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1、第五章 巖體原位測(cè)試 第一節(jié) 概述 巖體原位測(cè)試是在現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(cè)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(zhǎng)、費(fèi)用高。另外,原位測(cè)試的試件與工程巖體相比,其尺寸還是小得多,所測(cè)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(cè)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)
2、。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(guó)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
3、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(cè)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(cè)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(cè)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
4、承壓板法,我國(guó)多采用剛性承壓板法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)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(cè)試的方法,即在承壓板下試體中心打一測(cè)量孔,采用多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)定巖體不同深度處的變形值。此外,國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)測(cè)試委員會(huì)還推薦了一種現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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
5、: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(cè)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(chǎng)靜力加卸荷,測(cè)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,
6、 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(cè)系統(tǒng):壓力表、千分表、測(cè)表支架、測(cè)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(zhǎng)(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
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