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2023-06-22 08:22
admin预钻式旁压仪型号较多，但其结构和梅纳型旁压仪基本相同。国内定点生产旁压仪的厂家为江苏漂阳市仪器厂，生产PY型旁压仪，已有三代产品。80年代主要生产PY-1型和PY-2型；在此基础上，90年代又生产了PY-3型预钻式旁压仪。现以国产PY型旁压仪为例（图5―10），简述其设备及其安装调试。
（一）设备
预钻式旁压试验的主要设备为旁压仪。它主要由以下四部分组成。
1.旁压器
它是旁压仪中的最重要部件，由圆形金属骨架和包在其外的橡皮膜所组成。旁压器一般为三腔式，中间为主腔（也称测试腔），上、下为护腔。主腔和护腔互不相通，护腔之间则相通，把主腔夹在中间。测试时，高压水从控制单元通过中间管路系统进入主腔，使橡皮膜沿径向（横向）向周围土体膨胀，压迫周围土体，从而建立主腔压力和土体体积变形增量之间的相互关系。同时，也向两护腔同步地输入同样压力的水，使其压力和主腔保持一致，以便迫使主腔向四周沿水平方向同步变形。这样就可以把主腔周围的土体变形作为一个平面应变问题来处理。
图5―10 PY-2型旁压仪管路（结构）图
旁压器中央有导水管，用来排泄地下水，使旁压器能顺利地置于测试深度。旁压器分裸体和带金属铠保护膜两种。对一般各类粘土，可直接使用裸体旁压器；如遇到土层中含有碎石等锋利物质会损坏弹性膜时，可在旁压器弹性膜外面套上金属铠保护膜进行测试，其主要作用是保护弹性膜，使旁压测试能正常进行。
目前，PY-2型和PY-3型旁压器外径均为50mm（带金属铠装护套时为55mm），测试腔长度均为250mm，体积为491cm3（带金属铠装护套者为594cm3）。旁压器总长度为500mm。上、下腔（护腔）之间用铜导管沟通，而与中腔隔离。
2.压力和体积控制箱
通常，预钻式旁压仪的控制单元为设置在三角架上的一个箱式结构。它包括变形量测装置和加压稳压装置两大部分。前者主要有测管、辅管（PY-3型只有测管，其内截面为14.32cm2，容积为650cm3）、水箱及各类阀门等部件；测管和辅管皆用有机玻璃制造，最小刻度为1mm,PY-2型测管内截面积为15.28cm2,PY-3型还配有液位显示仪，分辨率可提高到0.1mm。这部分的主要功能是控制进入旁压器的水量，由测管或液位仪测读孔壁土体受压后的相应变形值。加压稳压装置包括高压氮气瓶或人工打气筒、贮气罐、调压阀和相应的压力表。加压稳压均通过调压阀控制。这部分装置的主要功能是控制进入旁压器的压力。总之，土体所受压力和相应体积变形（通过量测测管水位下降值来实现）的关系通过控制箱得到了实现。
3.管路系统
管路是连接旁压器和控制箱的“桥梁”。其作用是将压力和水从控制箱送到旁压器。PY-2型有两根导压管和两根注水管，PY-3型有两根导压管，但只有一根注水管（图5―11）。亏册管路由尼龙1010材料制成，能经受高压，其长度由最大测试深度决定，一般有十余米长。连在旁压器上的管路能通过快速接头和控制箱很快地连接在一起。
图5―11 PY-3型旁压仪管路图
4.成孔工具等配件
预钻式要预先成孔，其成孔工具主要是勺钻（图5―12），配有高强度钢制造的勺形钻头、探杆和提土钻头。适用于一般粘性土。对于坚硬土层，应用轻型钻机成孔。
图5―者空盯12 成孔工具
PY型旁压仪适用于在粘性土、粉土和砂土等地层中进行测试。地层中如含有角砾石等，应用带金属铠装护套的旁压器，以免刺破橡皮膜。目前的测试压力已提高到2.5MPa，深度可达20m。如果选用强度更高的材料，提高阀门在高压下的密封性，其测试压力和深度还可提高。国外同类产品中，其测试压力已达12.5MPa（如Ménard GB型预钻式旁压仪），测试深度可达50m；有的已达70MPa，可测硬岩石（如美国Goodman52101型）。
（二）旁压仪的维修和保养
1.仪器主要部件的构造和维修
（1）皮膜式控制阀：其结构如图5―13示。
图5―13 皮膜式控制阀
1―旋轮；2―导向螺杆；3―拼帽（螺母）；4―阀塞；5―压环；6―皮膜；7―阀座
当顺时针旋转旋轮时，螺杆推动阀塞紧压皮膜于孔壁口，管路断开；当反时针转动旋轮时，皮膜靠自身弹力和管路中内压恢复原位，管路连通。以此达到使管路开闭的控制作用。
皮膜式阀门的优点是：密封性能良首和好，耐压高。缺点是：开闭无固定位置，操作凭手感，皮膜容易损坏或切入孔内，使管路堵塞，影响工作。闭合管路时，不宜将皮膜式阀门拧得过紧。工作完毕，必须将所有阀门松开，让皮膜回复至自由状态。一旦皮膜损坏，必须立即更换。
更换皮膜的顺序如下：将旋轮1旋下，松开螺母3，旋松导向螺杆2，并取下；用镊子取出压在皮膜上的压环5，取出旧皮膜6，换上新膜。更换新膜时，注意皮膜鼓形应向外。装配按拆卸的逆顺序进行。装配导向螺杆2时，注意不要拧得过紧，也不宜过松。过紧，皮膜紧密贴合孔口，使管路不畅通；过松，导致漏水漏气。
（2）卡套式管接头：其构造如图5―14示。
图5―14卡套式管接头
1―接头体；2―压紧螺母；3―密封圈；4―接管
该接头是靠压紧螺母2紧压密封圈3，使变形紧密贴合接管和接头体，形成硬性密封。装配试压后不宜拆卸，倘因需要拆修，再行装配后，其密封性能会显著下降。如无法保持其工作要求时，必须更换密封圈。更换方法如下：用细齿锉将密封圈锉开取下，注意不能锉伤接管，换上新的密封圈即可。当取下已损坏的密封圈，发现接管已经变形时，须同时更换接管，以保证接合质量。
（3）调压阀：构造如图5―15示。
调压阀的平衡工作原理是：顺时针旋动调压手柄1，主弹簧3压紧平衡膜片4，使顶杆6与溢流口14贴合，并沿轴向移动，推开进气堵头8，使工作室进气。当工作室和管路气压升至定值时，平衡膜片反向受压移动，顶杆受下弹簧9之力，经下顶杆11、堵头等传递回升，关闭进气口停止进气。当工作室和管路气压超过定值时，平衡膜片受工作室气压作用，压缩主弹簧向上移动，致使溢流口打开放出余气，气压降至定值。当工作室和管路因体积变化等原因使气压下降时，平衡膜又受主弹簧的作用将溢流口关闭，并推开进气口，使之进气升压。如此不断循环，达到稳压作用。
调压阀是仪器的关键部件。调压阀的精度直接影响试验成果的准确性；使用时，在未接通气源或气压时，不得旋动调压手柄进行无效调压。工作结束后，应立即将手柄旋松，使主弹簧恢复常态，以延长其工作寿命，并保持有相当的精度。
调压阀的常见故障及排除方法：
①调压后压力指针“爬行”：“爬行”主要是由于气流介质夹杂尘埃积聚在堵头表面，使进气口和堵头不能密合造成的；其次是因长久使用，堵头表面已有明显压痕，致使表面不平，与进气口无法密合。其排除方法是：旋下下气室12，从导套13中取出堵头，在放大镜下用酒精清洗堵头表面，使之无尘埃粘着。同时，用镊子夹带酒精药棉擦洗进气口端面；清洗时，注意防止将表面碰伤和出现划痕。倘在放大镜下观看已有划痕和碰伤时，必须更换堵头或进气口。
图5―15 调压阀构造图
1―手柄；2―上筒体；3―主弹簧；4―平衡膜片；5―阀体；6―顶杆；7―进气口；8―堵头；9―下弹簧；10―调节螺丝；11―下顶杆；12―下气室；13―导套；14―溢流口
②溢流口耗气：即溢流口在未超过额定工作压力时即自行排气不止。其排除方法是加大顶杆和溢流口的接触压力。将调节螺丝10顺时针往紧的方向旋动，至不耗气为止（考虑到调压阀的灵敏度，不宜拧得过紧）。若仍耗气时，必须取下溢流口，并将其接触平面进行研磨，使其与顶杆球面均匀接触。
③下气室漏气：一般是因下顶杆密封套老化所致，此时需更换密封胶套。
（4）快速接头：其组成结构如图5―16示。由于经常使用，使密封圈2磨损，影响密封性时，须立即更换。测试工作完毕，取下快速接头插管3后，应套上护套，严防泥沙从插管口进入导管内，损坏仪器。
图5―16 快速接头
1―插座；2―密封圈；3―插管
（5）旁压器：旁压器是测试用探头。其结构如图5―17示。
图5―17 旁压器构造图
1―导压、导水管；2―弹性膜；3―漏筒瓦；4―中心导管；5―铜节头；6―内压紧圈；7―管拼靴；8―拼帽；9―外压紧圈
当旁压器弹性膜破损需更换时，更换顺序如下：
①用小刀将旧膜割开，取下管拼靴7，松开各铜节头拼帽8，取下旧膜，同时取下两端铜节头上的内、外压紧圈6、9和拼帽；
②取下上、、下辅腔漏筒瓦，清洗杂质；
③将新膜内壁涂上肥皂液，从旁压器一端套进，并穿过该端中铜节头外压紧圈，经中腔漏筒瓦，使新膜位置与旁压器骨架位置正好相当，并套上两中铜节头外压紧圈；
④将新膜一端外翻（外翻时注意将膜与膜之间涂以肥皂液，以利润滑），直至露出中铜节头内压紧圈位置为止；
⑤套上内压紧圈，用勾形扳手将拼帽拼紧；
⑥装上端漏筒瓦（注意对号），将翻过端皮膜重又翻回；
⑦先后套上外压紧圈、内压紧圈、拼紧拼帽；
⑧另一端也按④―⑦顺序操作。
注意事项：各段皮膜经装配后必须紧密贴合旁压器骨架上，防止松弛。
2.仪器的装配和使用
（1）仪器装配：用三脚架作支座，用M20滚花铜螺母联结。
（2）高压氮瓶与仪器的联接：若使用高压氮气源时，将仪器附件减压表进气口端与氮瓶联结，出气口接上φ6×1尼龙管，另一端与仪器注有“氮气源”字样的接头联接。
3.旁压仪的调试
工作前，应对仪器进行调试，其目的是检查仪器是否正常；倘有异常现象，必须处理排除，以免工作中断。
（1）工作前的注水标准检查：按操作顺序注水，发现注水缓慢或不进水时，说明注水系统已阻隔或堵塞。常见出现故障处是注水阀，一般是阀门皮膜贴合孔口所致。此时，可不必拆卸阀门，用“反冲法”排除故障。排除方法是：给储气罐加压至0.5MPa以上，并关闭排水阀和调零阀，将其余阀门打开，给管路缓慢加压（加压前须将旁压器放入标定筒内，并将水箱注水盖打开）。当听到水箱有水噪声时，即表明管路已经通畅。当压力加至0.5MPa以上时，若水箱仍无水噪声，说明管路堵塞严重。此时，须拆管检查，一般发生堵塞的部位是注水阀和注水阀至水箱管道，其它部位不得轻易拆动。
（2）弹性膜渗水检查：仪器注水后，将旁压器在无外力约束的状态下立放在仪器旁边，缓慢给旁压器加压至0.05MPa；待弹性膜胀大时，检查膜上有无渗漏现象，凡有渗漏者，需立即更换弹性膜。
（3）内插管使用方法说明：
图5―18 3号孔内插管（图中数字为孔号）
此种内插管是3号孔专用的。做弹性膜约束力校正试验时，要把此种管拔出3号孔；试验完毕后，重新插入做其它试验。
此种内插管可在1号、2号及氮气源中互配使用。
4.显示仪调整使用说明
（1）将仪表接通电源，联接电测管输出插头；在测试前，预热半小时后方可进行校正。
（2）校正时，需将旁压器1号、2号孔快速插头拔出，换上本仪器配用的专用插头连接管，使1号、2号孔沟通。
（3）校正过程：
图5―19 1,2及氮气源孔专用插管
①按操作顺序注水，将测管水位注满至零刻度线处，然后调整调零旋纽至显示仪表输出为400mV；
②打开注水阀，稍加压（压力应小于0.05MPa，将水回至水箱）使测管水位逐渐降至测管400mm处，调整调零旋纽至仪表输出为零；
③再按上述方法反复调整几次，显示仪方可进行实地记录；
④切勿调整调零锁紧螺母。该调零已在仪器出厂前调试好，待进行仪器清洗测管时再进行调整。
（三）仪器出厂检验标准
PY型旁压仪出厂前的主要检验项目有：
（1）稳定性：在各级工作压力等级下，初调1min内的允许波动值应小于或等于0.0025MPa;
（2）密封性：在额定工作压力下，切断气源试压4h，仪器的压力下降值应小于或等于0.1MPa;
（3）调压值：最大可调压值不得低于2.5MPa;
（4）注水：注水压力在小于0.05MPa时，5min内应注满工作腔和回路；
（5）水箱清洁度：水箱内应无任何造成管路堵塞和影响测量管透明度的杂物存在；
（6）快速接头和仪器管道耐压：不得低于2.5MPa;
（7）液位显示仪的绝对误差：液位显示仪的显示数与标示数，在全程400mm时最大误差绝对值不得超过4mm。