西霞院水利枢纽工程电站厂房地基，工程地质特性极其复杂，为上第三系N1地层，成岩时间短，强度低，相变大，埋藏于深厚覆盖层之下。为了对该地层的工程地质特性进行全面地分析评价，系统地探讨岩土体力学特性及工程地质参数选取，拟定采用旁压试验原位测试技术方法进行地质勘探 YYW70k:
1 仪器结构及工作原理 V0i$"|F+ E
选用的旁压仪是由江苏省溧阳市仪器厂生产的PY-3型预钻式旁压仪。该仪器主要由旁压器、水箱和加压稳压装置(配置为高压氮气瓶)三个部分组成，其中旁压器是旁压仪的主要部件，为三腔式圆柱形骨架结构，分上、中、下三腔，中腔为测试腔，上下腔相互构通但于中腔隔离，为辅助腔。中央有导水管，用来排泄地下水，使旁压器能顺利的置于测试深度。套上保护膜可以起到保护弹性膜避免较锐利物割伤的作用。见图1。 [C X?Tt
图1旁压仪结构示意图 A!yLwkc:5
该仪器技术指标及规格见表1。 F2'cL @E3
该仪器利用氮气加压装置所加的气压直接传到测管水面，产生水压和气压传至旁压器三个腔(中腔是水压、上下腔是气压)，促使弹性膜受压膨胀，导致孔壁土体受压产生相应变形，其变形量由测管水位下降值测得，压力值由压力表读出。根据所测结果绘制压力和测管水位下降值关系曲线，即旁压曲线。根据曲线可确定地基土的容许承载力标准值和计算变形模量、压缩模量等力学指标，因此，旁压试验实质上是钻孔载荷试验。 zX `RN )C
2 成孔要点及方法 wgr O W]e
旁压试验对成孔技术，主要有2个方面的要求：(1)钻孔直径要和旁压探头直径匹配合理，PY-3型旁压仪要求的钻孔直径范围为φ52～φ58mm；(2)试验钻孔应钻好即做，钻孔孔壁要尽量不受干扰，试验段必须在同一土层，不得跨越两个或两个以上土层。 gQ#T7
第(1)条要求主要用于保证旁压仪测管中的水进入探头弹性膜中是用来进行土体应力变形，而不是填补探头与孔壁之间的孔隙。由于测管水量有限，如果大量水进入探头用来填补探头与孔壁之间的孔隙，为完成试验，绘得完整曲线，就难免弹性膜因膨胀过度而破裂。第(2)条要求的主要目的是为了使测试结果可靠和实用。钻孔结束后，尽快将探头插入土中进行试验可以限制孔壁因应力释放所产生的膨胀，同时也减少了孔壁坍塌的可能性。当试验段跨越两个或两个以上土层不但资料难以应用，而且当上下两层土的软弱相差很大时，会造成弹性膜的破裂。 f4}6 $>)
由于西霞院试验地层是具有一定强度的软岩，且最大试验点深度较大(达到15m)，而该仪器配套的人力手钻只适用于在较浅的土层中(主要是8 m以上)成孔，所以我们采用了机钻成孔的方法(使用的是XY-2钻机)。考虑到实际地层强度较大(相对土层而言)和钻孔直径的要求，我们自制了简易φ55mm “合金钻头”。该钻头制法是：在φ50mm钻杆上破四个口，然后镶嵌合金，用游标卡尺控制，使之外径为55mm，达到该仪器钻孔要求直径范围。又由于地质上要求上部15m(除开孔的卵石薄层外)每隔1m做一段旁压试验，15米以下还要求取芯，且要求取芯直径不小于75 mm，所以钻机配用该钻头每次钻进1m后就立即下入旁压器做试验，试验做完后，再下入φ75合金钻扫到小孔孔底(是为了达到地质上取芯观察的目的，当然取出的是环状岩心)，然后再下入φ55mm合金钻钻进下一段，如此反复，直至15 m后，再用φ75合金钻进直至终孔。钻进旁压孔的过程中，为保证钻孔直径不过大和使钻孔孔壁不受过大扰动，我们采用了“低速慢转”的方法。 12dW:#[
3 仪器校正 i]p G}S J
验之前应进行弹性膜约束力校正和仪器综合变形值的校正。 ypo=y/!
弹性膜约束力校正的目的在于确定在某一体积增量时消耗于弹性膜本身的压力值。为了使绘得的弹性膜校正曲线精确、完整，我们采用了前9级每级10kPa,后4级每级15kPa，总共13级加压的方法，测试压力值见表2。 &Sa~Wtm |*
弹性膜破裂后，更换新的弹性膜后应重新进行校正试验，绘出新的弹性膜约束力校正曲线图见图2，以适应新的试验的压力校正。实际试验中，我们就曾用破一个弹性膜，更换后进行了新的校正。 F9r*ZyNlx
仪器综合变形值校正的目的则是在于确定测管中的液体在到达探头的主腔以前的体积损失值。我们进行了8级每级100 kPa的加压方法，见表3、图3。 ^MV%\0o
从图上可以看出该曲线后半段呈线性变化,计算出来的综合变形系数α=△S/△P=0.001cm/kPa。 ] i2\2MTW8
实际试验中只要增减高压导水管都应进行新的仪器综合变形校正。 p>3 '77
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4 现场试验及资料整理 |3ETF|)?
根据地质上的提议，实际试验中我们加压的次序是：0～400 kPa每50 kPa加压一次，400～800 kPa每100 kPa加压一次。 _Qc\v0%
其中试验深度应为旁压器下到孔底测试腔中点处,由于本旁压器中点距其底部为35cm，故测试深度应为孔深减去35cm。 K9'*q3z
试验完后，我们对记录表上的原始资料进行了基本的整理和计算，以BK24孔第2段为例，见表4。 ;jI"|v{vnS
第②项=①+旁压器中腔受静水压力(kPa)； XtdLKYET
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第③项是用第⑧项查图1所得； v *'\w#
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第④项=②－③； mkzk$ _
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第⑨项=②×α(其中α即是综合变形系数,为0.001 cm/kPa); q.{/{9
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第⑩项=⑧－⑨; [d>yo_iB
没见地下水位时,旁压器中腔受静水压力=(测管水面离孔口高度(m)+试验深度(m))×10kPa;当见到地下水位时,旁压器中腔受静水压力=(地下水位(m)+测管水面离孔口高度(m))×10KPa。 ~la04wR28
根据上述整理出来的资料，地质方面可以绘出应力(校正后的压力)和变形(校正后的测管水位下降值)之间的关系图，从而可以计算出变形模量E、压缩模量ES等这些地基力学性质评定的关键指标。 I.1l
5 试验注意事项 ODA#v A c!
现场仪器操作人员在使用前首先必须熟悉仪器的基本原理，管路图和各阀门的作用，这样才能从根本上避免操作上大的失误。除此之外试验中的一些技巧和细节方面的东西也值得注意。 N~_ jiVD>
(1)试验用水不得使用杂质水，应使用蒸馏水或冷开水代用。使用混有杂质的水(即使是自来水也不提倡使用，因为里面往往有些人眼看不出来的微细杂质)往往会对仪器造成一定的损坏及对试验造成一些不必要的“麻烦”。使用杂质水轻则会因沉淀污物黏附使测管管壁清晰度下降，重则会使通水管路、水箱堵塞造成试验无法进行甚至仪器损坏。相类似应注意的是，每次把注水管接头取下应立即将保护套罩上，严防泥砂进入管道使仪器堵塞、损坏。 w{x(YVS H
(2)旁压器不能任意裸体放置，在未测试时应放在标定筒内，以防止弹性膜被砂砾或其它硬锐物刺破；试验中当测管水位下降值达到35～40cm时，应立即终止试验，否则，弹性膜有破裂的可能。终止试验的办法是将探头中的水依靠弹性膜的约束力和管道中的高压将水回送到水箱(可以使用配置的打气筒手动打气加压使水返回)，打气前一定要先将水箱安全阀盖打开，以防止高压气进入水箱使水箱炸裂。 n3j h\
(3)注水时测管的水位不能越过最高的刻度线，防止水进入调压阀及压力表中，影响测试精度(水进入后往往会导致在卸压后，压力表指针不能完全回到“零”的位置)。 z
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(4)为使读得的体积数据准确，旁压仪在正式试验前一定要进行充水、去气操作。充水、去气必须仔细地进行，其具体做法是：用水循环管道的过程中，用手频繁地摇晃着注水导管，直至看到导管内没有明显的气泡存在为止。 ~(^*?(Z
6 结语 qFbUM;
由于这4个孔开孔有较浅的卵石层，最终4个孔共做40个点(段)的旁压试验，其中粘土岩中有16段，砂岩中有24段。应用主要适用于深度较浅的土层中的PY-3型预钻式旁压仪在强度较大、孔深较深(最深达15m)的软岩中进行旁压试验不仅其难度较大，试验效果相比之下也显得稍有逊色。但总的说来，试验过程及提供的资料完成得较好，基本上达到了地质上的要求。 dU3 >h[q
