式旁压试验规程［ｓ］．北京：中国 建筑工业出版社，１９９１：４—１４ ［６］铁道部．ＳＬ２３７－－１９９９土工试验规程［ｓ］．北京：中国水利水电出 版社，１９９９：３７７—３８７ ［７］顾国荣，陈２Ｏ一３０ 晖．旁压试验成果应用［Ｊ］．上海地质，１９９６（４）： 压力界限值偏小，而旁压剪切模量偏大。其原因可能 ［８］ 陈岑，赵俭斌，陈殿强．预钻式旁压试验加压等级的分析与控制 ［Ｊ］．工程勘察，２０１０（２）：２５—２９