巖石工程特性主要指標

第一節(jié)巖石工程特性主要指標

1．物理指標（1）密度：包括天然、烘干、飽和，通常不說明即指烘干密度。通常借助作抗壓一起作，單獨4—6cm立方體測定三個樣（2）比重：以細碎巖粉過0.25mm篩后，用比重瓶作（3）吸水率、飽水率：大氣壓下飽水獲得的稱吸水率：Wa式中：g0——大氣壓浸水48hours的重量

gs——試樣105~110℃烘24h的重量飽水率gp—真空泵抽氣浸水4h的重量

2．力學指標

（1）抗壓強度——干、濕擠壓強度1）壓力機試驗獲得試樣要求徑高比1∶2，或寬高比1∶2，d=5cm或更大。干、濕各三塊。借此可以獲得天然含水量，天然密度，飽和密度吸水率，飽水率、空隙率（n0）gw——水中稱重的重量

(2)劈裂試驗——抗拉強度①試樣三塊，d=5cm，高度為直徑的0.5～1倍②是什么狀態(tài)，就代表該狀的抗拉強度③加載直接破壞（以每秒35kg/cm2）

2．力學指標

（4）抗剪強度直剪式中型剪：（變角板已淘汰）①每種狀態(tài)試樣4~5塊，尺寸：15×15×10cm或φ15×10cm②分天然狀態(tài)，飽和狀態(tài)③放直剪儀上，先加正應力，正應力最大值等于或大于設計應力，其余等分取整數，如4kg/cm2，就分成1，2，3，4。每級加載后立即讀數，5分鐘后再讀，穩(wěn)定標準，連續(xù)兩次不超1%mm。百分表上1小格。達到預定正應力至穩(wěn)定，可以開剪。④剪應力施加初估最大剪切荷載，然后按8—10%的荷載量級先加剪應力，當剪切變形等于前一級1.5倍時，剪切荷載減半施加。剪切荷載采用時間控制，每5分鐘加載一次，記錄⊥、一量表讀數。位移達到1—1.5cm，停止剪切。⑤剪完后可回復原位，作摩擦試驗。⑥也可以作單點摩擦試驗。⑦繪制τ—ε曲線，確定比例值，屈服值、峰值、殘余值。

2．力學指標

3．送樣單及試驗數量

（1）工程名稱；（2）巖石定名；（3）試件編號；（4）試件位置件數；（5）送樣人；（6）時間；（7）試驗項目，要求；（8）一組試樣，如果合作。例如89mm鉆頭，巖心直徑85mm，則需巖樣長度：變形、抗壓、密度、飽水密度、吸水率、飽水率，天然含水量，天然密度：102cm，加上鋸、切、磨，如果每節(jié)25cm，需1.5m，抗拉30cm?？辜?0cm，共需2.3m或更多的巖樣。因此，要注意試樣的不均勻性。如果試樣不夠平行兩塊，1.7m樣也可以.

第二節(jié)巖石工程特性指標的用途1．劃分巖石強度類型巖質類型堅硬巖中硬巖較軟巖軟巖RS(MPa)>6060—3030—1515—5水電站巖質類型堅硬巖中等堅硬不堅硬巖軟巖RS>9060—9030—60<30俄國巖石強度類型點荷載強度指數極堅硬很堅硬堅硬中硬軟的很軟極IS（50）MPa>1010—33—11—0.30.1~0.10.1~0.03<0.03英Franklin建設部2．圍巖或巖體質量分類指標二、巖石工程特性指標的用途1）水電圍巖或巖體質量分類

2)建設部巖體質量分類3）Z、T、BieniawskiRMR分類3．選擇巖體強度二、巖石工程特性指標的用途巖塊強度考慮連通率后，連通率在野外獲得。巖體強度tg=tgr(1－k)+(tg0)K如果連通率K=60%，巖塊tgr=1.7，摩擦tg0=0.8，tgm=1.164．可以間接選取巖體變形參數。后面講。第一節(jié)巖體變形試驗二巖體工程測試及參數評價一、剛性承壓板試驗

在基巖上修建各種大型建筑物，由于荷載量級很大（大的電站高壩可達50—70kg/cm2），在正向應力作用下將引起地基沉陷和沉陷差。為了預測建筑物的沉陷量及沉降差，必須獲得各類巖體、厚大的弱面，各工程地質單元巖體的變形模量、彈性模量、泊松比。由于巖體的特殊性（具有一定的剛度、裂隙、試驗需要較高的荷載及較大的面積），變形試驗大多在現場、洞子中進行。一、剛性承壓板試驗二巖體工程測試及參數評價1．基本原理巖體變形試驗仍然是以半無限空間彈性理論，用布民公式來獲得變形參數（Boussniesq）。土力學中計算地基土的應力、變形已有應用了解。對于巖體，塑性變形此土要小一些，更接近實際。根據現場成果觀測資料，在野外試面應滿足基本的邊界條件：即試點距洞底不小于2d，離兩側應為1.5d，d為承壓板直徑(一般50cm上下)。2．試驗方法（1）設備①200~300T千斤頂一臺②5cm厚，50cmd的承壓板3—4塊③加壓油路、泵、系統(tǒng)④傳力柱：=150mm或更大的厚壁管⑤工字鋼或槽鋼作表支架⑥千分、百分表6塊

（2）安裝如如右圖一、剛性性承壓板板試驗二巖體工工程測試試及參數數評價（3）加壓試試驗、觀觀測記錄錄①試驗驗總壓力力為工程程荷載的的1.2倍；②將總總荷載分分5~10級。分級級加載板面積×壓力=總的壓力力÷千斤頂面面積=千斤頂壓壓力③加一一級荷載載前先將將各表調調零，然然后加壓壓至預定定數，穩(wěn)穩(wěn)壓。然然后讀數數，分表表讀，一一般6—8塊表，然然后每10分鐘讀一一次，每每兩讀數數差比總總位移小小于0.05，可以認認為穩(wěn)定定。如下下圖，一、剛性性承壓板板試驗二巖體工工程測試試及參數數評價穩(wěn)定后如如是求變變?；蜉d載荷試驗驗，可繼繼續(xù)加壓壓。如要要獲得彈彈模，則則要求卸卸荷，用用穩(wěn)定的的值獲得得彈性模模量。如如圖，用用We值獲得表表示彈性性模量，，不能恢恢復的為為塑性變變形-塑性模量量。綜合合的為變變形模量量。試驗驗可分為為單循環(huán)環(huán)和多級級循環(huán)。。單循環(huán)環(huán)省時、、較快，，變形模模量可靠靠。多級級循環(huán)類類似反復復加載的的情況。。兩者差差值2—3%，最大不不超過10%。3．成果整整理按照試驗驗獲得曲曲線型來來獲取計計算的資資料（1）直線型型堅堅硬均質質巖體、、碎裂巖巖體、變變形、應應力呈線線性，可可直接以以每點的的值來取取。（2）上凹型型、強化化型、裂裂隙巖體體，一般般含裂隙隙的較好好巖體均均有此種種情況。。隨應力力增高，，模量增增高。要要按應力力取值，，取全值值也可以以留有一一定的安安全系數數。（3）下凹型型破破碎巖體體、含軟軟巖夾層層的巖體體、或性性較軟的的巖體、、屈服型型、模量量隨應力力減小，，要根據據荷載來來取值。。或取平平均值。。（4）長尾型型上上軟、下下硬的巖巖體、表表部松弛弛的巖體體，或洞洞子試件件面清理理松弛層層不夠，，取值應應去樣前前部位移移量。（5）折尾型型留留有較好好巖蓋、、或應力力強化的的表層，，取值時時延長，，獲得零零點。此此種是變變模降低低。一、剛性性承壓板板試驗二巖體工工程測試試及參數數評價以上取值值后，μ按經驗值值?。簣杂?、完整0.22-0.24破碎巖體0.28-0.30裂隙巖體0.26-0.28軟巖斷層巖0.32~0.33二、動力力法二巖體工工程測試試及參數數評價當彈性波波在巖體體中傳播播時，其其動力參參數:速度、振振幅、頻頻率很容容易受到到巖性、、結構面面、風化化程度等等地質因因素的影影響，反反過來我我們就可可以借助助彈性波波波速的的變化來來了解巖巖體的一一些特性性，如彈彈性模量量、單位位彈性抗抗力系數數，巖體體的完整整性、各各種軟弱弱層帶在在不同圍圍壓下的的狀態(tài)特特征等。。從擊發(fā)發(fā)裝置和和頻率不不一樣，，一般分分地震波波法及聲聲波法，，前者頻頻率低。。后者高高，>20KHz，前者是是通過換換能器將將電振蕩蕩能量轉轉換為機機械振動動能量傳傳給巖體體，后者者是通過過爆破將將能量傳傳給巖體體，但其其基本理理論是基基于彈性性體波動動微分方方程波速速與彈性性參數之之間的關關系，其其：（3）（（2）（（1）將（1）代入（（2）得（3）式，其其中在野外橫橫波是不不易測的的，此時時可選用用經驗μ值，代替替算出VS，再以VP來計算Ed。三、動靜靜彈現場場布點原原則二巖體工工程測試試及參數數評價動模性模模量是根根據波速速來決定定的，由由于巖體體中存在在較多的的細微裂裂隙，不不大影響響彈性波波傳遞，，相反在在靜彈試試驗，加加壓時間間長，細細微裂隙隙反應明明顯，所所以Ｅd>Es，其差別別就要由由巖體本本身及巖巖石來決決定，二二者難以以找到一一個統(tǒng)一一的關系系。但動動彈模測測定快速速范圍大大，經濟濟。對于于研究巖巖體的工工程地質質單元劃劃分是非非常有利利的，所所以不少少單位常常就一個個工程區(qū)區(qū)內，先先在劃分分單元的的基礎上上。分區(qū)區(qū)作E0，然后測測定波速速，就能能建立Vp－E0，Ed－E0，其Ed－ES的關系曲曲線，這這對于評評價各單單元的參參數是極極為有利利的。相相反通過過大致單單元劃分分，在作作Vp分區(qū)，再再作E0，再劃分分，這樣樣就能進進行很好好的工程程地質分分區(qū)。一一般大型型工程清清基都控控制在Vp4000-4500m/s，對于選選擇大的的基礎面面是一種種有效的的方法。。第二節(jié)巖巖體體變形參參數及取取值方法法二巖體工工程測試試及參數數評價一、變形形參數取取值二、巖體體變形參參數的用用途三、巖體體變形參參數現場場布點原原則及取取值單元元劃分四、巖體體變形參參數的選選取一、變形形參數取取值1．變形模模量1）利用現現場變形形試驗成成果取值值，然后后按各區(qū)區(qū)的成果果取值2）利用縱縱波速度度（1）利用動動、靜模模量關系系式進行行取值先建立：：E0=f(Vp)然后以各各測點的的波速代代入取值值。（2）直接以以縱波速速度代入入經驗公公式獲得得E0Log(E0)=2.278log(Vp)-0.434式中：E0——GPa=103MPa；Vp———km/s（3）在沒有有任何現現場試驗驗資料的的情況下下可以用用巖石飽飽和擠壓壓強度來來選取變變形參數數。E0=0.2453R0－3.132.泊松比二巖體工工程測試試及參數數評價泊松比在在沒有試試驗資料料的情況況下可以以用變形形模量值值選擇E0≥20GPaμμ≤≤0.24E0=10―20GPaμμ=0.24~0.26E0=5―10GPaμμ=0.26~.28E0=2―5GPaμμ=0.28~0.30E0=0.2~2GPaμμ=0.30~0.333．彈性模模量取值值二巖體工工程測試試及參數數評價1）根據現現場試驗驗選值2）利用Vp―E0關系式，，E0~ES關系式取取值3）實在沒沒有，可可按變模模的2倍取值。。二、巖體體變形參參數的用用途二巖體工工程測試試及參數數評價1．用于計計算的參參數2．巖石風風化程度度的劃分分用波速比比風化程度度波波速速比新鮮1微風化0.8~1弱風化（（中風化化）0.6~0.8強風化0.4~0.6全風化0.25~0.41）用變形形模量分分類2）用縱波波速度劃劃分巖體體質量類類型或圍圍巖類型型國內外用用縱波速速度對隧隧道圍巖巖分類二、巖體體變形參參數的用用途二巖體工工程測試試及參數數評價巖體質量類型質量變形模量(E0×104MPa)GPaⅠ類優(yōu)>220Ⅱ類良2—120—10Ⅲ類中1—0.510—5Ⅳ類差0.5~0.25—2Ⅴ類劣.2~0.022—0.2等級類型日本巖石力學委員會西南鐵科所水電部王思敬水電部成勘院Ⅰ優(yōu)>50004000~6000>5500>5500Ⅱ良5000~40004000~30004500~55004000~50004500~5500Ⅲ中4000~30003500~20003500~50003000~40003500~4500Ⅳ差3000~20002500~10002000~40002000~35002000~3500Ⅴ劣<2000<1500<2500~2000<2000<20004）巖體完完整性劃劃分用(Vpm/Vpr)2=Kv5）巖體結結構劃分分二、巖體體變形參參數的用用途二巖體工工程測試試及參數數評價巖體完整程度完整較完整完整性差較破碎破碎Kv1~0.750.75~0.450.45~0.250.25~0.1<0.1巖體結構類型整體塊狀塊狀次塊狀碎裂散體Vp范圍>5.04000~50003000~40002000~3500<2000采用值25504500350027501500最小值5.0350025001500500三、巖體體變形參參數現場場布點原原則及取取值單元元劃分（一）布布點原則則或考慮慮的因素素1．根據巖巖石，河河谷斜坡坡巖石風風化2．根據巖巖性布點點3．考慮構構造，大大斷層要要專門布布點4．考慮應應力狀態(tài)態(tài)、荷載載（二）取取值單元元劃分按上面考考慮的因因素對研研究地段段劃分單單位，一一般工程程將其劃劃分成塊塊體單元元。有了了單元后后，按單單元布點點，最后后獲得各各單元的的變形參參數。這些單元元的試驗驗，一部部分可以以采用靜靜彈，一一部分可可以采用用地震波波測來解解決。二巖體工工程測試試及參數數評價一、強度度試驗二巖體工工程測試試及參數數評價巖體的抗抗剪強度度對于完完整巖體體來講不不僅較高，而而且C值普遍較較大，而而對于軟軟巖、軟軟弱夾層層則C、值不僅較較低，而而且由于于其本身身的物理理性質，，賦存條條件不同同，變化化很大。。而抗剪剪強度是是我們在在斜坡穩(wěn)穩(wěn)定、壩壩基穩(wěn)定定、以及及地下洞洞室穩(wěn)定定分析中中不可少少的計算算參數。。由于巖巖體特定定的賦存存條件（（水應力力狀態(tài)）），開展展現場大大剪試驗驗，是獲獲及e、值的重要要途徑。。（一）強強度試驗驗二巖體工工程測試試及參數數評價1．目前抗抗剪試驗驗有的種種類1）巖石或或巖體與與砼土之之間的抗抗剪試驗驗，此項項試驗是是為了了了解砼與與巖石間間的抗剪剪強度在在砼壩/巖石間的的表層抗抗滑穩(wěn)定定分析中中要用。。2）較完整整巖體的的抗剪試試驗。巖巖體是由由結構面面+巖石構成成，而裂裂隙巖體體徑：其其中的裂裂隙不是是全連通通的，這這些裂隙隙沒有連連通的巖巖體，他他們具有有抗剪斷斷強度，，由于巖巖石的C值，多在在數十公公斤，這這對于穩(wěn)穩(wěn)定分析析是一個個極重要要的值。。因此需需要取得得。3）軟面、、弱面的的抗剪試試驗C、值低，而而且隨環(huán)環(huán)境條件件變化，，獲取這這些參數數列重要要。（一）強強度試驗驗二巖體工工程測試試及參數數評價2．巖體抗抗剪試驗驗的方法法1）有兩種種平推法法，產生生應力分分布不均均勻斜推法：：不晚控制制，隨Q增加產生生分量，，對應的的要減一個個值不易易操作2）具體試試驗是制制樣4-5塊，分別別以不同同正應力力剪損，，然后求求C、。3）單點法法①比例例極限，，某一試試點加到到比例極極限后，，加大，再作，，1，再作最最后一級級剪至破破壞。②臨近近破壞法法，剪切切試體顯顯著變形形，停止止加大n，再剪，，停止，，取后一一級剪壞壞③單點點摩擦剪斷破壞的試試件，然后在在不同上應力力下再剪，單單點法包線常常在峰值和殘殘值的包線間間。對于軟層層單點摩擦和和多點試驗其其抗剪強度大大致相等（一）強度試試驗二巖體工程測測試及參數評評價3．資料整理（1）計算、（2）繪制—曲線（3）根據曲線，，分別計算比比例值,屈服值，峰值值，殘余強度度二、巖體強度度參數取值二巖體工程測測試及參數評評價1．用現場試驗驗成果進行取取值1）先進行單元元劃分，分不不含大的弱面面的巖體和弱弱面，弱面必必須單獨取值值。2）根據各單元元的大剪資料料取值：（1）點群中心法法：將每一單單元的大剪試試驗資料的各各荷載等級下下的、值放入座標系系中，每一組組有4—5個點，無論是是否在一直一一上，均納入入點群中，然然后和點群中中心線，中心心線的作法可可以相關，可可以穿越點群群中心作直線線，得到C值和值。其值可以以作為本單元元巖體的強度度，但獲得的的這種強度參參數必須以巖巖體中硬性結結構面的連通通率進行強度度修正，修正正的值才能作作為建議值。。（2）給定斜率法法或優(yōu)定斜率率法：此種方方法是從日本本引進的，其其方法是根據據各單元各組組大剪的各級級正應力，對對應的剪應務務的點群，作作下限的包線線，再作平行行的上包線，，以下限值的的C、作為建議指標標，此時不計計巖體連通率率。二巖體工程測測試及參數評評價用縱波速度評評價巖體強度度1）用縱波速度度評價巖體強強度的理論分分析用縱波速度評評價巖體的強強度，目前國國內外尚沒有有先例，能否否用來評價巖巖體的強度必必須作理論上上的分析。國內外利用縱縱波速度對巖巖體結構、完完整性進行分分類已有較多多的應用。由由于巖體結構構實質上反映映了巖體的完完整性，而巖巖體的完整性性又反映了巖巖體的強度，，因而能夠表表征巖體結構構類型的縱波波速度，能夠夠表征巖體的的強度。另一一方面，地震震波在巖體中中傳播遇到結結構面時，發(fā)發(fā)生波幅衰減減、波速降低低，而巖體的的強度同樣受受結構面切割割程度所控制制。這兩種變變化都是由于于巖體中結構構面的存在造造成的，因此此巖體縱波速速度的高低是是可以表征巖巖體強度的高高低的。再從巖體彈性性波速中的縱縱波和橫波來來分析，縱波波為壓縮波，，它能夠表征征巖體的變形形特性，而作作為剪切波的的橫波，直接接與巖體的強強度有關。用縱波速度評評價巖體強度度它們間的關系系式為（4-6） （4-7）（4-8