旁压仪的前世今生

旁压试验是工程地质勘察中常用的一种原位测试方法，至今已经有80多年的历史了，你可知道旁压仪的前世今生？那就让小编带你回顾一下吧。

一、旁压仪的前世

• 旁压试验于1933年起源于德国，由Kogler发明，最初是在钻孔内进行侧向载荷试验的仪器，这也就是最早的单腔式旁压仪雏形。

• 1955年，发过道桥实验室的LouisMenard发明了三腔式的旁压仪。

• 1959年，日本的Fukuoka发明了K值旁压测试仪

• 1965年，法国的Jezequel和其他同事发明了自钻式旁压仪

• 1966年，日本OYO公司发明了高压旁压仪

• 1977年，英国剑桥大学的JMOHughes和CPWroth发明了剑桥自钻式旁压仪

• 1978年，第一本有关旁压试验的著作《ThePressuremeter and Foundation Engineering》出版

• 1982年，TexasA&M的Briaud 和Smith发明了液压的TEXAM型旁压仪

• 1988年，ASTMD719-87 旁压试验规范发布

• 1989～至今，自动控制旁压仪、高压旁压仪发明出来

目前，在国际上使用最广泛的旁压仪就是法国APAGEO公司生产的梅纳旁压仪。经历了C型－G型－GA型－SPAD型－GEOSPAD型－GEOPAC型等。

法国APAGEO公司

二、旁压仪的分类

旁压仪主要分为三种，为预钻式、贯入式和自钻式。

预钻式旁压仪的原理是预先用钻具钻出一个符合要求的垂直钻孔，将旁压器放入钻孔内的设计标高，然后进行旁压试验。以法国APAGEO生产的梅纳旁压仪为代表。

贯入式旁压仪又分为圆锥压入式和圆筒压入式，都是用静力将旁压器压入指定的试验深度进行试验，压入式旁压仪在压入过程中对周围有挤土效应，对试验结果有一定的影响，目前，国际上出现一种将旁压腔与静力触探探头组合在一起的仪器，在静力触探试验的过程中可随时停止贯入进行旁压试验，从旁压试验的角度，这应属于压入式。

自钻式旁压仪是将旁压仪设备和钻机一体化，将旁压器安装在钻杆上，在旁压器的端部安装钻头，钻头在钻进时，将切碎的土屑从旁压器(钻杆)的空心部位用泥浆带走，至预定标高后进行旁压试验。自钻式旁压试验的优越性就是最大限度地保证了地基土的原状性。以英国剑桥公司生产的剑桥自钻式旁压仪为代表。

下图显示了硬粘土（GaultClay）中三种旁压试验的测试曲线，表明预钻式的旁压仪对土体扰动最大，其次为贯入式的旁压仪，对土体扰动最小的是自钻式的旁压仪。

硬粘土（GaultClay）中三种旁压试验的测试曲线

三、梅纳旁压仪今生

让小编带您看看梅纳旁压仪的今生吧：

1、GeoSPAD2 型梅纳旁压仪

特点：

Ø 由控制单元、管路和三腔探头构成

Ø 符合：ISO 22476-4 和ASTM D-4719-00 标准

Ø 容积量程：20000px³

Ø 压力调节阀量程：0～2.5MPa;0-6MPa;(进行软岩测试时，可选配10MPa的压力表）

Ø 管线：同轴或双路管线，柔韧，高压作用下变形小，连接探头和控制单元

Ø 探头：三腔探头，中心腔（施加水压），两头保护腔（施加气压），通过差压调节阀使三个腔体的压力达到平衡，确保测量腔为一个真实的圆柱体变形。

Ø 数据可以人工读取或通过GeoBox数据采集仪自动采集

Ø 试验数据可以使用GeoVision软件进行分析处理

2、GeoPAC 自动控制梅纳旁压仪

特点：

Ø 是市场上第一款完全自动并按操作者设定步骤自主进行所有不同试验步骤的梅纳旁压仪。

Ø 独创性的系统，提供了梅纳旁压试验所必须的两套在物理上完全分离的管路循环系统：气和水（独创设计，市场上从未出现过）。得益于水路循环系统的工艺水准，系统对水的体积的控制精度达到了无与伦比的程度

Ø 试验符合ENISO 22476-4

Ø 最大气压70Bar

Ø 由GeoBOX®驱动

Ø 可实时打印测试结果或者通过GPRS向办公室传输数据

3、HyperPAC 高压自动控制梅纳旁压仪

特点：

Ø 是市场上第一款完全自动并按操作者设定步骤自主进行所有不同试验步骤的梅纳旁压仪

Ø 是为了在岩石和非常硬的地层中完成高压试验而开发设计的

Ø 独创性的系统，具有一套独特的水路循环系统，通过机械加压的方式完成测试，具有完美的重复性。可以用于高压测试的特殊探头也已经开发出来了

Ø 最大压力25MPa或50MPa

Ø 通过GEOSPAD2实现自动化数据采集

Ø 可实时打印测试结果或者通过GPRS向办公室传输数据

四、剑桥自钻式旁压仪的今生

剑桥自钻式旁压仪目前已经发展到三臂自钻式旁压仪，更有用于科研的六臂自钻式旁压仪。

自钻的原理是把装有旁压器的薄壁取样器用某一速率压入土中，同时用几个转动的刀片将进入取样器内的土芯弄碎，形成钻屑，钻屑因刀片标高处射出的液体作用而变成悬浮液，从旁压器的中央通过钻杆空心孔排到地面。

自钻式旁压仪特点：

Ø 传感器可测量六处覆膜的径向位移以及作用于孔壁的总有效压力。

Ø 探头自身带有用于信号调节的电子系统，可以将模拟信号转换为数字信号，并直接连接到一台小型计算机的串行端口。

Ø 位移分辨率0.5μm；压力分辨率0.1kPa

Ø 探头直径 83～89mm，最大工作压力10MPa

Ø 膨胀介质：空气或非导电的流体（如绝缘油）

Ø 设备配有自动加压系统，控制腔体以恒定的应变速率膨胀。

Ø 计算机实时记录旁压仪的输出并且绘制实时加载曲线。

Ø 探头必须经过标定。（在空气中标定，配备标定装置）

五、贯入式旁压仪的今生

径向旁压仪（RPM）为一刚性圆柱型探头，长约1m，直径约47mm。是一款小型的旁压仪，可放置在50mm的孔内，可在土和软弱围岩中进行圆柱形的膨胀试验。仪器用来测量的是膨胀腔体的径向位移而不是体积的膨胀因此而得名。它是圆锥旁压仪(CPM)的简化版本。

径向旁压仪（RPM）

PRM空气中膨胀

特点：

直径，长度 46 mm ,900 mm

扩展长度 255mm

长径比 5.5:1

额定压力 10MPa,100 bars

最大压力 12MPa,120 bars

六、高压膨胀计的今生

目前还有一种旁压仪，叫高压旁压仪，压力可以达到30MPa,探头直径有两种，分别是73mm和95mm.

73mm和95mm高压膨胀计(HPD)

七、结语

不同的旁压仪适用的条件也不同，需要根据不同的工程需要正确选择。

• 预钻式旁压试验适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、极软岩和软岩。

• 预钻式旁压试验主要缺陷：在移除钻孔工具之后，和旁压仪安装到位之前这段时间内，预钻孔会完全卸载。该土体必须能够保证不塌孔，因此，这种方法最适合于岩石。

• 预钻式旁压试验要使土体产生很大的位移，才能覆盖预钻时所产生的扰动。

• 如果钻井泥浆护壁，则预钻式旁压试验可以用于密实砂土，但不适合于松砂。

• 预钻式旁压试验可以取样，进行室内和现场测试的对比。

• 预钻式旁压试验目前最大测试深度达到500米，200米时很常见的。

• 压入式旁压试验最吸引人的地方是既能做剖面分析，又能直接测量土体强度及刚度。但要达到令人满意的效果，测试所需的应力要远远高于其它方法的应力，并且在这样的压力下土壤结构很可能被破坏，这点在砂土中尤为明显。另外，为压入探头所提供的反力会相当大，一般都需要大于10吨的贯入力。

• 自钻式旁压试验适用于粘性土、粉土、砂土、软岩，尤其适用于软土。但不能在砾石和非常硬的土体上自钻，那样会损坏设备的切削缘。