第四章-巖體原位測(cè)試(巖土測(cè)試技術(shù))課件

第四章巖體原位測(cè)試*第四章巖體原位測(cè)試*1目錄一、總則二、巖塊試驗(yàn)三、巖體變形試驗(yàn)承壓板法試驗(yàn)、鉆孔變形試驗(yàn)四、巖體強(qiáng)度試驗(yàn)巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)、巖體直剪試驗(yàn)五、巖體應(yīng)力測(cè)試孔壁應(yīng)變法測(cè)試、孔徑變形法測(cè)試孔底應(yīng)變法測(cè)試六、巖體原位觀測(cè)地下洞室圍巖收斂觀測(cè)、鉆孔軸向巖體位移觀測(cè)、鉆孔橫向巖體位移觀測(cè)七、巖石聲波測(cè)試巖塊聲波速度測(cè)試、巖體聲波速度測(cè)試*目錄一、總則*2巖體原位測(cè)試第一節(jié)巖體變形測(cè)試第二節(jié)巖體強(qiáng)度測(cè)試第三節(jié)巖體應(yīng)力測(cè)試第四節(jié)波速測(cè)試*巖體原位測(cè)試第一節(jié)巖體變形測(cè)試*3第一節(jié)巖體變形測(cè)試巖體的變形是評(píng)價(jià)工程巖體穩(wěn)定性的主要指標(biāo)巖體變形是巖塊變形和結(jié)構(gòu)面變形的總和巖體變形測(cè)試方法有靜力法和動(dòng)力法兩種靜力法有千斤頂法、狹縫法、水壓法等動(dòng)力法有地震法和超聲波法等*第一節(jié)巖體變形測(cè)試巖體的變形是評(píng)價(jià)工程巖體穩(wěn)定性的主要指標(biāo)4一、千斤頂法（承壓板法）基本原理該法就是通過(guò)剛性或柔性承壓板將荷載加在無(wú)限空間的巖面上，測(cè)量巖體變形，并把巖體視為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的理想彈性體，按半無(wú)限彈性體表面受局部荷載的布西涅斯克(Boussniesg)解，根據(jù)所采用的承壓板的剛度和形狀求解巖體的變形模量等。

*一、千斤頂法（承壓板法）*5試驗(yàn)裝置1）承壓板2）加壓裝置3）反力裝置4）量測(cè)裝置圓形鋼板：厚6cm，直徑50.5cm或80cm方形混凝土板：50cm*50cm或70.7cm*70.7cm*試驗(yàn)裝置1）承壓板圓形鋼板：厚6cm，直徑50.5cm或806試驗(yàn)要求試點(diǎn)面積應(yīng)大于承壓板其中加壓面積不宜小于(面積>2000cm2)試點(diǎn)表面范圍內(nèi)受擾動(dòng)的巖體應(yīng)清除干凈并修鑿平整；巖面的起伏差不宜大于承壓板直徑的1%在承壓板以外受測(cè)試影響范圍內(nèi)的巖體表面，應(yīng)平整、無(wú)松動(dòng)巖塊和石渣試點(diǎn)表面應(yīng)垂直預(yù)定的受力方向承壓板的邊緣距洞側(cè)壁應(yīng)大于承壓板直徑D的1.5倍，至洞口應(yīng)大于2D，至臨空面應(yīng)大于6D兩試驗(yàn)點(diǎn)的承壓板邊緣之間的距離應(yīng)大于3D試點(diǎn)表面以下3D深度范圍內(nèi)巖性宜相同反力部位要能承受足夠的反力整個(gè)系統(tǒng)的所有部件的中心保持在同一軸線上，且與加壓方向一致*試驗(yàn)要求*7試驗(yàn)步驟清洗試點(diǎn)巖體表面，鋪一層水泥漿（厚度不大于1cm），放上剛性承壓板，輕擊承壓板，擠出多余水泥漿，并使承壓板平行于試點(diǎn)表面在承壓板上放置千斤頂，其加荷中心應(yīng)與承壓板中心重合在千斤頂上依次安裝墊板、傳力柱、墊板，在墊板和反力后座巖體之間澆筑混凝土或安裝反力裝置安裝完畢后，起動(dòng)千斤頂稍加壓力或在傳力柱與墊板間楔進(jìn)楔形墊塊，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)合緊密*試驗(yàn)步驟*8加壓與穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

1）試驗(yàn)壓力要分成5級(jí)施加2）加壓前要對(duì)千分表進(jìn)行初始穩(wěn)定讀數(shù)觀測(cè)3）采用逐級(jí)一次循環(huán)法或逐級(jí)多次循環(huán)法4）每級(jí)壓力加壓后，立即讀數(shù)，以后每10分鐘讀一次5）穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：相鄰兩次讀數(shù)差與該級(jí)壓力的初始讀數(shù)和上一級(jí)壓力的最后讀數(shù)之差的比值小于5%拆卸試驗(yàn)設(shè)備，結(jié)束試驗(yàn)*加壓與穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

*9加壓方式：*加壓方式：*10試驗(yàn)成果整理計(jì)算變形模量ω是與承壓板形狀與剛度有關(guān)的系數(shù)。對(duì)于圓形板ω＝0.785；對(duì)于方形板ω＝0.886

*試驗(yàn)成果整理計(jì)算變形模量ω是與承壓板形狀與剛度有關(guān)的系數(shù)。*11**12**13**14二、狹縫法*二、狹縫法*15三、水壓法水壓法是在巖體內(nèi)開(kāi)挖一個(gè)試洞，形成一個(gè)封閉的空間，用高壓水泵將水壓入其中，向試洞圍巖表面施加均勻的水壓力，使巖體發(fā)生變形，可根據(jù)壓力與變形的關(guān)系，求出巖體的變形參數(shù)膨脹計(jì)*三、水壓法水壓法是在巖體內(nèi)開(kāi)挖一個(gè)試洞，形成一個(gè)封閉的空間，16**17第二節(jié)巖體強(qiáng)度測(cè)試巖體原位強(qiáng)度測(cè)試考慮了結(jié)構(gòu)面的影響，測(cè)試結(jié)果符合實(shí)際一、現(xiàn)場(chǎng)巖體直剪試驗(yàn)沿預(yù)定的剪切面進(jìn)行，可分為：

1）巖體本身的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

2）沿軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

3）混凝土-巖體膠結(jié)面的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)常把巖體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)分為三種：抗剪斷試驗(yàn)、摩擦試驗(yàn)(又稱(chēng)抗剪試驗(yàn))和抗切試驗(yàn)*第二節(jié)巖體強(qiáng)度測(cè)試巖體原位強(qiáng)度測(cè)試考慮了結(jié)構(gòu)面的影響，測(cè)試18試驗(yàn)方法有平推法和斜推法兩種*試驗(yàn)方法有平推法和斜推法兩種*19**20**21制備試件時(shí)應(yīng)注意： 1）應(yīng)盡量避免擾動(dòng)

2）為避免應(yīng)力釋放、松動(dòng)和強(qiáng)度降低，在制備試件前，可在試件頂部澆筑10cm厚的砂漿，在用錨桿等將巖體錨固，然后制備側(cè)面

3）試件如為完整巖石塊體，不需澆筑保護(hù)，應(yīng)使各個(gè)面盡量平整

4）需澆筑保護(hù)套的試件，保護(hù)套應(yīng)達(dá)到預(yù)定的剪切縫上部邊緣，剪切縫的寬度為推力方向試件長(zhǎng)度的5%

*制備試件時(shí)應(yīng)注意： 1）應(yīng)盡量避免擾動(dòng)

2）為避免應(yīng)力釋放、225）試件頂面和剪力面務(wù)必要與反力面平行6）試件尺寸宜選用2500~10000cm2，最小邊長(zhǎng)應(yīng)大于50cm，試件高度應(yīng)大于最小邊長(zhǎng)的一半7）試件間距要大于最小邊長(zhǎng)8）制備好試件后，不要放置太長(zhǎng)時(shí)間9）位移觀測(cè)要求*5）試件頂面和剪力面務(wù)必要與反力面平行*23**24試驗(yàn)要求最大垂直荷載為工程設(shè)計(jì)最大應(yīng)力的1.2倍每組試驗(yàn)試件的數(shù)量不少于5個(gè)法向荷載一次施加完畢，加荷后立即讀數(shù)，以后每隔5min讀1次，兩次讀數(shù)之差小于0.01mm時(shí)，即認(rèn)為穩(wěn)定，可開(kāi)始施加剪切荷載剪切荷載按預(yù)估最大剪切荷載分8~12次施加，每隔5min加荷1次*試驗(yàn)要求最大垂直荷載為工程設(shè)計(jì)最大應(yīng)力的1.2倍*25試驗(yàn)成果進(jìn)行一組試驗(yàn)，可得到抗剪強(qiáng)度：在一定的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力作用下，測(cè)得相應(yīng)的法向位移和剪切位移，可求：*試驗(yàn)成果進(jìn)行一組試驗(yàn)，可得到抗剪強(qiáng)度：*26萬(wàn)州區(qū)某滑坡勘察中的‘原位大剪’*萬(wàn)州區(qū)某滑坡勘察中的‘原位大剪’*27**28二、現(xiàn)場(chǎng)巖體三軸試驗(yàn)*二、現(xiàn)場(chǎng)巖體三軸試驗(yàn)*29**30**31**32第三節(jié)巖體應(yīng)力測(cè)試巖體應(yīng)力測(cè)試一般是先測(cè)出巖體的應(yīng)變值，再根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系計(jì)算出應(yīng)力值量測(cè)方法有應(yīng)力解除法和應(yīng)力恢復(fù)法一、應(yīng)力解除法

原理：巖體賦存于一定的應(yīng)力環(huán)境中，在應(yīng)力作用下巖體產(chǎn)生應(yīng)變，采用一定的方法將巖體上的應(yīng)力解除，巖體的應(yīng)變將相應(yīng)恢復(fù)，測(cè)出應(yīng)變恢復(fù)值，即可由應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系確定巖體應(yīng)力*第三節(jié)巖體應(yīng)力測(cè)試巖體應(yīng)力測(cè)試一般是先測(cè)出巖體的應(yīng)變值，再33巖體表面應(yīng)力解除法選擇測(cè)點(diǎn)位置，避開(kāi)局部

地質(zhì)構(gòu)造的影響整平磨光測(cè)點(diǎn)的巖體表面，

沿不同方向安置量測(cè)元件（電阻應(yīng)變片和鋼環(huán)應(yīng)變計(jì)）接量測(cè)儀器，讀取開(kāi)槽前（應(yīng)力解除前）的初始讀數(shù)沿量測(cè)元件周?chē)_(kāi)圓槽切割分離巖體在切割過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常測(cè)量應(yīng)變值的變化，并測(cè)量應(yīng)力完全解除后的應(yīng)變值換算出應(yīng)力值*巖體表面應(yīng)力解除法選擇測(cè)點(diǎn)位置，避開(kāi)局部

地質(zhì)構(gòu)造的影響*34二、應(yīng)力恢復(fù)法

在應(yīng)力解除后，在槽中再埋入壓力枕對(duì)巖體施加壓力，使巖體應(yīng)變恢復(fù)到切槽前的狀態(tài)，此時(shí)壓力枕所施加的應(yīng)力就可近似當(dāng)作應(yīng)力解除前巖體所受的應(yīng)力值。*二、應(yīng)力恢復(fù)法

在應(yīng)力解除后，在槽中再埋入壓力枕對(duì)巖體施加壓35三、水壓致裂法水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試是通過(guò)在鉆孔中封隔一小段鉆孔，然后向封隔段注入高壓流體,從而確定原位地應(yīng)力的一種方法。分為常規(guī)水壓致裂法(HF法)和原生裂隙水壓致裂法(HTPF法)。2種方法試驗(yàn)設(shè)備相同，都有封隔器、印模器，使用高壓泵泵入高壓液體使圍巖產(chǎn)生新裂隙或使原生裂隙重張。*三、水壓致裂法水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試是通過(guò)在鉆孔中封隔一小段鉆36水壓致裂法當(dāng)井眼壓力足夠高時(shí)，井壁會(huì)劈開(kāi)一條裂縫，這一過(guò)程稱(chēng)為水力壓裂。水壓致裂法是目前最準(zhǔn)確的地應(yīng)力測(cè)試方法(主要是指最小水平主應(yīng)力和地應(yīng)力方向)，它的結(jié)果往往作為檢驗(yàn)其他方法精度的標(biāo)準(zhǔn)。*水壓致裂法當(dāng)井眼壓力足夠高時(shí)，井壁會(huì)劈開(kāi)一條裂縫，這一過(guò)程稱(chēng)37水壓致裂法測(cè)量系統(tǒng)Hydrauliefractringmerhodmeasuringsystem*水壓致裂法測(cè)量系統(tǒng)*38井壁巖石應(yīng)力狀態(tài)圖AA’B’BA、B點(diǎn)處應(yīng)力*井壁巖石應(yīng)力狀態(tài)圖AA’B’BA、B點(diǎn)處應(yīng)力*39當(dāng)加的液壓大于孔壁上巖石所能承受的應(yīng)力時(shí)，將在最小切向應(yīng)力的位置上，即A點(diǎn)處產(chǎn)生張破裂，并且破裂將沿著垂直于最小主應(yīng)力的方向擴(kuò)展。此時(shí)孔壁產(chǎn)生破裂的外加液壓pc1稱(chēng)為臨界破裂壓力，且有*當(dāng)加的液壓大于孔壁上巖石所能承受的應(yīng)力時(shí)，將在最小切向應(yīng)力的40典型的水力壓裂試驗(yàn)曲線出現(xiàn)剪切裂縫破裂漏失停泵裂縫閉合裂縫重張時(shí)間井口壓力*典型的水力壓裂試驗(yàn)曲線出現(xiàn)剪切裂縫破裂漏失停泵裂縫閉合裂縫重41第四節(jié)波速測(cè)試波速試驗(yàn)（Wavevelocitytest）是通過(guò)測(cè)定巖土體中的壓縮波、剪切波或瑞利波的波速，以確定巖土的物理力學(xué)性質(zhì)或工程指標(biāo)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法。常用的有鉆孔法和表面法；鉆孔法分為：?jiǎn)慰撞ㄋ俜ā⒖缈追ū砻娣ǚ譃椋罕砻娌ǚ?、折射波和反射波?第四節(jié)波速測(cè)試波速試驗(yàn)（Wavevelocityte42一、單孔波速法分為上孔法和下孔法，上孔法檢波器置于地表，記錄波形易受干擾，故工程中多采用下孔法。*一、單孔波速法分為上孔法和下孔法，上孔法檢波器置于地表，記錄43**44測(cè)試原理利用直達(dá)波的原理。測(cè)出激發(fā)震源與信號(hào)接收點(diǎn)之間的距離以及剪切波的傳播時(shí)間，即可由下式求剪切波速

vs＝ΔL/Δt*測(cè)試原理*45**46成果整理與應(yīng)用*成果整理與應(yīng)用*47**48自動(dòng)觸發(fā)式聲波儀*自動(dòng)觸發(fā)式聲波儀*49二、跨孔法*二、跨孔法*50*9/5/2023土動(dòng)力學(xué)*8/2/2023土動(dòng)力學(xué)51*9/5/2023土動(dòng)力學(xué)*8/2/2023土動(dòng)力學(xué)52三、波速法在工程中的應(yīng)用提出場(chǎng)地內(nèi)各類(lèi)土層的波速范圍按波速分層對(duì)波速低的土層分析液化的可能性估計(jì)場(chǎng)地的卓越周期分析場(chǎng)地穩(wěn)定性和邊坡穩(wěn)定性為劃分場(chǎng)地土的類(lèi)別提供依據(jù)*三、波速法在工程中的應(yīng)用提出場(chǎng)地內(nèi)各類(lèi)土層的波速范圍*531、巖土力學(xué)參數(shù)計(jì)算*9/5/2023土動(dòng)力學(xué)1、巖土力學(xué)參數(shù)計(jì)算*8/2/2023土動(dòng)力學(xué)54由現(xiàn)場(chǎng)剪切波速試驗(yàn)獲得的動(dòng)剪切模量范圍值（袁燦勤，1991）*9/5/2023土動(dòng)力學(xué)由現(xiàn)場(chǎng)剪切波速試驗(yàn)獲得的動(dòng)剪切模量范圍值（袁燦勤，1991）552、劃分場(chǎng)地土的抗震類(lèi)別類(lèi)別平均剪切波速（m/s)堅(jiān)硬場(chǎng)地土>500中硬場(chǎng)地土250~500中軟場(chǎng)地土140~250軟弱場(chǎng)地土≤140*9/5/2023土動(dòng)力學(xué)2