第四章-巖體原位測試(巖土測試技術(shù))課件

第四章巖體原位測試1編輯版pppt目錄一、總則二、巖塊試驗三、巖體變形試驗承壓板法試驗、鉆孔變形試驗四、巖體強度試驗巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗、巖體直剪試驗五、巖體應力測試孔壁應變法測試、孔徑變形法測試孔底應變法測試六、巖體原位觀測地下洞室圍巖收斂觀測、鉆孔軸向巖體位移觀測、鉆孔橫向巖體位移觀測七、巖石聲波測試巖塊聲波速度測試、巖體聲波速度測試2編輯版pppt巖體原位測試第一節(jié)巖體變形測試第二節(jié)巖體強度測試第三節(jié)巖體應力測試第四節(jié)波速測試3編輯版pppt第一節(jié)巖體變形測試巖體的變形是評價工程巖體穩(wěn)定性的主要指標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試方法有靜力法和動力法兩種靜力法有千斤頂法、狹縫法、水壓法等動力法有地震法和超聲波法等4編輯版pppt一、千斤頂法（承壓板法）基本原理該法就是通過剛性或柔性承壓板將荷載加在無限空間的巖面上，測量巖體變形，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。

5編輯版pppt試驗裝置1）承壓板2）加壓裝置3）反力裝置4）量測裝置圓形鋼板：厚6cm，直徑50.5cm或80cm方形混凝土板：50cm*50cm或70.7cm*70.7cm6編輯版pppt試驗要求試點面積應大于承壓板其中加壓面積不宜小于(面積>2000cm2)試點表面范圍內(nèi)受擾動的巖體應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%在承壓板以外受測試影響范圍內(nèi)的巖體表面，應平整、無松動巖塊和石渣試點表面應垂直預定的受力方向承壓板的邊緣距洞側(cè)壁應大于承壓板直徑D的1.5倍，至洞口應大于2D，至臨空面應大于6D兩試驗點的承壓板邊緣之間的距離應大于3D試點表面以下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7編輯版pppt試驗步驟清洗試點巖體表面，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表面在承壓板上放置千斤頂，其加荷中心應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，起動千斤頂稍加壓力或在傳力柱與墊板間楔進楔形墊塊，使整個系統(tǒng)結(jié)合緊密8編輯版pppt加壓與穩(wěn)定標準

1）試驗壓力要分成5級施加2）加壓前要對千分表進行初始穩(wěn)定讀數(shù)觀測3）采用逐級一次循環(huán)法或逐級多次循環(huán)法4）每級壓力加壓后，立即讀數(shù)，以后每10分鐘讀一次5）穩(wěn)定標準：相鄰兩次讀數(shù)差與該級壓力的初始讀數(shù)和上一級壓力的最后讀數(shù)之差的比值小于5%拆卸試驗設備，結(jié)束試驗9編輯版pppt加壓方式：10編輯版pppt試驗成果整理計算變形模量ω是與承壓板形狀與剛度有關(guān)的系數(shù)。對于圓形板ω＝0.785；對于方形板ω＝0.886

11編輯版pppt12編輯版pppt13編輯版pppt14編輯版pppt二、狹縫法15編輯版pppt三、水壓法水壓法是在巖體內(nèi)開挖一個試洞，形成一個封閉的空間，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16編輯版pppt17編輯版pppt第二節(jié)巖體強度測試巖體原位強度測試考慮了結(jié)構(gòu)面的影響，測試結(jié)果符合實際一、現(xiàn)場巖體直剪試驗沿預定的剪切面進行，可分為：

1）巖體本身的抗剪強度試驗

2）沿軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強度試驗

3）混凝土-巖體膠結(jié)面的抗剪強度試驗常把巖體抗剪強度試驗分為三種：抗剪斷試驗、摩擦試驗(又稱抗剪試驗)和抗切試驗18編輯版pppt試驗方法有平推法和斜推法兩種19編輯版pppt20編輯版pppt21編輯版pppt制備試件時應注意： 1）應盡量避免擾動

2）為避免應力釋放、松動和強度降低，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，應使各個面盡量平整

4）需澆筑保護套的試件，保護套應達到預定的剪切縫上部邊緣，剪切縫的寬度為推力方向試件長度的5%

22編輯版pppt5）試件頂面和剪力面務必要與反力面平行6）試件尺寸宜選用2500~10000cm2，最小邊長應大于50cm，試件高度應大于最小邊長的一半7）試件間距要大于最小邊長8）制備好試件后，不要放置太長時間9）位移觀測要求23編輯版pppt24編輯版pppt試驗要求最大垂直荷載為工程設計最大應力的1.2倍每組試驗試件的數(shù)量不少于5個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，即認為穩(wěn)定，可開始施加剪切荷載剪切荷載按預估最大剪切荷載分8~12次施加，每隔5min加荷1次25編輯版pppt試驗成果進行一組試驗，可得到抗剪強度：在一定的法向應力和剪應力作用下，測得相應的法向位移和剪切位移，可求：26編輯版pppt萬州區(qū)某滑坡勘察中的‘原位大剪’27編輯版pppt28編輯版pppt二、現(xiàn)場巖體三軸試驗29編輯版pppt30編輯版pppt31編輯版pppt32編輯版pppt第三節(jié)巖體應力測試巖體應力測試一般是先測出巖體的應變值，再根據(jù)應力-應變關(guān)系計算出應力值量測方法有應力解除法和應力恢復法一、應力解除法

原理：巖體賦存于一定的應力環(huán)境中，在應力作用下巖體產(chǎn)生應變，采用一定的方法將巖體上的應力解除，巖體的應變將相應恢復，測出應變恢復值，即可由應力-應變關(guān)系確定巖體應力33編輯版pppt巖體表面應力解除法選擇測點位置，避開局部

地質(zhì)構(gòu)造的影響整平磨光測點的巖體表面，

沿不同方向安置量測元件（電阻應變片和鋼環(huán)應變計）接量測儀器，讀取開槽前（應力解除前）的初始讀數(shù)沿量測元件周圍開圓槽切割分離巖體在切割過程中，應經(jīng)常測量應變值的變化，并測量應力完全解除后的應變值換算出應力值34編輯版pppt二、應力恢復法

在應力解除后，在槽中再埋入壓力枕對巖體施加壓力，使巖體應變恢復到切槽前的狀態(tài)，此時壓力枕所施加的應力就可近似當作應力解除前巖體所受的應力值。35編輯版pppt三、水壓致裂法水壓致裂法地應力測試是通過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種方法試驗設備相同，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。36編輯版pppt水壓致裂法當井眼壓力足夠高時，井壁會劈開一條裂縫，這一過程稱為水力壓裂。水壓致裂法是目前最準確的地應力測試方法(主要是指最小水平主應力和地應力方向)，它的結(jié)果往往作為檢驗其他方法精度的標準。37編輯版pppt水壓致裂法測量系統(tǒng)Hydrauliefractringmerhodmeasuringsystem38編輯版pppt井壁巖石應力狀態(tài)圖AA’B’BA、B點處應力39編輯版pppt當加的液壓大于孔壁上巖石所能承受的應力時，將在最小切向應力的位置上，即A點處產(chǎn)生張破裂，并且破裂將沿著垂直于最小主應力的方向擴展。此時孔壁產(chǎn)生破裂的外加液壓pc1稱為臨界破裂壓力，且有40編輯版pppt典型的水力壓裂試驗曲線出現(xiàn)剪切裂縫破裂漏失停泵裂縫閉合裂縫重張時間井口壓力41編輯版pppt第四節(jié)波速測試波速試驗（Wavevelocitytest）是通過測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性質(zhì)或工程指標的現(xiàn)場測試方法。常用的有鉆孔法和表面法；鉆孔法分為：單孔波速法、跨孔法表面法分為：表面波法、折射波和反射波法42編輯版pppt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。43編輯版pppt44編輯版pppt測試原理利用直達波的原理。測出激發(fā)震源與信號接收點之間的距離以及剪切波的傳播時間，即可由下式求剪切波速

vs＝ΔL/Δt45編輯版pppt46編輯版pppt成果整理與應用47編輯版pppt48編輯版pppt自動觸發(fā)式聲波儀49編輯版pppt二、跨孔法50編輯版pppt7/16/202351編輯版pppt7/16/202352編輯版pppt三、波速法在工程中的應用提出場地內(nèi)各類土層的波速范圍按波速分層對波速低的土層分析液化的可能性估計場地的卓越周期分析場地穩(wěn)定性和邊坡穩(wěn)定性為劃分場地土的類別提供依據(jù)53編輯版pppt1、巖土力學參數(shù)計算7/16/202354編輯版pppt由現(xiàn)場剪切波速試驗獲得的動剪切模量范圍值（袁燦勤，1991）7/16/202355編輯版pppt2、劃分場地土的抗震類別類別平均剪切波速（m/s)堅硬場地土>500中硬場地土250~500中軟場地土140~250軟弱場地土≤1407/16/202356編輯版pppt3、