- 文献综述(或调研报告):
基于旁压试验的浅基础设计工程应用的文献综述
旁压试验的发展历程
1.旁压仪的起源
1930年左右,德国工程师寇克娄发明一种装置,该装置是将一个长气囊置于两个金属圆盘之间,然后将气囊放入土体中,通过打使气囊膨胀,向预先成孔的孔壁施压,并测量打入气囊的气体数量,以期得到土的原位应力分布情况。由于该装置的结构特征缺陷等因素,导致对试验结果的解释非常困难。如果把旁压仪定义为是一种通过弹性膜向土体孔壁施加横向压力(液压或气压)的装置的话,则寇克楼的这种装置可以认为是旁压仪的雏形或史上第一台旁压仪。1954年,法国土木工程专业学生梅纳经过近三年时间的研制和试验,于1957年由梅纳公司生产了三腔式旁压仪,由于其成果应用效果良好,在法国为顾问工程师们所应用。该旁压仪与寇克娄提出的装置最大不同的是:梅纳旁压仪所使用的探头是将弹性膜套固定在一个刚性圆筒体上,并将膜体分隔成三个腔室,中间的腔室称之为测量腔,上、下腔室称之为护腔这种结构使得三个腔体受压后,中间测量腔的膨胀近似于仅有径向膨胀,被测土体接近于平面应变的变形状态模式。另外,向探头测量腔注入的是水而不是气体,如此,在试验任何阶段只需测量出注入腔体的水量即可。这大大简化了旁压试验机理和成果的解释工作。当时的法国中央道桥试验所应用该设备在后续几年的时间内进行了几万次的旁压试验及对比验证,对旁压试验的应用范围、试验步骤规范化及试验成果的分析、应用作了大量的工作,开始了旁压试验的应用篇章。
2.旁压仪的类型
2.1旁压仪基本上由加压稳压装置、变形测量系统和旁压器(旁压探头)三部分构成。加压稳压通由高压储气瓶、精密调压阀、压力表及管路等组成。变形测量系统由不锈钢储水筒、目测管、位移和压力传感器、显示记录仪、精密压力表、同轴导压管及阀门等组成。旁压器是旁压试验的主要部件,整体呈圆柱形状,内部为中空的优质铜管,外层为特殊的弹性膜。旁压器从结构上区分有三腔式和单腔式两种,根据旁压器的结构和置入土体中的方式不同,从应用功能上区分又可分为预钻式、自钻式和压入式三种旁压仪。
2.2预钻式旁压仪
预钻式旁压仪(Pressermeter)通常简称为PM,用该种仪器进行的试验称为预钻式旁压试验,通常称之为旁压试验(Pressermeter),也有叫为横压试验,简称PMT。在前面未加“自钻”两字时,习惯上系指预钻式旁压仪和预钻式旁压试验。预钻式旁压仪设备中的探头是在一个中空的圆柱刚性筒外层上装有弹性膜,并使刚性筒体与弹性膜套之间组成一个可向外扩张的密闭空间,即旁压器测量腔。当向该腔注入带有压力的液体(水或油)后,测量腔膨胀传递压力至土壁进行旁压试验。用这种结构形式的旁压探头进行试验,需用钻机或其它方式预先成孔,然后再将探头放至试验位置进行。在岩土工程勘察中,通过预钻式旁压试验的应力一应变曲线,确定初始压力、临塑压力、极限压力,可获得旁压模量等旁压试验特征值,评定地基土承载力。预钻式旁压仪的结构、操作等较之为简单、适应地层广泛、对比验证及试验成果的应用较为成熟,是目前最为常用的旁压设备。
2.3自钻式旁压仪自钻式旁压仪(Self-boring Pressermeter)的特征是:在其旁压的底端部安装有切削器,在地面通过液压动力传输管路或回旋钻杆带动切削器转动切削土体,所切削的土屑用泥浆带回地面,从而把钻孔工序与旁压探头放置到试验位置合并成一道工序。自钻式旁压仪及试验的最大特殊意义是在于很大程度上消除了预钻式旁压试验时的成孔质量不稳定的问题,使被测土体能更接近于不受扰动和没有释放应力的原始状态,从而使其试验成果更为精确可靠。自钻式旁压试验除了可得到预钻式旁压试验的特征值外,还可测求土的原位水平应力、静止侧压力系数、不排水抗剪强度等参数。但由于自钻式旁压仪的结构较为复杂,操作难度大且使用成本较高等因素,所以在国内应用的较少。
2.4压入式旁压仪压入式旁压仪是用静力将旁压探头压入土中后再进行试验的设备,其旁压探头有圆锥式和圆筒式(开缝管式)两种。这种试验方式在旁压探头被压入过程中对周围土壁有着较大的挤压效应,从而对试验成果造成的影响不易估算,因此这种方式几乎不用。
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