自钻式旁压仪及其改进.pdf

第 2 0卷第 4期 2 0 0 6年 8月 土 工 基 础 S o i l En g ． a n d F o u n d a t i o n Vb 1 ． 2 0 NO． 4 Au g． 2 0 0 6 自钻式 旁压仪及 其改进 黄兴鹊 欧美大地仪器设备中国有限公 司 ， 北京 1 0 0 0 6 2 摘要 总结 了 自钻 式旁压仪的发展历程及其改进 ， 从 而揭示 了 自钻式旁压仪的多种应用场合 。 关键词 自钻式 旁压 仪 ， 原位应力 ， K o系数 中图分类号 TU4 1 3 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 4 3 1 5 2 2 0 0 6 0 4 0 1 0 6 0 2 1 自钻式旁压试验 S B P 的起源 所有 的旁压仪探头都是 圆柱状的， 中部是膨胀 腔 ， 当给它 施加 压力 之后 ， 其膨 胀 量是 可 以被监测 到 的 ， 因而可 获得土 性参 数 。 图 1 旁压仪探头 第一套商用旁压仪是法 国 L o u i s Me n a r d开发 出来的预钻式旁 压仪 ， 膨胀腔用水充填。从泵入的 水 量 获得膨 胀腔 的膨 胀量 。它 曾经 是而 且现 在仍 然 是 经 常沿用 的办 法 一法 国在这 方 面积 累 了各 种土 层 的丰 富的经 验数 据 。 旁压试验 的概 念在这很久之前就 已经提 出来 了 ， 俄 罗斯 常常 声称 是他们 真 正发 明 的这一 方法 。 自 钻 式 旁 压 仪 S B P 即 S e l f - b o r i n g P r e s s u r e me t e n的缩 写 是 近来 发 展 起 来 的 ， 迄 今 不 过 才 3 0的历史 。 两 位 剑 桥 的 研 究 员 P e t e r W r o t h 和 J o h n Hu g h e s ， 成 功 开发 出一 套 装 置 ， 它 可 以 自行 钻 入 地 层 并测量 地 层应 力 。不久 之 后 ， 又 给这 种 荷 重 传 感 器式的仪器增加了膨胀腔体 ， 取名为“ 剑桥 K o测试 收稿 日期 2 0 0 6 0 5 0 5 仪” ， 简称 C a mKo me t e r 。由此就形成了我们今天所 使用 的 S B P系统 。 2 自钻式旁压仪 系统构成 自钻式旁压仪整套系统由三个基本部分组成 液压 活塞 、 钻机 和 水 泵 。该 系 统 由一个 小 型 发 电 机 给液压 泵提 供 动力 ， 然 后 由液 压 泵 驱 动旁 压 仪 的 三 个 基 本部分 而进 行 工作 。 切削系统是 自钻式旁压仪 的重要组成之一。早 期 的切削 刀具 即钻 头 ， 安装 在锋 利 的管靴 中心 ， 由 钻 杆驱 动其 旋 转 。循 环 水 由水 泵 沿 着 钻 杆 内泵入 ， 冲刷 ， 并从钻杆与套管之间将岩土屑带到地表 。与 此 同时 ， 钻 头也 就 随 着 进 尺 而被 压 入 地 层 。现 在 有 各 种各 样 的钻头 ， 使 用 时根据 地层类 别 进行选 择 。 这种方 法也 可 以利用 常规 的回转钻 机实 现 。用 一 个特 殊 的钻杆 适 配 器 ， 将 旋转 与 下压 两种 运 动 分 离 ， 也 可 以用一个 自容式 系统 来完 成运 动分离 。 3 自钻式旁压试 验仪的改进 根 据旁 压试 验 的测试 数据 可绘 出压 力与径 向膨 胀 的关系曲线 ， 水平轴表示径向膨胀 ， 垂直轴表示压 力 。在这条 曲线 上 ， 可 以清楚 得到压 力 拐点 。 从 开 始 产生 径 向膨 胀 处 的压力 ， 可 以测 到 原 位 应 力 这 在 以前认 为是 不 可能 的 。但 早 期 的仪 器 只 有 三 只应变 传感 器 ， 沿 着 膨 胀 截 面 中 心呈 1 2 0度 角 分 布 ， 除非 常软 的粘 土之外 ， 它 们各 自显 示 出不 同的 压 力拐 点 。这 种 现 象 促 使 人 们 不 得 不 思 考 这 个 问 题 ， 认 为可 能反 映 了地 层 的各 向异 性 。进 一 步 讨论 认为 ， 导致压力拐点差异的因素存在两种可能性 一 维普资讯 第 4 期 黄兴鹊 自钻式旁压仪及其改进 1 O 7 是各向异性 ， 一是钻进不垂直 。如果探头不是垂直 的 ， 那 么压力 会在 一侧 升 高 ， 而在 另 一侧则 较低 。 那 么如何 解 决这个 问题 呢 答案 是用 六 只传感 器。通过下图六条实测 曲线 ， 其压力拐点的差异反 映得 十分清楚 。 翟 l 6Ar m S BP l HEAT HROW T ERM I NAL 3 l H l T3 l- 1 3 50m BG L l】Feb 99 ； ． ． 。 ． ． ． ． ．LO D9 CL AY 。 ． ． R a d i a l Di s p l a c e me n t mm 图 2 多传 感器 探 头 的压 力位 移 曲 线 4典型地层试验 曲线 Ar m l Ar m 2 Ar m 3 Ar m 4 Ar m 5 Ar m 6 1 粘 土在破 坏 之 后 ， 曲线 非 常 平缓 ， 在 曲线 的 开始段 ， 它是 直线 上升 的 图 3 。 Ra d i a l Di s p l a c e me n t mm 图 3粘土的压力位移 曲线 2 在 密 实 砂 层 中 ， 压 力 一 直 呈 增 长 趋 势 图 4 。 这个试 验是 在“ 岩体模 式 ” 下完 成 的 。其试 模 和 护套 比较厚 ， 因此 ， 探 头外 部直 径并 不再 与原来 严格 一 致 ， 而且要使用直径稍大一点的靴刃以减少摩擦 。 其结果是 在一个很紧凑的空间里 ， 我们做 了一个预 钻式旁压试验 ， 而没有测到压力拐点 。 曼 兰 j 5 小 结 Ra d i a l Di s p l a c e me n t mm 图 5软 岩 的 压 力 位 移 曲线 自钻式旁压试验是原位试验方法的一种 ， 它基 本 保持 岩土 天然 结构 以及 原位 应力 状态 。与 预钻 式 旁压试验相 比， 它最大 限度地减少 了对岩土体的扰 动 ； 与室内试验相 比， 其测试结果 更加可靠； 而且该 试 验是 在大 体积 岩 土体 之 中进 行 的 ， 所 获 得 的 参数 更 加真 实 。 因此 ， 对 一些 具有 重要影 响的工 程 ， 对 一些 难点 的工程 ， 使用 S B P方法来 解决一些 复杂的问题 ； 它 甚 至还 可能是 我们 希望 得 到某些 结果 的 唯一可 能 的 试验 方法 。 参 考 文 献 [ 1 ] 林宗元等． 岩土工程试验监测手册 ， 中国建筑工业出版社， 2 0 0 5 [ 2 ] P r o d u c t s C a t a l o g ，C a mb r i d g e I n s i t u L t d ． ，2 0 0 5 The S e l f - b o r i n g Pr e s s u r e me t e r a n d I t s I mpr o v e me nt H UANG Xi ng q ue Ea r t h Pr o d u c t s Ch i n a Lt d ，Be i j i n g 1 0 0 0 6 2，Ch i n a Ab s t r a c t Th e d e v e l op me nt a n d i t s impr ov e me n t a r e s u mma riz e d i n t h i s pa pe r ，a nd t he a p p l i c a t i o ns a r e r e v i e we d he r e ． Ke y wo r ds S e l b or i n g p r e s s u r e me t e r ，i n - s i t u s t r e s s，Ko 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 7 6 5 4 3 2 ∞ I 1 ∞ 薹 占I 暑 ∞ ∞ 0 J 1 ∞ 辩黜 黜 。 。 ∞ 0 J n ∞ ∞ 0 J d o 工 维普资讯