随着岩土工程测试技术的发展，人们认识到获得不扰动或较少扰动土样进行常规室内试验是非常困难的。自钻式旁压试验是岩土工程勘察中一种原位测试技术，实质上是一种利用钻孔做的横向载荷试验。自钻式旁压仪( SBPM) 采用自钻技术，可以使土层的天然结构和应力状态在测试前保持不变，因而能够更加准确地得出原位土体的力学参数，具有广阔的应用前景; 而且无需采样、制样就可以得到原位土体的力学参数，节省时间; 因此特别适合如砂土、淤泥质土等难于采样、强度低的土层强度试验。对于这些土体大量分布的滨海平原、河口三角洲等地的岩土工程测试工作大有裨益。经过多年的发展，作为一种有效的原位测试工具，自钻式旁压仪已经得到广泛的应用。Gibson等首次提出了旁压试验曲线( 膨胀应力－径向应变曲线) 的解释方法，假定旁压仪无限长，周围土体的变形满足轴对称和平面应变条件，在破坏之前土体的变形为弹性变形且没有体积变化。但在实际原位试验中，旁压仪的长径比L /D( 测定器长度与直径之比) 一般为4 或6，而非无限长。因此，采用Gibson 等分析方法计算得到的土体强度不可避免地出现误差，而且相关学者发现其值往往大于其他原位或室内试验得到的强度值。Yeung 等与Yu认为，利用上述解释方法确定的SBPM 不排水剪切强度大于高质量室内试验结果的主要原因是几何尺寸假设。Houlsby 等把土体理想化为遵从Tresca 准则的弹性－完全塑性材料，并通过与无限长L /D 时试验的比较对L /D 为4、6 和10 时的结果进行了修正。Yu 等通过有限元模拟研究表明，由于忽视旁压仪有限长度而对土体强度的高估受到计算时所采用土体模型的显著影响，并基于临界状态理论给出3 个不同应变区间上su的修正结果。郝冬雪，郝冬雪等基于修正的剑桥模型，利用有限元法分析了旁压仪长径比对不排水剪切强度的影响，建议了不同应力历史下确定饱和黏土不排水剪切强度的应变区间; 并认为当OCＲ= 1，L/D= 20 时所确实的土体强度与无限长时基本相同。
之前关于旁压仪不同长径比的研究主要集中于应用有限元法对强度参数的修正与计算模型的选择上，然而对不同L /D 测定器周围土体加载条件下的变形响应则研究较少。而各个土颗粒的平移和转动及其相互作用是土体变形乃至破坏主要原因。所以，有必要对SBPM 试验过程中土颗粒在不同L /D测定器作用下的细观变形响应进行研究。Cundall 等基于分子动力学原理提出了适用于土力学的颗粒流程序，在PFC3D程序中，数值试样是由成千上百个大小不一的球形颗粒单元组成，赋予球颗粒不同的接触模型( 接触刚度模型、滑动分离模型和黏结模型) 来使颗粒集合体表现出复杂的本构性质，通过调整接触模型可以模拟不同的物理现象。因此，它不仅可以直接模拟球形颗粒之间的运动和相互作用，而且还可以使几个球颗粒连接在一起形成任意形状的颗粒组，来模拟研究颗粒形状对力学参数的影响。另外，也能够通过使各个颗粒相互黏结在一起来模拟具有弹性性质的脆性固体，当黏结破坏时，这个固体也能够产生裂纹。同时，PFC3D能够模拟大变形问题，而且可以监测每个球颗粒和数值试样的位移和速度变化，因此能够很方便地研究结构物与周围球颗粒试样的相互作用。自从1986 年王泳嘉在国内首次介绍离散元方法及其程序之后，PFC3D 在岩土工程中已得到广泛的应用，表明了PFC3D程序在模拟散粒体物质和岩体的力学响应方面具有很大的优势。本文运用颗粒流PFC3D 程序，借助其在模拟土与结构物之间相互作用、大变形等方面的优势，建立数值模型，模拟了不同长径比SBPM 试验的加载膨胀过程并对试验结果进行分析研究。所建PFC3D模型不仅可以给出不同L /D 测定器周围数值试样的位移场变化，还可得到不同L /D 数值试样中应力的分布形式，重点从测定器周围土体来揭示测定器—土相互作用规律，从而更全面地理解了测定器—土之间相互作用机理。本文主要研究了砂颗粒与测定器之间的相互作用，今后将着重研究SBPM 试验中黏性土材料的细观响应。
首次应用PFC3D 模拟了不同长径比SBPM 试验，得到如下结论: 数值试验中，不同长径比所得到的位移场分布可分为两种情况: 当L /D = 6 时，所得位移场分布形态为外围位移等值线为圆弧形的“灯笼状”; 当L /D 大于6 时，位移场等值线仅在测定器肩部呈弧形，而外围位移线近似为竖直线。数值试样中径向应力在测定器附近两侧近似对称出现数个应力集中区，且当L /D= 6 时的土体应力小于后三者。根据长径比的不同，可把测定器周围土体受力分为两种形式: 当L /D 小于某一值时，测定器周围土体的应力分布呈“弧形壁灯笼状”，此时在测定器高度上不符合轴对称和平面应变条件; 当L /D 大于某一值时，应力分布呈“直壁灯笼状”，此时在测定器高度上的应力分布较均匀，即长径比越大，在垂直方向上越接近于轴对称和平面应变条件，在这种情况下，随着L /D 的增大，周围土体中的应力逐渐减小。 当孔应变一定时，随着长径比的增加，所需内压力呈负指数减少，并逐渐趋于稳定。
