一、PM—2B型旁壓儀概述

旁壓試驗（簡稱PMT）是近幾十年來在國內、外巖土工程中得到迅速發展并逐漸成熟的一種原位測試手段和方法，由于試驗方法簡單；靈活、方便、準確等特點其試驗成果在國外工程設計中已被廣泛應用。我國自八十年代以來，旁壓試驗也得到了較為廣泛的使用，至今已積累了相當的經驗，也逐漸成為巖土工程勘察中主要的原位測試方法之—。

旁壓試驗可用于確定土的臨塑壓力P_f和極限壓力P_L，以評定地基土的承載力；確定靜止土壓力系數Ko；確定土的旁壓模量E_m，用以估算土的壓縮模量E_s。和剪切模量G；估算軟粘土不排水抗剪強度以及估算地基土強度、單樁承載力和基礎沉降量等。近年來，國內研究表明：采用旁壓試驗成果確定地基土承載力、估算單樁極限承載力與基礎沉降量，其計算精度和**度與現有其它方法相當或更接近于工程實測值。

我廠是生產PM系列預鉆式和自鉆式旁壓儀的專業廠，為滿足高層建（構）筑物和特殊地基勘察的要求，現生產的PM—2型旁壓儀是在原PY型旁壓儀和國外旁壓儀的基礎上重新設計的新一代儀器。其壓力等級可達5.5MPa，并具有自動記錄試驗數據和與計算機交換數據等功能。

二、PM—2B型旁壓儀儀器構造及技術指標

PM—2型預鉆式旁壓儀由旁壓器、注水系統、壓力與變形測量系統、壓力施加裝置及箱體支承部件等組成。其系統原理見下圖，其主要技術參數如下表： 

PM—2型預鉆式旁壓儀主要技術參數

    1.  旁壓器：是旁壓儀的主要部件之一，整體是圓柱狀。基體用上等不銹鋼管（或銅管）制成，外層為特制的彈性膜，為液壓單腔式。根據試驗巖土層情況，旁壓器外徑上可安裝膠質保護套或金屬型保護套（金屬鎧）。

2．注水系統：由不銹鋼水箱，加壓氣路等組成，用于試驗前對變形測量系統的注水。

3．變形測量系統：由精密缸體、位移和壓力傳感器、顯示記錄儀、高壓同軸導壓管及閥門等組成。用于向旁壓器注水、加荷并測量（記錄）旁壓器的徑向位移（變形）。

4．加壓穩壓裝置：由高壓儲氣源、精密調壓閥、增壓缸、壓力表及管路閥門等組成，用來在試驗中向地層加壓和穩壓。

三、PM—2B型旁壓儀工作原理  

PM—2B型旁壓儀工作時，由加壓裝置通過增壓缸的面積變換，將較低的氣壓轉換為較高壓力的水壓；并通過高壓導管傳至旁壓器，使彈性膜膨脹，導致地基孔壁受壓而產生相應變形。其變形量由增壓缸的活塞位移值S確定，壓力P由與增壓缸相聯的壓力傳感器測得。根據所測結果，得到壓力P和位移值S間的關系曲線，即旁壓曲線。從而確定地基層的臨塑壓力、極限壓力等有關土力學指標。

四、PM—2B型旁壓儀操作方法及試驗

（一）PM—2B型旁壓儀試驗前準備：

1．系統注水：向水箱注滿純凈的蒸餾水或干凈的冷開水（此時應小心，嚴防水溢出淋濕到記錄儀），旋緊水箱**蓋。將閥2置于注水位置，將閥3置于排氣位置，閥4至于關閉狀態（如此時面板位移指針已處于“0”刻度，則將閥4手柄至于試驗位置）。打開高壓氣瓶閥門并調節其上的減壓器，使其輸出壓力為0．2~0．3MPa,然后逐漸旋轉調壓閥手輪，使其壓力為0．1~0．15MPa（見面板壓力表值），即開始系統注水，當面板位移指針處于*底部時，將閥4置于試驗位置，當水從導管接口處滿溢出時，旋松調壓閥，隨即關閉閥4。

2．導壓管及旁壓器注水：旋開水箱**蓋，給水箱補足水，旋緊水箱**蓋。根據試驗需要選擇合適長度的同軸導壓管將主機和旁壓器小心聯接可靠，豎直旁壓器，將閥5置于注水排氣位置，將閥4置于試驗位置，按上述方法向水箱加壓直至注水排氣位置的管道水滿溢為止。在此過程中，應不斷拍動導壓管和旁壓器，以排出管路中滯留的空氣。分別關閉閥2、閥1和閥4。

3．旋松調壓閥，打開水箱蓋，待旁壓器恢復原狀后，關閉閥5。

4．檢查傳感器和記錄儀的連接及是否處于正常狀態，設置好記錄儀采樣時間標準，（方法詳見記錄儀使用手冊）。

（二）PM—2B型旁壓儀成孔：

1．因PM—2型預鉆式旁壓儀適用于強度較高的地層，故采用鉆機成孔。

2．孔徑：成孔直徑一般應比所選用旁壓器的公稱外徑大2—5毫米為宜，絕不允許過大或過小。

3．要求：孔壁要求垂直、光滑、圓整，并盡量減小對孔壁巖土的擾動。

4．深度：應使旁壓器測試段中點處于試驗要求深度。 

5．注意：試驗段須在同一巖土層，否則不但資料難以應用，且會造成旁壓器彈性膜的損壞。

（三）PM—2B型旁壓儀試驗：  

1．成孔后，應盡快進行試驗。

2．接通記錄儀電源開關并進行相關的試驗前設置。

3．用鉆桿聯接好旁壓器并將其小心放至試驗位置。

4．PM—2B型旁壓儀加壓試驗

（1）調整高壓氣瓶上的減壓器，使其輸出壓力比預估的*大試驗壓力的二分之一高出0.1~0.2MPa。

（2）將閥1置于試驗加壓位置，閥3置于加壓位置，隨即將閥4置于試驗位置。此時，按理論上此時旁壓器內將產生靜水壓力P_W，但由于本儀器的結構形式所致，此時系統可視為一密閉空間，故靜水壓力可忽略。

（3）按照PM型旁壓試驗記錄儀使用說明書操作記錄儀，在進行相關的設置后進入試驗界面，按“0”鍵使P、S值回零后，即可開始施加壓力。其步驟是：迅速小心地旋轉調壓閥，所加壓力由記錄儀顯示（注：面板上壓力表值同時顯示值），當其值增至試驗所設計的加荷壓力等級時，立即按記錄儀上的“0”鍵。此時，即開始按所設定的相對穩定（觀察）時間標準進入試驗。記錄儀則自動顯示和記錄該級壓力下四個時間點的土體變形值和壓力值。重復此步驟至試驗結束。

（4）壓力增量等級和相對穩定（觀察時間）標準可根據現場情況及有關旁壓試驗規程選取，其中壓力增量建議取預估臨塑壓力Pf的1／5～1／7。穩定標準有1分鐘和2分鐘供選取。

（四）PM—2B型旁壓儀終止試驗

1．條件：當位移顯示值在某級壓力下急劇增大不能相對穩定時，應立即中止試驗，以防彈性膜脹破。

2．方法：

a．如需繼續下一個試驗，則將閥3置于排氣位置，并適當旋松調壓閥，根據現場不同情況，使壓力在0．5~1．0MPa左右，將閥5置于回水加壓位置使活塞缸逐漸下降至零位，然后將閥4置于回水位置（此時的水箱蓋必須是打開的），使多余的水回至水箱，當聽到水箱有氣泡聲時，迅速旋松調壓閥，關閉閥4，小心地取出旁壓器，再次重復試驗操作步驟。此過程中應注意水箱水接近滿時由于壓力氣泡將水溢出而淋濕到記錄儀。   

b．較長時間內不再做試驗，則可適當減壓；并將閥5置于注水排氣位置，排凈系統內全部的水，并使活塞處于底部。

五、PM—2B型旁壓儀儀器校正

（一）PM—2B型旁壓儀校正內容：

    試驗前，應對儀器進行彈性膜（包括保護套）約束力校正和儀器綜合變形校正，具體項目應按下列情確定：   

    1．新旁壓器**使用或旁壓儀有較長時間不用，兩項校正均需進行。

    2．更換彈性膜（或保護套）需進行彈性膜約束力校正，為提高壓力精度，彈性膜經過多次試驗后，應進行彈性膜復校試驗。

    3．加長或縮短導壓管時，需進行儀器綜合變形校正試驗。

（二）PM—2B型旁壓儀校正方法：

1．PM—2B型旁壓儀彈性膜約束力校正：關閉閥3、閥4，閥1置于試驗加壓位置，閥5置于回水加壓位置，通過調壓閥稍微加壓，使旁壓器逐漸自由膨脹至φ115mm左右，旋松調壓閥，使其回復，并反復幾次。然后，按前述試驗一節中的注水方法至要求，將旁壓器豎直地面，按前述試驗步驟，小心地稍微加壓，當顯示儀位移每升高40mm，立即關閉閥1，并待顯示儀所設定時間到后，再將閥1置于試驗加壓重復上述操作至位移達320毫米為止。以每級位移值（累計）和其相對應的壓力值繪制出彈性膜約束力校正曲線（見圖2）。

2．PM—2B型旁壓儀綜合變形校正：連接合適長度的導壓管（盡量不要無謂地加長），按前述試驗注水方法至要求后，將旁壓器放入校正筒內，按試驗步驟在旁壓器受到剛性限制的情況下加壓，壓力增量建議為0.5MPa，并逐級加壓至4.0MPa后即可，其觀察時間與正式試驗時間一致。根據實測壓力值和相應位移值繪制出綜合變形校正曲線。（見圖3）

圖2 彈性膜約束力校正曲線圖              圖3 儀器綜合變形校正曲線圖

六、PM—2B型旁壓儀試驗資料整理

（一）PM—2B型旁壓儀試驗數據查看   

1．通過記錄儀上按鍵的操作，直接通過顯示屏查看某個試驗點的全部試驗數據。

2．通過記錄儲存在優盤中的試驗數據傳輸至計算機后查看。  

3．具體操作方法見記錄儀使用說明書。

（二）PM—2B型旁壓儀資料整理   

1．先對試驗數據結果中的各級壓力和相應的位移分別進行校正。

（1）壓力校正：

計算式：P=P_m+P_w-P_i

式中：P—校正后的壓力（KPa）

P_m——顯示儀測記的各級壓力的*后值（KPa）

P_w——靜水壓力（KPa）

其值為：P_w——（H+Z）·γ_w

式中：H——旁壓儀面板標尺零位處至試驗孔口高度（m）

Z——旁壓試驗深度

γ_w——水的重力密度（KN／m³），一般取10KN／m³

P_i——彈性膜約束力（KPa），由各級總壓力（P_m + P_w）所對應的位移值查彈性膜約束力校正曲線取得。

注：因本儀器為中高壓試驗所用，故在旁壓器為單層彈性膜時，(為簡化計算，P_i值可簡略定為30KPa  僅供參考)。

（2）位移（體積）校正：

計算式：S= S_m－α(P_m+P_w）

式中：S——校正后的位移值（cm）   

S_m——顯示儀位移值（cm）

α——儀器綜合變形系數（由相應的綜合校正曲線查得）

2．繪制旁壓曲線

用校正后的各級壓力P和位移值S，繪制P、S曲線（即旁壓曲線）。曲線的作圖，可按下列步驟進行：

（1）定座標：選用米格記錄紙，以S（厘米）為縱座標，1厘米代表5厘米位移；P為橫座標，比例根據實際情況自行選定。

（2）根據校正后的各級壓力值P和相應的位移值S，分別將其確定在選定的座標上，然后先連直線段并兩端延長，與縱軸相交的截距即為So；再用曲線板連接曲線部分，定出曲線與直線段的切點，此點為直線段的終點。

3．成果確定

（1）臨塑壓力P_f的確定：旁壓曲線上直線段的終點所對應的壓力值即為：臨塑壓力P_f 。見圖4

（2）極限壓力P_L的確定：根據旁壓曲線，可按下列方法之一確定。

a．手工外推法：憑眼力將曲線用曲線板加以延伸且與實測曲線光滑自然連接，取S=2So+Sc所對應的壓力為極限壓力P_L。（見圖4）

b．倒數曲線法：把臨塑壓力P_f以后曲線部分各點的水位下降值S取倒數1／S與S所對應的壓力P作P—1／S關系曲線（為一近似直線）在直線上取 所對應的壓力為極限壓力P_L（見圖4）

（3）確定承載力標準植f_k：

計算式：f_k=P_f—P_o 

式中：P_o——靜止土壓力（KPa）其確定方法如下：

a．計算法：根據地區經驗采用計算法：P_o=K_o·γ·Z+υ

式中：K_o——試驗深度處靜止土壓力系數，其值按地區經驗確定，對于正常固結和輕度超固結的土類可按：砂土和粉土取0.5，可塑到堅硬狀態粘性土取0.6。

γ——試驗深度以上的重力密度，為土自然狀態下的質量密度ρ與重力加速度g的乘積（γ=ρ·g）地下水位以下取有效重力密度（KN／m³）。   

υ——試驗深度處土的孔隙水壓力（KPa），正常情況下，它極接近于地下水位算得的靜水壓力即在地下水以上υ=0，在地下水位以下時，可由下式確定。

υ=γ_w（Z－h_w）

式中：h_w ——地面距地下水位的深度（m）

b．作圖法：從旁壓曲線直線段與縱軸的交點，作平行于橫軸的直線并與旁壓曲線相交，其交點所對應的壓力為靜止土壓力P_o。（見圖4）

（4）當P-S曲線上的臨塑壓力P_f出現后，曲線很快拐彎，出現極限破壞，其極限壓力P_L與臨塑壓力P_f之比值P_L／P_f <1.7時，地基承載力標準值f_k取極限壓力P_L的一半。

（5）計算地基土的旁壓模量E_m（MPa）

Em=2（1+μ）（Sc+ ）·

式中：μ一—土的側向膨脹系數（泊松比），可按地區經驗確定，對于正常固結和輕度超固結的土類可按：砂土和粉土取0.33，可塑到堅硬狀態的粘性土取0．38。

P_f——臨塑壓力（MPa）

S_c——旁壓器原始體積用位移值表示（cm），其值見儀器技術參數表。

（6）地基土的壓縮模量Es、變形模量E。以及其它土力學指標，可由地區經驗公式確定。

七、PM—2B型旁壓儀維修及保養

PM—2型預鉆式旁壓儀屬于較精密的試驗儀器，在工廠設計制造過程中采用了較為可靠的零件結構和細致的工藝方法，故在使用過程中，除更換旁壓器的彈性膜外，一般不必對儀器進行維修。在使用不當或長期使用后，可能要進行如下的維修。

1．卡套式管路接頭：該接頭是一種較為先進的剛性密封接頭，其密封性能良好，耐壓高、壽命長，但裝配后不宜經常拆卸。其結構圖見圖5。如發現其有泄漏時，可稍微加力旋緊螺母2，若仍不能阻止泄漏，即需更換密封圈3。方法如下：松開螺母，細心地用細齒銼將密封圈銼開取下。注意不能破壞接管4的表面，換上新的密封圈，再用板手適當旋緊螺母即可。若接管表面已損壞，則須同時更換接管。

2．PM—2B型旁壓儀閥門：結構示意見圖6。當閥門經較長時間使用后，可能會出現泄漏現象。此時，可用專用板頭旋松閥門手柄1上的緊定螺釘，取下手柄，適當旋緊壓緊螺絲3即可。如仍有泄漏，則須依次折下螺絲3，閥桿2，檢查上、下半球型密封墊5及閥桿密封組件4，清洗或小心修正后重新裝配。

3．PM—2B型旁壓儀調壓閥：調壓閥是本廠精密制造的儀器關鍵部件。它的精度直接影響試驗成果的準確性，所以在使用時或平時必須格外小心。在未接通氣源或無氣壓時不得旋緊調壓手柄進行無效調壓。不工作時，應使調壓手柄處于常松狀態。調壓閥結構示意見圖7。PM—2B型旁壓儀調壓閥的常見故障及排除方法：

（1）調壓后壓力爬行：其原因是由于氣流介質夾雜塵埃積聚在堵頭表面或長期使用后堵頭表面已產生壓痕所致。排除方法：旋下下氣室口，從導套13中小心地取出堵頭，用無水乙醇清洗堵頭表面和進氣口端面，清洗時注意防止表面碰傷和劃痕，若在放大鏡下觀察其表面已有劃痕和碰傷，則需更換堵頭或進氣口。

（2）溢流口耗氣：即溢流口在未超過穩定工作壓力時即自行排氣不止。排除方法：用螺絲刀按順時針方向緩慢地旋緊調節螺絲10直至不耗氣為止。（不宜過緊，以免影響調壓靈敏度）。若此法不能排除耗氣時，則需取下溢流口14并與頂桿6的球面進行研磨，使其至均勻的接觸線狀。

（3）下氣室漏氣：一般是下頂桿11密封套老化所致。此時更換密封套即可。

4．PM—2B型旁壓儀旁壓器：（結構示意見圖8）

彈性膜的更換：分別旋下連接套1和管靴8，取下兩端壓套7。用專用板松下兩端壓緊螺母2，去掉舊膜，洗凈旁壓器。可在旁壓器筒體外壁上涂上適量的潤滑液（對橡膠無損的）將準備好的新膜逐漸抹至合適位置，套上一端外壓環6至簡體撞肩。然后將皮膜5剪去合適長度并將其外翻，拉緊，裝上內壓環4，擰緊壓緊螺母。—按此方法裝好另一端，再用板手同時對擰兩端壓緊螺母，盡量壓緊，將多余的皮膜翻回并謹慎地將切除，裝上壓套，連接套和管靴。裝膜時，應注意盡量拉緊皮膜；使之包緊簡體不松馳。

圖                                                     圖8  PM—2B型旁壓儀旁壓器結構示意圖

附：傳感器的標定方法

    PM—2B型旁壓儀裝置的壓力；位移傳感器在出廠時均已與記錄儀一起配套標定。用戶在更換其中之一或發現有異常情況時，應進行傳感器的重新標定。簡要的標定方法如下：

一、 PM—2B型旁壓儀壓力傳感器

1．給增壓缸注滿水后，關閉試驗——回水閥門4；

2．將記錄儀設置為壓力標定狀態（參見記錄儀使用手冊）

3．按試驗加壓方法并根據標定壓力傳感器步驟進行操作。一般當壓力增至5.0Mpa級后即可

4．以面板上的10MPa精密壓力表為標準器；

二．PM—2B型旁壓儀位移傳感器

1．松開位移傳感器的固定夾板，取下傳感器，連接好記錄儀及電池等；

2．將傳感器平放在桌上，將傳感器芯棒拉出5毫米或10毫米，做為零位；

3．將記錄儀設置為位移標定狀態（見記錄儀使用手冊）；

4．細心地按標定步驟要求逐級拉出傳感器芯棒（參見記錄儀使用手冊中有關說明），并逐步完成標定。

PM—2B型旁壓儀兩種標定一般不需經常進行。當儀器長時間不用或更換傳感器、記錄儀及發現數據有明顯誤差時，應進行標定。

    1．使用PM—2B型旁壓儀前必須熟悉本儀器的基本原理，管路圖和各閥門等的作用，以免造成操作錯誤而損壞儀器。

    2．PM—2B型旁壓儀給水箱加水時，務必使用加水漏斗并切勿讓水從水箱中溢出，嚴防記錄儀進水受濕。試驗用水嚴禁使用不干凈水，以防沉積污物而影響管道的暢通。

    3．旁壓器不能隨意裸體放置（不用時可放在標定筒內），以防彈性膜被無意損壞。

    4．導壓管快速接頭取下后，應罩上保護套，嚴防泥沙等雜物帶入儀器管道。

    5．調壓閥及儀器有關零部件不應任意拆卸，以防精度和性能下降，平時應隨時旋松調壓手輪，使其主體彈簧處于自由狀態。

    6．儀器應注意防震，為使主彈簧不移位，在運輸過程中，可稍旋緊調壓輪使其彈簧稍微受力。

    7．若準備較長時間不使用儀器時，須將儀器內部所有水排凈，并擦凈外表，放置在陰涼、干燥處。

    8．各傳感器應按有關規定定期校驗。

    9．說明書所提供的是本儀器的一種常規操作方法，供用戶參考。其資料整理和成果應用等均應參見有關行業標準。    、

    10．傳感器、記錄儀均應防水、防潮。

    11．本廠保留對本說明書內容及儀器構造的修改權，恕不另行通知。

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