中图分类号：TU41文献标志码：A
全风化花岗岩通常具有细密的粒状结构，抗压强度较高，吸水率低，表面硬度大，化学稳定性好，耐久性强，由于其硬度大，因此钻孔取样时难度较高。旁压试验具有测试深度灵活、测试精度高、多功能性等优点，因此常用于全风化花岗岩的勘察工程中[1]。
不少学者对旁压试验技术进行勘察工作，并取得一定的科研成果[2-3]。例如，陈明星[4以松塔水电站为例，通过旁压试验获取压力－体变曲线，分析了线性变形阶段对土层特性的影响以及破坏阶段对参数取值的影响。张玉成等[5在已有研究的基础上，采用旁压试验方法，推导非线性沉降计算参数表达式，详细介绍了该公式应用的原理和步骤。黄文雄等[以砂土为研究对象，通过有限元软件建立三维模型，模拟砂土的旁压试验，分析了相对密实度和土体初始应力对计算成果的影响，并进行了砂土初始状态反演分析。研究依托花岗岩地区岩土勘察背景，介绍了旁压试验原理和操作流程，并分析了旁压试验在实际工程中的应用。
1旁压试验原理
旁压试验是将圆柱形的旁压器竖直放入土中，通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，并将压力传递给周围的土体，使土体产生变形直至破坏。通过量测施加的压力和土体变形之间的关系，可以绘制应力－应变关系曲线，评价地基土的承载力和变形性质。
压力随体积变化的曲线（即典型旁压曲线）如图1所示，根据压力与体变的发展，可将旁压曲线分为以下4段。1）I段（曲线0A段）：该阶段主要反映孔壁受扰动后土的压缩与恢复，膨胀压力的微小变化会导致薄膜体积显著增加，当薄膜体积超过钻孔时，受土体的影响，薄膜体积变化逐渐减少。2）Ⅱ段（直线AB段）：该阶段土体状态接近弹性状态，压力与体积变化量呈线性关系。3）Ⅲ段（曲线BC段）：该阶段土体状态为弹塑性状态，随着压力继续增加，体积变化量趋于稳定，反映土体的最终压缩状态。4）IV段（曲线CD段）：该阶段土体体积随压力增加急剧增加，并逐渐发生破坏，丧失承载力。
图1典型旁压曲线
2旁压试验仪器和流程
2.1试验仪器
本工程所采用的旁压仪由测量系统、加载装置、旁压器等组件构成（图2），表1为旁压器相关参数。旁压仪的最大压力为 5500kPa ，主机质量为 46kg ，增压缸有效面积为69.1cm2 ，系统压力与气源压力的比值为 2.11 。旁压仪的压力精度为 ±1% ，径向位移精度为 0.1mm ○
图2预钻式旁压仪
2.2试验流程
本工程中旁压试验的流程具体如下。
旁压试验开始前，先对仪器进行系统及膜标定，可以计算旁压曲线和相关参数，将其输入计算机系统。并且核查相关计算机系统的工作状态。
通过钻孔装置在测试点周边进行钻孔操作，竖直钻进至目标深度上方 1.5m 位置，钻孔直径应超过 9mm ，特殊情况下可使用套管护壁。
根据实际工况配置钻杆，通过钻进系统进行自钻钻进，然后静置0.5h，使孔隙水压稳定。然后将压力传感器和膨胀袋组成的压力计安装到钻孔中，压力计与地面设备连接。
根据岩土体的力学特性，操作压力控制单元将压力施加至橡胶膨胀袋，并以合适的加压速率进行压力加载。均匀采集并记录压力计上的压力以及对应岩土体变形，当岩土体的变形超过 0.7cm 或岩土体被破坏时，停止加载，然后匀速卸载并取出探头。
根据记录的压力和变形，绘制压力－体积曲线（即旁压曲线），同时根据相关的公式，求出岩土体的压缩系统、弹性模量等参数。
3工程概况
南方地区某厂房自然地面标高为 2.6m～72.3m ，厂址属海边台地，区域内无大的河流经过。全厂规划容量为6台百万千瓦级压水堆核电机组，一次规划，分期建设。本期建设2台机组，即3、4号机组。本次勘察为工可研及初步设计阶段勘察，主要查明勘察场地范围的地形地貌、地质构造、地层岩性及岩体的风化程度，查明各建（构）筑物地段不良地质作用、地质灾害、特殊性岩土，评价其对工程建设的影响等。研究区内分布大量全风化花岗岩：褐黄色，原岩结构大部分破坏，原岩矿物除石英外，已基本风化，岩芯呈坚硬土柱状、砂状，手可折断，泡水易软化，合金可钻进。该层属极软岩～软岩，岩体极破碎～破碎，岩体基本质量等级为V级。该层在场地内广泛分布。钻孔揭露厚度为0.50～48.20m ，平均厚度为 9.77m ，层底埋深为 9.80～67.20m 层底高程为 -37.58～21.10m 。全风化岩层中普遍存在差异风化现象，表现为全风化岩层中包含球状风化的孤石（风化球），孤石（风化球）的风化程度主要为微风化，局部为中等风化。根据钻孔揭露，孤石（风化球）直径为 0.50～8.30m 孤石完整性好，节理不发育，空间分布无规律。
4试验结果分析
4.1旁压曲线应用分析
根据勘测结果，绘制两个不同钻孔ZK12和ZK13在深度 15m 处的典型旁压曲线如图3所示。研究以钻孔在 14m 深度为例，详述该深度处全风化花岗岩的参数计算流程。 ① 将近似弹性阶段的直线延长，与体积轴相交的即为体积 V0 其对应的压力即为初始压力 P0 ， V0=387cm3 、 P0=240kPa 似弹性阶段的直线末端点对应的体积即为 Vf， ，对应的压力为临塑压力 Pf， Vf=628cm3 、 Pf=1010kPa 。 ② 由此可以计算Vcm=Vc+V0+ΔV/2=2190+382+ （628-387） 12=2697.5cm3 。 ③ 旁压剪切模量 Gm=Vcm×ΔP/ΔV=Vcm×（Pf-P0）/（Vf-V0）=2697.5× （1010-240）/（628-387） =8620kPa=8.62MPa 。 ④ 旁压模量?Em=2× （ 1+μ ） Gm=2× （ 1+0.29 ） ×8.62=22.2MPa? 0
同理，由钻孔在 23m 深度可知，初始压力 P0 为 253kPa 临塑压力为 1068kPa ， V0 为 315cm3 ， Vf 为 569cm3 ，因此可计算旁压剪切模量 Gm 为 8.3MPa ，旁压模量 Em 为 21.2MPa 。
4.2初始压力和临塑压力
为进一步分析全风化花岗岩的性质，选取钻孔ZK13的探测结果，通过上述方法获得不同深度处初始压力P0和临塑压力 Pf， ，如图4所示。从图4中可以看出，初始压力和临式中： Pw 为静水压力； Kh 为水平基床系数； ΔP 为压力增量； Δr 为钻孔半径差。
图3典型旁压曲线
图4钻孔ZK13初始压力和临塑压力曲线
图5钻孔ZK13旁压模量和旁压剪切模量
在详勘阶段，采用标准贯入试验获得的地基承载力特征值约为 400kPa 而根据旁压试验计算的地基承载特征值的平均值约为 472kPa ，尽管结果略大于标准贯入试验的计算结果，但表明本工程采用旁压试验所获得结果的准确性。
表2旁压试验结果
塑压力与深度总体呈正相关，但各自的增长速率存在差别。初始压力初期增长缓慢，随着深度逐渐增加，初始压力增长速率提升。当深度从 14m 增至 27m 时，初始压力从 92kPa 增至 162kPa ，单位深度增长率为 5.4kPa/m 。当深度从 27m 增至 32m 时，初始压力从 162kPa 增至 250kPa ，单位深度增长率为 17.6kPa/m 。相反，临塑压力初期增长迅速，随着深度逐渐增加，临塑压力增长速率放缓。当深度从 14m 增至23m 时，初始压力从 537kPa 增至 832kPa ，单位深度增长率为32.8kPa/m 。当深度从 23m 增至 32m 时，初始压力从 832kPa 增至 938kPa ，单位深度增长率为 11.8kPa/m 。从机理角度对上述规律进行分析，浅层增长缓慢是因为全风化花岗岩在浅部通常保留一定残余结构，但受风化与卸荷影响，颗粒间胶结较弱，孔隙比较大，原位应力水平较低。此时初始压力主要受上覆土重控制，增长接近线性，且风化产物中黏粒含量可能较高，表现出类似黏性土的应力－应变特性，因此单位深度增长率较低。深层增长明显加快是因为随风化程度减弱，深层花岗岩的岩石结构保存更完整，矿物间胶结（如铁质、硅质胶结）增强，导致原位刚度提高，初始应力对应的“弹性启动点”所需压力增加。深层可能处于更强的前期固结状态，使初始应力不仅反映当前上覆荷载，还包含一部分“记忆应力”。
4.3旁压模量和旁压剪切模量
图5为钻孔ZK13旁压模量和旁压剪切模量的变化曲线。旁压模量和旁压剪切模量同样与深度总体呈正相关。当深度较浅时，旁压模量迅速增加，深度超过 25m 后，旁压模量增速逐渐放缓，旁压剪切模量随着深度增加呈近线性增长。旁压模量和旁压剪切模量与全风化花岗岩的刚度和抵抗变形能力有直接关系，模量越大，全风化花岗岩抵抗变形的能力越强。由此可见，深度越深，全风化花岗岩的刚度越大。
4.4地基承载力分析
基于旁压试验计算地基承载力特征值，如公式（1）～公式（3）所示，计算结果见表2。
5结论
本文以南方某厂区勘察作业为研究背景，分析了旁压试验在全风化花岗岩勘察中的应用，获得了全风化花岗岩的旁压模量、地基承载力性质。得出以下结论。1）初始压力和临塑压力与深度总体呈正相关，但是随深度的发展趋势存在差别。当深度较浅时，初始压力的发展较为缓慢，随着深度逐渐增加，初始压力增长速率显著提升，当深度较浅时，临塑压力增长较为迅速，随着深度增加，临塑压力的发展逐渐平缓。2）随着深度增加，旁压模量首先缓慢增长，然后快速增加，最后增速放缓，旁压剪切模量总体呈近线性增长。3）旁压试验获得的地基承载力与标准贯入试验的计算结果接近，表明本工程采用旁压试验所获得结果具有准确性。
参考文献
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[4]陈明星，沈少华．旁压实验曲线分析及其深度变化特征土工基础，2014，27（5）：96-98.
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