崔德山-岩土测试技术6-第2篇原位测试-岩体原位测试技术

中国地质大学（武汉）工程学院岩土测试技术FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)崔德山工程地质与岩土工程系2020年2月26日中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系2FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体原位测试•在岩体原有的位置上，在保持岩体的天然结构、天然应力、天然含水率等状态下测定岩体性质的方法。•不取样、直接测试、更真实•尺寸大、考虑结构面•周期短、完整剖面、应力路径简单优点•难于控制边界条件，如排水•与室内试验关系，还是经验•设备笨重、长期稳定难缺点李占海,李邵军,冯夏庭,周辉,陈炳瑞,张传庆.深部岩体岩芯饼化特征分析与形成机制研究[J].岩石力学与工程学报,2011,30(11):2254-2266.中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系3FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)哪些工程需要开展岩体原位测试技术？提纲一岩体变形试验二岩体强度试验三岩石声波测试四岩体应力测试五岩体观测六工程实例-乌东德水电站中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系5FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)一岩体变形试验中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系6FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体变形试验承压板法•刚性承压板•柔性承压板钻孔径向加压•钻孔膨胀计•钻孔弹模计水压法径向千斤顶法双筒法中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系7FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)承压板法试验•承压板直径或边长不宜小于30cm•柔性承压板、刚性承压板•采用逐级一次循环、多次循环法等•压力宜分为5级，等分加载计算参数有：变形模量弹性模量基准基床系数𝐾𝑣=𝑝/𝑊，单位：kN/m3李会中等:乌东德水电站坝址岩体变形特性试验与地质分析中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系8FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)钻孔径向加压法试验•用钻孔膨胀计或弹模计•分5~10级，等分施加•逐级一次循环或大循环法•计算参数有：变形模量弹性模量地震预测位移预测MarekZaleskyet.al.DilatometertestsindeepboreholesininvestigationforBrennerbasetunnel中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系9FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)二岩体强度试验中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系10FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体强度试验混凝土与岩体接触面直剪试验•平推法•斜推法岩体结构面直剪试验•平堆法•斜推法岩体直剪试验•平堆法•斜推法岩体载荷试验•刚性承压板法中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系11FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)混凝土与岩体接触面直剪试验•岩体边长不应小于50cm•浇筑混凝土，高度不小于边长1/2•可直接浇筑在剪切面上•法向荷载宜分1~3级，直到稳定•分8~12级施加，5min施加一级•试块剪断后，应继续加载，摩擦试验•分别计算抗剪断强度参数和抗剪强度参数中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系12FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体结构面直剪试验•结构面：岩体内部具有一定方向、一定规模、一定形态和特性的面、缝、层和带状的地质界面，如：节理、裂隙、劈理、层面、小断层等。中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系13FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体结构面直剪试验•试体最小边长不宜小于50cm•结构面以上高度占1/2•法向荷载和剪切推力•适当浇筑保护套•不使夹泥挤出•剪切荷载时间控制，10~15min一级•剪切面进行描述中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系14FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体直剪试验•试体最小边长不应小于50cm•高度大于边长1/2•试体间距大于试体边长•法向力和剪切力方向•剪切缝为边长的5%•剪切面描述中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系15FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体直剪试验-声发射中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系16FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体载荷试验•刚性承压板，浅层载荷试验•一次逐级连续加载直至破坏•每10min读数到变形稳定•终止条件连续2h变形无法稳定变形剧增，明显隆起变形超过边长1/12超过比例极限15%超过预定压力的2倍中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系17FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)三岩石声波测试中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系18FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩石声波测试岩块声波速度•纵波速度•横波速度岩体声波速度•纵波速度•横波速度中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系19FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩石声波速度测试•规则试件的岩石•纵波和横波速度•直透法和平透法•计算参数纵波波速横波小速动弹性模量动泊松比动剪切模量动体积模量中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系20FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体声波速度测试•各类岩体露头或钻孔•各向同性，直线布置•各向异性，正交布置•单孔或多孔•测试环境安静•计算参数岩块相同岩完整性指数中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系21FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体声波速度测试•各类岩体露头或钻孔•各向同性，直线布置•各向异性，正交布置•单孔或多孔•测试环境安静•计算参数岩块相同岩完整性指数𝐾𝑣=(𝑣𝑝𝑚𝑣𝑝𝑟)2《工程岩体分级标准》(GB50218-2014)中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系22FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)四岩体应力测试中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系23FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体应力测试浅孔孔壁应变法浅孔孔径变形法浅孔孔底应变法水压致裂法中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系24FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体应力导致岩芯饼化现象李占海,李邵军,冯夏庭,周辉,陈炳瑞,张传庆.深部岩体岩芯饼化特征分析与形成机制研究[J].岩石力学与工程学报,2011,30(11):2254-2266.胡伟,邬爱清,陈胜宏,刘元坤,李永松.高地应力钻孔岩心饼裂特征研究[J].长江科学院院报,2018,35(03):13-20.中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系25FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)浅孔孔壁应变法•测试深度不宜大于30m•打解除孔和中心测试孔•放入孔壁应变计•套钻解除•岩芯围压试验•5~10级施加•绘制压力与应变关系曲线•计算岩体应力参数中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系26FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)浅孔孔径变形法•测试深度不宜大于30m•3个测试孔，夹角45度•放入孔径变形计•套钻解除•岩芯围压试验•5~10级施加•绘制压力与孔径变形曲线•计算岩体应力参数中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系27FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)浅孔孔底应变法•测试深度不宜大于30m•打解除孔和中心测试孔•放入孔底应变计•套钻解除，•岩芯围压试验•5~10级施加•绘制压力与应变关系曲线•计算岩体应力参数中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系28FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)水压致裂法•完整或较完整岩体•加压段6倍孔径•加压段与封隔段透水率1Lu•孔深超过试验部位10m•试验压力不应小于15MPa加拿大魁北克水电站项目中结晶岩的水压致裂试验中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系29FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)五岩体观测中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系30FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体观测围岩收敛钻孔轴向岩体位移钻孔横向岩体位移岩体表面倾斜岩体渗压中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系31FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)围岩收敛观测•宜靠近掌子面，距离不宜大于1m•卷尺式收敛计•确定收敛计恒定张力•绘制收敛值与时间、开挖空间关系付志鹏,闫涛,汪树峰,周子荣,王浩林.隧道围岩收敛变形动态监测分析[J].浙江建筑,2019,36(01):34-36.中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系32FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)钻孔轴向岩体位移观测•观测深度不宜大于60m•最深点为绝对位移基准点•安装位移计•成果整理各测点位移位移与时间关系位移与孔深关系位移与开挖面距离Feng,X.,Yao,Z.,Li,S.etal.InSituObservationofHardSurroundingRockDisplacementat2400-m-DeepTunnels.RockMechRockEng51,873–892(2018).中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系33FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)钻孔横向岩体位移观测•观测断面与岩体最大位移一致•观测孔深度大于最