巖土工程勘察課件5巖體原位測試.ppt

第五章 巖體原位測試 第一節(jié) 概述 巖體原位測試是在現(xiàn)場制備試件模擬工程作用對(duì)巖體施加外荷載，進(jìn)而求取巖體力學(xué)參數(shù)的試驗(yàn)方法，是巖土工程勘察的重要手段之一。巖體原位測試的最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)巖體擾動(dòng)小，盡可能地保持了巖體的天然結(jié)構(gòu)和環(huán)境狀態(tài)，使測出的巖體力學(xué)參數(shù)直觀、準(zhǔn)確；其缺點(diǎn)是試驗(yàn)設(shè)備笨重、操作復(fù)雜、工期長、費(fèi)用高。另外，原位測試的試件與工程巖體相比，其尺寸還是小得多，所測參數(shù)也只能代表一定范圍內(nèi)的巖體力學(xué)性質(zhì)。因此，要取得整個(gè)工程巖體的力學(xué)參數(shù)，必須有一定數(shù)量試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)用統(tǒng)計(jì)方法求得。,巖體原位測試一般應(yīng)遵循以下程序進(jìn)行： (1)試驗(yàn)方案制訂和試驗(yàn)大綱編寫。這是巖體原位試驗(yàn)工作中最重要的一環(huán)。其基本原則是盡量使試驗(yàn)條件符合工程巖體的實(shí)際情況。因此，應(yīng)在充分了解巖體工程地質(zhì)特征及工程設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)要求制訂試驗(yàn)方案和編寫試驗(yàn)大綱。試驗(yàn)大綱應(yīng)對(duì)巖體力學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目、組數(shù)、試驗(yàn)點(diǎn)布置、試件數(shù)量、尺寸、制備要求及試驗(yàn)內(nèi)容、要求、步驟和資料整理方法作出具體規(guī)定，以作為整個(gè)試驗(yàn)工作中貫徹執(zhí)行的技術(shù)規(guī)程。,(2)試驗(yàn)。包括試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)及原始資料檢查、校核等項(xiàng)工作。這是原位巖體力學(xué)試驗(yàn)最繁重和重要的工作。整個(gè)試驗(yàn)應(yīng)遵循試驗(yàn)大綱中規(guī)定的內(nèi)容、要求和步驟逐項(xiàng)實(shí)施并取得最基本的原始數(shù)據(jù)和資料。 (3)試驗(yàn)資料整理與綜合分析。試驗(yàn)所取得的各種原始數(shù)據(jù)，需經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)、回歸分析等方法進(jìn)行處理，并且綜合各方面數(shù)據(jù)(如經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)估算數(shù)據(jù)及反算數(shù)據(jù)等)提出巖體力學(xué)計(jì)算參數(shù)的建議值，提交試驗(yàn)報(bào)告。,第二節(jié) 巖體變形試驗(yàn) 巖體變形參數(shù)測試方法有靜力法和動(dòng)力法兩種。靜力法的基本原理是：在選定的巖體表面、槽壁或鉆孔壁面上施加一定的荷載，并測定其變形；然后繪制出壓力-變形曲線，計(jì)算巖體的變形參數(shù)。據(jù)其方法不同，靜力法又可分為承壓板法、狹縫法、鉆孔變形法及水壓法等。動(dòng)力法是用人工方法對(duì)巖體發(fā)射或激發(fā)彈性波，并測定彈性波在巖體中的傳播速度，然后通過一定的關(guān)系式求巖體的變形參數(shù)。據(jù)彈性波的激發(fā)方式不同，又分為聲波法和地震法。,一、承壓板法 承壓板法又分為剛性承壓板法和揉性承壓板法，我國多采用剛性承壓板法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡便、直觀，能較好地模擬建筑物基礎(chǔ)的受力狀態(tài)和變形特征。除常規(guī)的承壓板法外，還有一種承壓板下中心孔變形測試的方法，即在承壓板下試體中心打一測量孔，采用多點(diǎn)位移計(jì)測定巖體不同深度處的變形值。此外，國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)測試委員會(huì)還推薦了一種現(xiàn)場孔底承壓板法變形試驗(yàn)。,(一)基本原理 剛性承壓板法是通過剛性承壓板(其彈性模量大于巖體一個(gè)數(shù)量級(jí)以上)對(duì)半無限空間巖體表面施加壓力并量測各級(jí)壓力下巖體的變形；按彈性理論公式計(jì)算巖體變形參數(shù)的方法。該方法視巖體為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的半無限彈性體；根據(jù)布辛湟斯克公式，剛性承壓板下各點(diǎn)的垂直變形(W)可表示為：,式中：A：承壓板面積；E0：巖體的變形模量；p：承壓板上單位面積壓力；：巖體的泊松比；m：與承壓板形狀、剛度有關(guān)的系數(shù)。 根據(jù)上式，量測出某級(jí)壓力下巖體表面任一點(diǎn)的變形量，即可求出巖體的變形模量 (E0)。,通過現(xiàn)場靜力加卸荷，測定Pw曲線，取得巖體變形比例極限（P0）以內(nèi)的某一定壓力下的總變形量（w0）及彈性變形量（we）。然后計(jì)算E0、Es. w0=wp+we wp為永久變形（殘余變形），裂隙及充填物的變形。,p,w,wp,we,p0,（二）試驗(yàn)方法 （1）平面加荷法： 承壓板法、狹縫法（液壓枕） （2）環(huán)形加荷法（水壓洞室試驗(yàn)） （三）試驗(yàn)設(shè)備 1、加壓系統(tǒng)：油壓千斤頂、液壓枕、圓形水壓室， 油泵、高壓膠管 2、傳力系統(tǒng)：承壓板（45#鋼，3cm厚）、墊板（A3 鋼，2-3cm）、傳力柱（厚壁鋼管） 3、量測系統(tǒng)：壓力表、千分表、測表支架、測量標(biāo)點(diǎn),（四）試驗(yàn)要求 1、試驗(yàn)一般在平硐中進(jìn)行（承壓板法、環(huán)形加壓法），狹縫法可在地面進(jìn)行。 2、試驗(yàn)最大荷載PmaxP0（比例極限）， Pmax=1.2P， P為建筑物基礎(chǔ)底面設(shè)計(jì)壓力。 3、試驗(yàn)荷載分級(jí)，Pi=(0.1-0.2)Pmax，等分取整。 4、加卸荷方法與工程荷載作用于工程巖體的方式一致。 （1）逐級(jí)一次循環(huán)加卸荷,p,w,（2）逐級(jí)多次循環(huán)加卸荷,p,w,（3）一級(jí)多次循環(huán)加卸荷,p,w,5、變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) w/w 5% w相鄰兩次讀數(shù)差（10分鐘讀數(shù)一次） w相鄰兩級(jí)壓力變形讀數(shù)差 （五）試驗(yàn)成果 1、繪制pw曲線 2、計(jì)算E0、Es E0=pb(1-2)/w0 Es=pb(1-2)/we P-承壓板單位面積壓力（MPa)，b-承壓板直徑或邊長（m）， -泊松比，w0總變形（m），we彈性變形（m）， 剛度系數(shù)。,3、環(huán)形法計(jì)算公式（用于深部巖體有壓洞室） （1） E0=p(1+)r/y p試洞內(nèi)水壓力（105Pa