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第五章 岩体原位测试 第一节 概述 岩体原位测试是在现场制备试件模拟工程作用对岩体施加外荷载,进而求取岩体力学参数的试验方法,是岩土工程勘察的重要手段之一。岩体原位测试的最大优点是对岩体扰动小,尽可能地保持了岩体的天然结构和环境状态,使测出的岩体力学参数直观、准确;其缺点是试验设备笨重、操作复杂、工期长、费用高。另外,原位测试的试件与工程岩体相比,其尺寸还是小得多,所测参数也只能代表一定范围内的岩体力学性质。因此,要取得整个工程岩体的力学参数,必须有一定数量试件的试验数据用统计方法求得。,岩体原位测试一般应遵循以下程序进行: (1)试验方案制订和试验大纲编写。这是岩体原位试验工作中最重要的一环。其基本原则是尽量使试验条件符合工程岩体的实际情况。因此,应在充分了解岩体工程地质特征及工程设计要求的基础上,根据国家有关规范、规程和标准要求制订试验方案和编写试验大纲。试验大纲应对岩体力学试验项目、组数、试验点布置、试件数量、尺寸、制备要求及试验内容、要求、步骤和资料整理方法作出具体规定,以作为整个试验工作中贯彻执行的技术规程。,(2)试验。包括试验准备、试验及原始资料检查、校核等项工作。这是原位岩体力学试验最繁重和重要的工作。整个试验应遵循试验大纲中规定的内容、要求和步骤逐项实施并取得最基本的原始数据和资料。 (3)试验资料整理与综合分析。试验所取得的各种原始数据,需经数理统计、回归分析等方法进行处理,并且综合各方面数据(如经验数据、室内试验数据、经验估算数据及反算数据等)提出岩体力学计算参数的建议值,提交试验报告。,第二节 岩体变形试验 岩体变形参数测试方法有静力法和动力法两种。静力法的基本原理是:在选定的岩体表面、槽壁或钻孔壁面上施加一定的荷载,并测定其变形;然后绘制出压力-变形曲线,计算岩体的变形参数。据其方法不同,静力法又可分为承压板法、狭缝法、钻孔变形法及水压法等。动力法是用人工方法对岩体发射或激发弹性波,并测定弹性波在岩体中的传播速度,然后通过一定的关系式求岩体的变形参数。据弹性波的激发方式不同,又分为声波法和地震法。,(一)基本原理 刚性承压板法是通过刚性承压板(其弹性模量大于岩体一个数量级以上)对半无限空间岩体表面施加压力并量测各级压力下岩体的变形;按弹性理论公式计算岩体变形参数的方法。该方法视岩体为均质、连续、各向同性的半无限弹性体;根据布辛湟斯克公式,刚性承压板下各点的垂直变形(W)可表示为:,式中:A:承压板面积;E0:岩体的变形模量;p:承压板上单位面积压力;:岩体的泊松比;m:与承压板形状、刚度有关的系数。 根据上式,量测出某级压力下岩体表面任一点的变形量,即可求出岩体的变形模量 (E0)。,通过现场静力加卸荷,测定Pw曲线,取得岩体变形比例极限(P0)以内的某一定压力下的总变形量(w0)及弹性变形量(we)。然后计算E0、Es. w0=wp+we wp为永久变形(残余变形),裂隙及充填物的变形。,p,w,wp,we,p0,(二)试验方法 (1)平面加荷法: 承压板法、狭缝法(液压枕) (2)环形加荷法(水压洞室试验) (三)试验设备 1、加压系统:油压千斤顶、液压枕、圆形水压室, 油泵、高压胶管 2、传力系统:承压板(45#钢,3cm厚)、垫板(A3 钢,2-3cm)、传力柱(厚壁钢管) 3、量测系统:压力表、千分表、测表支架、测量标点,(四)试验要求 1、试验一般在平硐中进行(承压板法、环形加压法),狭缝法可在地面进行。 2、试验最大荷载PmaxP0(比例极限), Pmax=1.2P, P为建筑物基础底面设计压力。 3、试验荷载分级,Pi=(0.1-0.2)Pmax,等分取整。 4、加卸荷方法与工程荷载作用于工程岩体的方式一致。 (1)逐级一次循环加卸荷,p,w,(2)逐级多次循环加卸荷,p,w,(3)一级多次循环加卸荷,p,w,5、变形稳定标准 w/w 5% w相邻两次读数差(10分钟读数一次) w相邻两级压力变形读数差 (五)试验成果 1、绘制pw曲线 2、计算E0、Es E0=pb(1-2)/w0 Es=pb(1-2)/we P-承压板单位面积压力(MPa),b-承压板直径或边长(m), -泊松比,w0总变形(m),we弹性变形(m), 刚度系数。,3、环形法计算公式(用于深部岩体有压洞室) (1) E0=p(1+)r/y p试洞内水压力(105Pa),r=d/2 ,d直径(cm), y试洞表面平均位移(cm)。 (2)岩石抗力系数 为便于比较,单位抗力系数K0=E0/100(1+ ) 意义:半径为100厘米隧洞围岩抗力系数(抵抗变形的能力),二、狭缝法,
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