巖體變形原位測試

1、關于巖體變形的原位測試第一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(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巖體施加外荷載，進而求取巖體力學參數(shù)的試驗方法，是巖土工程勘察的重要手段之一。優(yōu)點:是對巖體擾動小，盡可能地保持了巖體的天然結構和環(huán)境狀態(tài)，使測出的巖體力學參數(shù)直觀、準確；缺點:試驗設備笨重、操作復雜、工期長、費用高。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)的巖體力學性質。因此，要取得整個工程巖體的力學參數(shù)，必須有一定數(shù)量試件的試驗數(shù)據(jù)用統(tǒng)計方法求得。 第二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月巖體原位測試一般應遵循以下程序進

2、行： (1)試驗方案制訂和試驗大綱編寫。這是巖體原位試驗工作中最重要的一環(huán)。其基本原則是盡量使試驗條件符合工程巖體的實際情況。因此，應在充分了解巖體工程地質特征及工程設計要求的基礎上，根據(jù)國家有關規(guī)范、規(guī)程和標準要求制訂試驗方案和編寫試驗大綱。試驗大綱應對巖體力學試驗項目、組數(shù)、試驗點布置、試件數(shù)量、尺寸、制備要求及試驗內(nèi)容、要求、步驟和資料整理方法作出具體規(guī)定，以作為整個試驗工作中貫徹執(zhí)行的技術規(guī)程。第三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 (2)試驗。包括試驗準備、試驗及原始資料檢查、校核等項工作。這是原位巖體力學試驗最繁重和重要的工作。整個試驗應遵循試驗大綱中規(guī)定的內(nèi)容、要求和步驟

3、逐項實施并取得最基本的原始數(shù)據(jù)和資料。 (3)試驗資料整理與綜合分析。試驗所取得的各種原始數(shù)據(jù)，需經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計、回歸分析等方法進行處理，并且綜合各方面數(shù)據(jù)(如經(jīng)驗數(shù)據(jù)、室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)、經(jīng)驗估算數(shù)據(jù)及反算數(shù)據(jù)等)提出巖體力學計算參數(shù)的建議值，提交試驗報告。第四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 巖體變形試驗 巖體變形參數(shù)測試方法有靜力法和動力法兩種。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，計算巖體的變形參數(shù)。 動力法是用人工方法對巖體發(fā)射或激發(fā)彈性波，并測定彈性波在巖體中的傳播速度，然后通過一定的關系式求巖體的變形參

4、數(shù)。第五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月在國內(nèi)測定巖體變形性的試驗方法較多，按荷載的性質可分為兩大類：靜力法和動力法。靜力法：（1）承壓板法（剛性承壓板法和柔性承壓板法）；（2）狹縫法（刻槽法）；（3）單（雙）軸壓縮法；（4）隧洞水壓變形法（封閉硐室法）；（5）鉆孔變形測試法；（6）徑向液壓枕法或雙筒法；（7）鋼索錨固加荷法；（8）三軸壓縮試驗；動力法：地震試驗；聲波試驗；超聲波試驗。第六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一、承壓板法 承壓板法又分為剛性承壓板法和柔性承壓板法，我國多采用剛性承壓板法。該方法的優(yōu)點是簡便、直觀，能較好地模擬建筑物基礎的受力狀態(tài)和變形特征。除常規(guī)

5、的承壓板法外，還有一種承壓板下中心孔變形測試的方法，即在承壓板下試驗體中心打一測量孔，采用多點位移計測定巖體不同深度處的變形值。此外，國際巖石力學學會測試委員會還推薦了一種現(xiàn)場孔底承壓板法變形試驗。 第七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月(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數(shù)量級以上)對半無限空間巖體表面施加壓力并量測各級壓力下巖體的變形；按彈性理論公式計算巖體變形參數(shù)的方法。該方法視巖體為均質、連續(xù)、各向同性的半無限彈性體；根據(jù)布辛涅斯克公式，可推導出測點在板內(nèi)的圓形板計算公式：式中：E0巖體的變形模量（Ee巖體的彈性模量）；W0巖體的總變形；（We巖體

6、的彈性變形）p承壓板上單位面積壓力；巖體的泊松比；d承壓板的直徑。 第八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月承壓板的剛度問題（1）剛性墊板要求有足夠的剛度，即承壓板的厚度與基巖的彈性模量成正比，彈模愈大，板的厚度也愈大，否則難以滿足壓力均勻要求，承壓面積則較小(直徑3040cm)。（2）柔性墊板壓力傳遞較均勻，承壓面積也較大(直徑80cm)，有利于反映試點的裂隙影響，但相應要增大加載設備的容量。 第九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月當基巖較好、裂隙較少時，宜采用柔性墊板法，但測試操作較復雜；當基巖破碎，裂隙發(fā)育時，宜采用剛性墊板法。雖然剛性墊板法的測試操作簡單，但因設備較笨重，

7、安裝往往會帶來困難；且在測定荷載時，不能消除千斤頂?shù)哪Σ磷枇统袎喊暹吘壱滓鸬膽?。承壓板的荷載面積與巖石的彈模相關關系是比較復雜的。據(jù)日本研究的結果認為：當基巖裂隙間距小于10cm時，采用直徑為80cm的柔性承壓板與直徑30cm的剛性承壓板在同一基巖部位測試，其結果兩者相當一致。第十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月壓板的剛度對試驗的結果影響較大。承壓板的剛度是相對巖體而言的，判斷壓板是剛性還是柔性，可用下式： S為圓形承壓板的柔性指數(shù)； 為承壓板的泊松比； 為承壓板的彈性模量，MPa； 為巖體的泊松比； 為巖體的彈性模量，MPa； 為承壓板半徑，cm； 為承壓板厚度，cm；當

8、 時，為絕對剛性；當 時，為有限剛度；當 時，為絕對柔度；式中，第十一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月剛性承壓板法試驗安裝示意圖1-砂漿頂板；2-鋼墊板；3-傳力柱；4-圓形鋼墊板；5-標準壓力表；6-液壓千斤頂；7-高壓管（接油泵）；8-磁性表架；9-工字鋼梁；10-鋼板；11-剛性承壓板；12-標點；13-千分表；14-滾排軸；15-混凝土支墩；16-木樁；17-油泵（接千斤頂）18-木墊板；19-木梁第十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月承壓板法所需儀器設備及規(guī)格要求如下：（1）加壓系統(tǒng)液壓千斤頂1臺，其出力應根據(jù)巖體的堅硬程度、最大試驗壓力及承壓板面積等選定，并按規(guī)

9、范要求進行率定。油泵1臺，手搖式或電動式均可，最大壓力40100MPa。高壓油管(銅管或軟管)及高壓快速接頭。壓力表1個，精度為一級，量程10100MPa。穩(wěn)壓裝置。第十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月(2)傳力系統(tǒng)剛性承壓板，金屬質，應具有足夠的剛度，厚度3cm，面積約20002500cm2。鋼墊板若干塊，面積等于或略小于承壓板，厚度23cm。傳力柱，應有足夠的剛度和強度，其長度視試硐尺寸而定。鋼質楔形墊板若干塊。第十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月(3)量測系統(tǒng)測量支架，兩根具有足夠剛度和滿足邊界條件要求長度的鋼質支架，用以固定磁性表架。量測儀表，百分表、千分表或電

10、子千分表48只，量測巖體變形用。磁性表架48個。測量標點48個，銅質或不銹鋼質，標點表面應平整光滑。溫度計1支，精度0.1，測量實驗硐溫度。第十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月試驗準備工作1.試點制備應根據(jù)工程需要和工程地質條件選擇代表性試驗地段和試驗點位置，在預定的試驗點部位制備試件，具體要求如下：(1)試點開挖時，應盡可能減少對巖土體的擾動和破壞。(2)試點受壓方向應與建筑物基礎的實際受力方向一致。(3)試點的邊界條件應滿足下列要求：承壓板邊緣至硐側壁的距離應大于承壓板直徑的1.5倍；承壓板邊緣至硐口或掌子面的距離應大于承壓板直徑的2倍；承壓板邊緣至臨空面的距離應大于承壓板直徑

11、的6倍；兩試件邊緣間的距離應大于承壓板直徑的3倍；試件表面以下3-3.5倍承壓板直徑深度范圍內(nèi)的巖性宜相同。第十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月(4)試點范圍內(nèi)受擾動的巖體應清除干凈并鑿平整，清除的深度視巖體受擾動的程度而定。(5)安放承壓板處的巖石表面宜加鑿磨平，巖面起伏差不宜大于承壓板直徑的1。當巖體破碎而達不到要求時，應盡可能加鑿磨平或用砂漿填平。承壓板以外，試驗影響范圍以內(nèi)的巖面也應大致平整，無松動巖塊和碎石。(6)試件面積應略大于承壓板，其中加壓面積不宜小于2500cm2。(7)試驗反力裝置部位應能承受足夠的反力，在大約3030cm2范圍內(nèi)大致平整，以便澆注混凝土或安裝反

12、力裝置。 第十七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2.試點地質描述試點的地質描述是整個試驗工作的重要組成部分，它可為試驗成果分析整理和指標選擇提供可靠的地質依據(jù)。包括如下內(nèi)：（1）試點編號、位置、尺寸、層位。（2）試硐編號、位置、硐底高程、方位、硐深、斷面形狀及尺寸、開挖方及日期等。（3）試點開挖方法及出現(xiàn)的巖體變形破壞等情況。（4）巖石名稱、結構、構造及主要礦物成分；巖體的風化程度、風化特點及其抗風化能力。 第十八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月(5)層理、片理、劈理、節(jié)理裂隙、斷層等各類軟弱結構面的產(chǎn)狀及其受力方向的關系以及寬度、延伸情況、連續(xù)性、密度等。結構面成因類型、

13、力學屬性、粗糙程度、填充物的性質、成分和軟化、泥化情況，巖脈穿插情況及其與圍巖的接觸關系。(6)水文地質條件：地下水的類型、化學成分、活動規(guī)律、出露位置、滲水量大小。(7)地質描述應提交的圖件包括：試點地質素描圖、裂隙統(tǒng)計圖表及相應的照片，試點地質縱橫剖面圖，試件地質素描圖等（8）巖爆、硐室變形等初始應力現(xiàn)象。 第十九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3.安裝傳力系統(tǒng)（1）在制備的試件表面抹一層加有速凝劑（如1-2%的氯化鈣和適量的水玻璃）的高標號(不低于400#)水泥漿，其厚度以填平巖面起伏為準，然后放上承壓板，用手錘輕擊承壓板，以使承壓板與巖面緊密接觸，將部分水泥漿擠出，使承壓板與

14、巖面間水泥漿盡可能薄些。（2）剛性承壓板必須有足夠的剛度，為增大承壓板的剛度，應在承壓板上疊置34塊厚23cm的鋼墊板。 第二十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）依次放上千斤頂、傳力柱及鋼墊板等，傳力柱必須有足夠的剛度和強度，安裝時應注意使整個系統(tǒng)所有部件保持在同一中心軸線上且與加壓方向一致。（4）頂板(或稱后座)用加速凝劑的高標號水泥沙漿澆成，澆好后起動液壓千斤頂（或楔緊楔塊），使整個傳力系統(tǒng)各部位接合緊密，并經(jīng)一定時間的養(yǎng)護備用。第二十一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月4.量測系統(tǒng)安裝（1）標點位置：在承壓板4個小孔下各設一個標點；在承壓板外，沿硐軸方向，可埋設若干

15、標點，各標點間距不超過承壓板半徑。有條件時，還可以沿垂直硐軸方向在承壓板兩側的對稱軸上布置標點。（2）在承壓板兩側，平行硐軸方向，各安放測表支架一根，支承形式以簡支梁為宜，支撐表架的支點必須安放在試驗影響范圍以外，即支點距承壓板的距離應大于某一定值，一般為承壓板直徑的1.5倍，不得小于1倍，并用混凝土澆注在巖體上，以防止支架在試驗過程中產(chǎn)生沉陷或松動。第二十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）通過安放在測量表支架上的磁性表座或萬能表架，在承壓板及其以外測量標點部位安裝測表(百分表或千分表)。安裝測表時應注意：(a)測表表腿與承壓板或巖面標點垂直且伸縮自如，避免被夾過緊或松動；(b

16、)采用大量程測表時，應調(diào)整好初始讀數(shù)，盡量避免或減少在測試過程中凋表；(c)測表應安在適當位置，便于讀數(shù)和調(diào)表；(d)磁性表架的懸臂桿應盡量縮短，以保證表架有足夠的剛度。第二十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月實驗步驟（1）試驗壓力確定試驗最大壓力一般按設計壓力的1.2倍確定，壓力分5-10級，用最大壓力等分并取整的分級方法。據(jù)液壓千斤頂(或液壓枕)的率定曲線，標準壓力表刻度，活塞及承壓板面積，計算出施加壓力與壓力表讀數(shù)關系的加壓表。測讀各測表的初始讀數(shù)，加壓前每10min讀數(shù)一次，連續(xù)三次讀數(shù)不變，即可開始加壓。第二十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）加壓將確定的最

17、大壓力分為5-10級并分級施加壓力；加壓方式一般采用逐級一次循環(huán)加壓法，必要時可采用逐級多次循環(huán)法。加壓后立即讀數(shù)一次，此后每隔10min讀一次數(shù)，直到變形穩(wěn)定后卸壓；卸壓過程中的讀數(shù)要求與加壓相同；在加卸壓過程中，壓力下的變形也應測讀一次；板外測點可在板上測表讀數(shù)達到穩(wěn)定后一次性讀數(shù)。變形穩(wěn)定標準，當所有承壓板上測表相鄰兩次讀數(shù)之差W0與同級壓力下第一次讀數(shù)與前一級壓力下最后一次變形讀數(shù)差W0之比，即W0/ W0，比值小于5%時，認為變形已穩(wěn)定。某級壓力加完后卸壓，卸壓時應注意除最后一級壓力卸至零外，其他各級壓力均應保留接觸壓力(0.10.05MPa)，以保證安全操作，避免傳力柱傾倒及頂板坍

18、塌。第二十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月試驗荷載分級，Pi=(0.1-0.2)Pmax，等分取整。加卸荷方法與工程荷載作用于工程巖體的方式一致。 （1）逐級一次循環(huán)加卸荷pw第二十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 （2）逐級多次循環(huán)加卸荷 pw（3）一級多次循環(huán)加卸荷pw第二十七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 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）。然后計算E0、Es. w0=wp+wewp為永久變形（殘余變形），裂隙及充填物的變形。pw wpwep0第二十八張，PPT共四十二

19、頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）重復加壓第一級壓力卸完后，接著加下一級壓力，如此反復直至最后一級壓力，各級壓力下的讀數(shù)要求與穩(wěn)定標準相同。（4）測表調(diào)整與調(diào)換當測表被碰動或將走完全量程時，應在某級變形穩(wěn)定后及時調(diào)整；對不動或不靈敏的測表，也應及時更換；調(diào)表時應記錄與所調(diào)表同支架上所有測表調(diào)整前后的讀數(shù)；調(diào)整后，要進行穩(wěn)定讀數(shù)，等讀數(shù)穩(wěn)定后方可繼續(xù)試驗。第二十九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（5）記錄在試驗過程中，應認真填寫試驗記錄表格并觀察試件變形破壞情況，最好是邊讀數(shù)、邊記錄、邊點繪承壓板上代表性測表的壓力-變形關系曲線，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正處理。（6）試驗設備拆卸試驗完畢后，應及時拆

20、除試驗裝置，其步驟與安裝步驟相反。第三十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月資料整理（1）參照試驗現(xiàn)場點繪的測表壓力變形曲線，檢查、核對試驗數(shù)據(jù)，剔除或糾正錯誤的數(shù)據(jù)。（2）變形值計算，調(diào)(換)表前一律以某級讀數(shù)與初始讀數(shù)之差作為某級壓力下的變形值，換表后的變形值用調(diào)(換)表后的穩(wěn)定值作為初始讀數(shù)進行計算；兩次計算之和為該表在某級壓力下所測總變形值。以承壓板上各有效表的總變形值的平均值作為總變形值。（3）繪制P-W關系曲線。 以壓力P (MPa)為縱坐標、變形值W（以10-4cm）為橫坐標，繪制P-W關系曲線。在曲線上求取某壓力下巖體的彈性變形、塑性變形及總變形值。第三十一張，PPT共四

21、十二頁，創(chuàng)作于2022年6月按下式計算變形模量及彈性模量、變形系數(shù)（D）式中：Wp為巖體塑性變形；W0為巖體總變形第三十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、狹縫法1、基本原理： 在巖面上開一狹縫，將液壓枕放入，再用水泥砂漿填實；待砂漿達到一定強度后，對液壓枕加壓；利用布置在狹縫中垂線上的測點量測巖體的變形，進而根據(jù)彈性力學公式計算巖體的變形模量。狹縫法試驗，采用液壓枕加壓，適用于完整和較完整巖體。第三十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月狹縫法試驗裝置示意圖1-扁千斤頂；2-槽壁；3-油管；4-測桿；5-百分表（絕對測量）；6-磁性表架；7-測量標點；8-砂漿；9-標準壓力

22、表；10-千分表（相對測量）；11-油泵； 第三十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月實驗設備矩形液壓枕；液壓泵及管路；壓力表；測表支架；變形測表；磁性表座；測量標點。第三十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月試驗準備工作1.試點制備在預定試驗的巖體表面，修鑿一平面。在工程巖體實際受力方向上的長度，不宜小于狹縫長度的3倍，寬度不宜小于狹縫長度的3倍。在此范圍內(nèi)的巖體性質應相同。試點表層受擾動的巖體宜清除干凈。試點表面應修鑿平整，表面起伏差不宜大于狹縫長度的2%。在巖面長度方向對稱軸的中部，垂直巖面刻鑿一條狹縫。狹縫長度宜為液壓枕長度的1.05倍；狹縫深度宜為液壓枕的寬度，狹縫寬度宜大于液壓枕厚度1cm。狹縫內(nèi)的加壓面積不宜小于1500cm2，加壓長度不宜小于50cm，加壓寬度不宜小于30cm，寬長比宜為0.6-1.0。第三十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2.試點地質描述與承壓板法類似；3.安裝傳力系統(tǒng)注意事項當液壓枕為水平面放置時，在狹縫底部鋪墊一層水泥漿，將狹縫底部巖體表面抹平，隨后放置底部凹槽已用水泥砂漿填平并經(jīng)養(yǎng)護的液壓枕，用水泥漿將狹縫充填。當液壓枕為鉛垂向放