岩体原位测试

岩体的原位测试内容1概述2岩体变形实验2.1承压板实验2.2钻孔变形法2.3狭缝法3岩体强度实验3.1直剪试验3.2三轴试验1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。2岩体变形测试2.1承压板法承压板法又分为刚性承压板法和柔性承压板法。刚性承压板法试验通常是在平巷中进行，其装置如图1所示。先在选择好的具有代表性的岩面上清楚浮石，平整岩面。然后依次装上承压板、千斤顶、传立柱和变形量表。将洞顶作为反力装置，通过油压千斤顶对岩面施加荷载，并用百分表测试岩体变形值。图1承压板变形试验装置示意图2.1承压板法试验时，先将预定的最大荷载分为若干级，采用逐级一次循环法加压。在加压过程中，同时测记各级压力（p）下的岩体变形值（W），绘制p-W曲线（图2）。通过某级压力下的变形值，用如下的布西涅斯克公式计算岩体的变形模量Em(MPa)和弹性模量Eme(MPa):图2岩体p-W曲线WpDEmmω)1(2emmeWpDEω)1(2式中：p：承压板上单位面积压力,MPa；D：承压板的直径或边长，cm；W、We：分别为相应于p下的岩体总变形和弹性变形，cm；ω：与承压板形状、刚度有关的系数。对于圆形板ω=0.785；对于方形板ω=0.886；μm为岩体的泊松比。2.2钻孔变形法钻孔变形法是利用钻孔膨胀计等设备，通过水泵对一定长度的钻孔壁施加均匀的径向载荷(图3)，同时测记各级压力下的径向变形U。利用厚壁筒理论可推导出岩体的变形模量Em(MPa)与U的关系为：图3钻孔变形试验装置示意图式中：d—钻孔直径(cm)；p—压力(MPa)；其余符号意义同前。(1)mmdpEU与承压板法相比较，钻孔变形法的优点是：①对岩体扰动小。②可以在地下水位以下和较深的部位进行。③试验方向基本不受限制，且试验压力可以达到很大。④在一次试验中可以同时量测几个不同方向的变形，便于研究岩体的各向异性。其主要缺点是试验涉及的岩体体积较小。该方法较适合于软岩或半坚硬岩体。2.3狭缝法狭缝法又称狭缝扁千斤顶法，是在选定的岩体表面刻槽，然后在槽内安装扁千斤顶（压力枕）进行试验（图4）。试验时，利用油泵和千斤顶对槽壁岩体分级施加法向压力，同时利用百分表测记相应压力下的变形值WR。岩体的变形模量Em(MPa)按下式计算：式中，p为作用于刻槽壁上的压力，Mpa；WR为测量点A1、A2的相对位移，cm；WR=△y2-△y1,△y2、△y1为A1、A2的绝对值位移，cm。1212(1)(tantan)(1)(sin2sin2)2mmmRplEW图4相对变形计算示意图图5狭缝法式验示意图3岩体强度试验岩体的强度参数是工程岩体破坏机理分析及稳定性计算不可缺少的参数，目前主要依据现场岩体力学试验求得。特别是在一些大型工程的详勘阶段，大型岩体力学试验占有很重要的地位，是主要的勘察手段。原位岩体强度试验主要有直剪试验、单轴和三轴抗压试验等。由于原位岩体试验考虑了岩体结构及其结构面的影响，因此其试验成果较室内岩块试验更符合实际。该方法是在平巷中制备试件，并以两个千斤顶分别在垂直和水平方向施加外力而进行试验。试验时，先施加垂直荷载，待其变形稳定后，再逐级施加水平建立直至试件劈坏。通过试验可获取如下资料：①岩体剪应力(τ)-剪位移(u)曲线及法向应力(σ)–法向变形(W)曲线。②剪切强度曲线及岩体剪切强度参数Cm、φm值。3.1直剪试验岩体本身抗剪强度试验安装示意图1—砂浆顶板；2—钢板；3—传力柱；4—压力表；5—液压千斤顶；6—滚轴排；7—混凝土后座；8—斜垫板；9—钢筋混凝土保护罩抗剪强度试验实物图基本原理原位岩体三轴试验一般是在平硐中进行的，即在平硐中加工试件，并施加三向压力，然后根据莫尔理论求岩体的抗压强度及E0、μ等参数。试验又分为等围压(σ1＞σ2=σ3)三轴试验和真三轴(σ1＞σ2＞σ3)试验两种，可根据实际情况选用。3.2三轴试验岩体三轴试验仪器设备安装示意图侧视图俯视图中国地质大学岩体力学网络课程—试验测试