Cambrigde 自钻式旁压仪

自钻式旁压仪 Cambrigde

产品介绍：

剑桥自钻式旁压仪 Cambrigde有两种不同类型，分别是膨胀性旁压仪（应变控制）和荷载型旁压仪（应力控制），每种旁压仪都使用特殊设计的自钻式钻头进行导向自钻。两者的区别在于，膨胀型旁压仪是一套主动加压设备，通过加压使探头膨胀腔产生膨胀并对其周围的土体施加压力，当径向上的变化量达到设计值时，测量并记录当时的压力值；而荷载型旁压仪则是一套被动受压设备，探头一旦到达一个合适的位置，就能感受到周围土体对其施加的压力，并连续不断地在任意水平方向进行总应力和孔隙水压力的测量，整个过程中它并没有产生膨胀或者向周围土体施加荷载。

两种自钻式旁压仪都可以应用于粘土和砂土地层中。

钻进：

两种自钻式旁压仪都使用特殊设计的自钻技术，这种技术使得仪器钻进到土体测试位置时给土体带来的扰动特别小。除了一层非常薄的被剪切土壤（在粘土中估计不会超过 30 微米）与仪器有直接接触之外，仪器外部的所有土体都能保持其原始状态下的性状和应力状态。与其它原位测试方法相比较，这是特别微小的扰动，比如普通的旁压试验就需要在一个预钻孔中进行。

自钻工作过程如下所述。探头底部为特殊设计的自钻钻头，其底端是一个内部为锥形的管头，内部包含有一个螺旋切削钻头。当探头稳定地压入钻孔底部，底部的土体就会被挤入锥形管头中形成一个锥形的土柱。土柱的顶部会被管头内部的切削钻头旋转切削，驱动土壤形成锥形土柱所需的压力等同于土体的原位垂直应力。切削形成的碎屑通过探头内部的循环通道由洗井液或者清水携带到地表。这个循环水流在大多数土壤中闭合在仪器内部，不会影响到探头周围土壤的性质，但渗透性特别高的土壤除外。

荷载式旁压仪（应力控制）的工作原理：探头内置的敏感压力传感器承受外部土体总原位应力施加在探头圆柱外表面的压力和仪器内部气体压力施加在探头圆柱内表面的压力。通过调整内部气体压力，可以使外部的土压力清零，这时候可以在探头圆周等间距分布的六个点上直接测量到土体总原位应力。附加的压力传感器可以测量孔隙水压力以及每一个点上的内部气压。

膨胀式旁压仪（应变控制）的工作原理：探头中间部分超过一半长度的区段上装配有一个相当坚韧的弹性护套（橡胶或其它合成材料），由它来作为旁压仪的膨胀膜，它的初始外径和钻头外径相同。试验进行时，施加压力到这个弹性护套的内壁上并测量它的半径的变化量，由于弹性护套外壁与土体紧密接触，因此这个变化量即是土体的径向应变变化。弹性护套与探头刚性中轴分离时的压力即是土体的原位总应力。穿过护套安装两个压力传感器能够随着护套膨胀而移动并连续地测量土体的孔隙水压力值。旁压试验通常情况以一个恒定的应变速率自动进行，也可以在应变维持状态下进行测试，即给弹性护套施加一个指定的扩展量并维持其不变，在此期间测量土体总应力和有效原位应力随着时间的变化值。

读数：

所有的测试数据通过包裹在高压通气管中的铠装数据电缆传输至地表数据采集设备中，可以在现场直接进行显示、绘图、打印、存储或者传输至便携式电脑中，这些功能可以根据用户的具体需求进行定制。

分析：

可以通过多种土力学分析方法得到旁压剪切应力-剪切应变曲线，从简单的图形分析方法到计算机曲线拟合技术都可以。自钻式旁压仪可以测定的参数如下所列：

粘土：

● 水平方向的原位总应力和有效应力

● 水平方向的主应力和次应力方向

● 初始剪切模量

● 正交和切向剪切模量（剪切应变范围：10-4 ~ 10-2）

● 不排水剪切强度 Cu

● 灵敏度

● 完整的剪切应力-剪切应变曲线

● 孔隙水压力

● 水平固结系数

a)  砂：

● 内摩擦角

● 剪胀角

● 正交和切向剪切模量（剪切应变范围：10-4 ~ 10-2）

a)  与膨胀型旁压仪相比，荷载型旁压仪能够提供的参数受到了很大的限制，但它有时候是非常必需的。它可以提供的参数包括：

● 水平方向的原位总应力和有效应力

● 原位应力在水平面上的完整分布

● 孔隙水压力

优点：

● 该测试是在几乎未受干扰的土体中进行的；

● 单次测试即可获得大量的土体基本特性参数；

● 获得这些参数，任何时候都不需要经验校正系数；

● 测试半自动系统进行控制，基本上不受操作者的影响；

● 快速获取测试成果；

大量的测试实践表明：自钻式旁压仪虽然比传统的原位测试仪器更加复杂，但是更加可靠而且有足够的冗余度，即使出现某个故障或者操作失误，都能够获取到有用的读数。

国内主要客户：

1.南京市水利科学研究院

2.天津城市建设学院