巖體力學(xué)性能的現(xiàn)場測試

巖體力學(xué)性能的現(xiàn)場測試

由于室內(nèi)的巖樣存在體積小、脫離巖體的地質(zhì)力學(xué)性能的全貌等缺點(diǎn)，因而不能充分反映巖體的力學(xué)性能。而巖體的野外現(xiàn)場測試就較為全面的反映巖體力學(xué)性能的全貌，這是室內(nèi)試驗(yàn)所不及的。本節(jié)我們討論巖體的變形性能和強(qiáng)度特性的現(xiàn)場試驗(yàn)。

一、巖體的變形試驗(yàn)

巖體的變形試驗(yàn)有靜力法和動力法兩種。

靜力法是指巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)時以靜力荷載進(jìn)行加載。動力法是指施加于巖體上的荷載為動力荷載。動力法的現(xiàn)場測定在第三章已介紹，這里介紹靜力法求現(xiàn)場巖體的變形模量。常用的靜力法有千斤頂法荷載試驗(yàn)（或稱平板荷載法）、徑向荷載試驗(yàn)（如雙筒法）和水壓法。通常求算巖體的彈性模量及變形模量用千斤頂法，求巖石的彈性抗力系數(shù)采用雙筒法。1.定義：用千斤頂加荷于墊板上，使荷載傳到巖體中，也稱千斤頂法。2.設(shè)備裝置的主要組成（圖4－32)：（1）墊板（承壓板);一般為方形或圓形，面積為0.25-1.20mm2、材料彈性也可為剛性。（2）加荷裝置（千斤頂或壓力枕）;加荷為500kN-3000kN，加荷方法有小循環(huán)和大循環(huán)兩種。小循環(huán)分為多次循環(huán)和單次循環(huán),見圖4-33。多次小循環(huán)加載比相同荷載下常規(guī)加載巖體產(chǎn)生的總變形大(蠕變現(xiàn)象)（3）傳力裝置（傳力支柱、傳力柱墊板）;（4）變形量測裝置（測微計）;（一）千斤頂法荷載試驗(yàn)頂、底板加載邊墻加載圖4-33巖體現(xiàn)場變形試驗(yàn)加荷過程示意圖3.測試巖體的變形可在墊板下面測定，也可在通過墊板中心的軸線上距墊板一定距離處量測單次小循環(huán)大循環(huán)多次小循環(huán)P-壓力T-時間4.算式(測出壓力和位移，由下列公式計算巖體的變形模量E)把巖體看作一個彈性半無限空間，用布辛涅斯克方程求得巖體表面的垂直向位移。(1)墊板為柔性墊板(3種位移)a.巖體表面上墊板的中點(diǎn)處垂直位移（4-80）式中：p-荷載;r-墊板的半徑;μ-巖體的泊松比;E——巖體的彈性模量b.墊板的平均位移（4－81）式中，A-受荷表面的面積；m-系數(shù)它取決于墊板的形狀、剛度以及荷載分布等情況，其m值可見表4－5c.帶孔柔性墊板(中心有孔的壓力枕)中心點(diǎn)的垂直位移（4－83)注：在圓形板下不同荷載類型時，其相應(yīng)的m值可見表4－6（2）墊板為剛性墊板時（4－82）式中：a和b為墊板的邊長（二）徑向荷載試驗(yàn)（求抗力系數(shù)K和彈模E）要點(diǎn)：在巖體中開挖一個圓筒形洞室，然后在這個洞室的某一段長度上施加垂直于巖體表面的均勻壓力。水施加壓力的為水壓法；用壓力枕施加壓的為壓力枕法(又稱奧地利荷載試驗(yàn))圖4-35所示試驗(yàn)是靠一鋼支承圓筒的四周的壓力枕同步對巖體施加荷載，造成洞中一定長度內(nèi)的巖體產(chǎn)生徑向壓縮，巖體變形控制在彈性階段。變形模量可按彈性厚壁圓筒理論（圖4－36）求得：式中--半徑為巖體內(nèi)的徑向位移

AA-AA推算彈性抗力系數(shù)K定義：洞室表面產(chǎn)生單位位移的應(yīng)力利用彈性厚壁圓筒理論推出：注：K隨洞的半徑的大小而變化，一般，半徑越大K值越小。K愈大巖體彈性抗力愈大，愈有利于襯砌的穩(wěn)定。既（三翁）狹策縫壓吹力枕雖荷載縣試驗(yàn)漿(2應(yīng)種)方法外1要理點(diǎn)：將巖修體切生割成妥槽，榨把壓歉力枕秀埋于刪槽內(nèi)瘋，并粗用水槍泥砂枝漿澆璃注，桌使壓刻力枕鋒的兩濾個面特皆能帝很好娃地與勸槽的脾兩側(cè)邁巖面證接觸螞（圖題4-朱37跑）。變形處模量訪為式中剪：p-差壓力雅枕給感巖面滋的總違荷載烤；A-粒圓形肚加載債面的蜻半徑芒；Vs-巖出面的海平均套位移方法街2要掉點(diǎn)：在垂鈴直巖蹄壁上輔刻槽小布置名，圖悶4－奶38存。搭則巖送體的暑變形爸模量簡E可攤按布加辛涅威斯克濫的彈丑性理姑論求稱得。悅當(dāng)實(shí)沒測位廊移已討知時助，變形頂模量為：式中翻：p駛-壓膝力枕蚊施加掘的單百位壓起力（炊MP冠a）—直枕槽寬市度（壺近似續(xù)用壓頸力枕帽的寬慕度代抬替）銳(c腦m)仿y-楚x軸那到測妨點(diǎn)的疏距離袋(c爪m）甩—部-節(jié)測點(diǎn)子的位棵移（意cm臟）1.趟要點(diǎn)雞：可按邁施加出的推布力與祖剪切慣面之腐間的閑夾角張的大兄小而檔采用勻不同爪的加仁荷方悲法。征雙千屠斤頂茂試驗(yàn)料中，萄一組孕試驗(yàn)宮不少童于五丹塊試球件。二、叫現(xiàn)場其巖體藍(lán)直剪岔試驗(yàn)(2莊種)（一壩）雙演千斤拌頂法p—咸垂直斧千斤衰頂壓遇力表巾讀數(shù)殲（M窮Pa厚）t賓—橫慢向千艱斤頂諸壓力敢表讀匯數(shù)（刊MP仇a）F1—垂詞直千楚斤頂喊活塞咸面積注(若驕為壓賭力枕篇，應(yīng)侵乘以嘗出力樹系數(shù)穴)（櫻cm2）2.吉在不圍同p也力作勸用下場剪切面上抖的正朽應(yīng)力筐和剪秤應(yīng)力F2-橫棒向千售斤頂分活塞浙面積能(若肺為壓括力枕粒，應(yīng)齊乘以忍出逢力系縱數(shù))繁（c屢m2）私F甜-試睛件剪良切面衫面積訊（c車m2）勢α—為橫向說推力學(xué)與剪踢切面記的夾些角（慢通常稱取1壯50)式中菜：注1當(dāng)剪捎切面帝上存裙在裂收隙、管節(jié)理娘等滑守面時菊，抗剪艱面積寧將分飼為剪拒斷破禍壞和島滑動郊破壞暈兩部儀分，串而把平剪斷囑破壞陰當(dāng)作功有效皆抗剪宏面積引Fa，滑到動破鄰壞時監(jiān)的滑鑰動面邪積為除Fb。3.繪制羨應(yīng)力替與位終移特耗性曲定線和瓦剪應(yīng)核力與驕正應(yīng)誕力碑強(qiáng)度閑曲線有效榮抗剪閥面積正壓袖力仍釘由全加部面敲積承減擔(dān)總面帖積：（二勸）單帥千斤程頂法1、情要點(diǎn)泥：單千境斤頂游法是絲式現(xiàn)場載無法誦施加遇垂直贈應(yīng)力落的情朝況下測采用足的。夫在山警坡上本或平四洞內(nèi)賽的預(yù)谷定剪餅切面蟻上挖倒成各峽種主疾應(yīng)力徑方向遭與固優(yōu)定剪高切面送成不啦同傾鈴角的之試件排（通奴常剪每切面稻傾角盆為1下50-3饅50）注2施加倚于試瓦件剪丘切面構(gòu)上的性壓力責(zé)應(yīng)該政包括秋千斤患頂施撓加的英荷重津、設(shè)口備和朝試件熄的重薯量。注3在計躲算剪間應(yīng)力揮時，偉應(yīng)扣毅除由稿于垂撲直壓潑力而零產(chǎn)生度的滾喊軸滾哭動摩此擦力弦。注4如果跳剪切冊面為飯傾斜撒面時思，上耀述破限壞面非上的無正、愁剪應(yīng)溉力的烈計算司公式鍬還應(yīng)柄根據(jù)守傾角會的大荷小進(jìn)鴨行修始正。2.揪破壞歌面上連的正豈、剪境應(yīng)力征計算(如濾圖4偏－4慌2)而故3.摔繪制副巖體泉正-占剪應(yīng)車力強(qiáng)晌度曲帶線三、墻現(xiàn)場躺三軸怨強(qiáng)度桶試驗(yàn)在一咱個隨房誠機(jī)性輪節(jié)理端的巖懷體中侍，破嘩壞面堡位置肉的預(yù)定盆是有牲困難仍的，紅用三夜軸試賢驗(yàn)可途以量銅測巖巷體的券抗剪強(qiáng)鋒度和油破壞薯面的警位置慘及形嘴態(tài)，擇這時永，破夫壞面甘會沿最間弱的番面破桶壞。1.觸試件矩形火塊體創(chuàng)，在允試洞頓底板隆或洞歡壁的做試驗(yàn)朽位置焰上，堪經(jīng)過威仔細(xì)嗓鑿刻旋和整呀平而圾成的棕，此較矩形租試件揪三邊嗚脫離述原地絹巖體駕，而冒僅一梳邊與餃巖體津相連詠。目搭前，訊試件仿的大勺小可講達(dá)2苦.8博0m逆×1哈.4救0m錫×2輩.8黑0m追,試億件的究基底他與巖聽體相遇連的屈面積插為2責(zé).8搶0m經(jīng)×1失.4殖0m筍.（圖歇4－炸43宋）2.躲加載抬與測全試試件閉準(zhǔn)備蘿好后輪，把記壓力恐枕埋桑置在束刻槽帶內(nèi)，程以便奴施加岔σ2和σ3，而脊σ1是通季過垂廳直千勞斤頂棚或壓障力枕設(shè)施加者的。堤在試忙驗(yàn)中稼量測刻和記止錄試僚件的虹位移粘。3.繪制杏巖體栗試驗(yàn)啄應(yīng)力懲圓包阻絡(luò)線鎮(zhèn)、強(qiáng)蛾度曲雄線和框巖體理特征墳曲線從而旗測定戀應(yīng)力遍－位晃移關(guān)賢系曲塘線。返確定勺應(yīng)力容的比中例極旁限、趕屈服嫂極限票和破水壞極樂限。關(guān)于魔不同罰應(yīng)力盯狀態(tài)矮下，?，F(xiàn)場流三軸玩試驗(yàn)肅成果介的計算宜分述堆如下細(xì)：1.老三軸谷應(yīng)力霞在終狀態(tài)博下應(yīng)倒力滿足：上式憤中，欺L,題M,銜N分童別是陪某平糊面的皮法向挨方向迷余弦矩。令厘L絲式,