巖土工程1巖體和土體的工程性質(zhì)及評價

1、1,1 巖體和土體的工程性質(zhì)及評價,作為建筑物地基的巖土體是保證建筑物安全穩(wěn)定、正常運行的基本要素。 因此，充分了解巖土體的工程性質(zhì)及其評價原則是非常必要的。,2,1.1 工程土體主要設(shè)計參數(shù)的確定,土體的主要設(shè)計參數(shù)主要包括： 壓縮性參數(shù)；滲透性參數(shù)；強度參數(shù)。 1.1.1壓縮性參數(shù) 壓縮： 土在壓力作用下，體積將縮小。這種現(xiàn)象稱為壓縮。 固結(jié)： 土的壓縮隨時間增長的過程稱為固結(jié),3,目前我們在研究土的壓縮性，均認(rèn)為土的壓縮完全是由于孔隙中水和氣體向外排出而引起的。,飽和砂土,透水性強，在壓力作用下，固結(jié)很快完成,飽和粘土,透水性弱，在壓力作用下，固結(jié)需要很長時間完成,4,瞬時沉降,主固結(jié)沉

2、降,次固結(jié)沉降,建筑物的總沉降由以下三部分組成：,5,瞬時沉降指在加荷后立即發(fā)生的沉降 飽和粘土 在很短的時間內(nèi)，孔隙中的水來不及排出，加之土體中的土粒和水是不可壓縮的，因而瞬時沉降是在沒有體積變形的條件下發(fā)生的，它主要是由于土體的側(cè)向變形引起的 瞬時沉降一般不予考慮,6,對于控制要求較高的建筑物，瞬時沉降可用彈性理論估算。對于飽和粘土在局部均布荷載作用下，地基地瞬時沉降可用下式計算,影響系數(shù),7,主固結(jié)與主固結(jié)沉降 在荷載作用下飽和土體中孔隙水的排除導(dǎo)致土體體積隨時間逐漸減小，有效應(yīng)力逐漸增加，這一過程稱為主固結(jié)。 隨著時間的增加，孔隙水應(yīng)力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸增加并最終達到一個穩(wěn)定值，此

3、時孔隙水應(yīng)力消散為零，主固結(jié)沉降完成，這一過程所產(chǎn)生的沉降為固結(jié)沉降。,8,次固結(jié)沉降 土體在主固結(jié)成將完成之后有效應(yīng)力不變的情況下還會隨時間的增長進一步產(chǎn)生沉降，稱為次固結(jié)沉降 次固結(jié)沉降對某些土如軟粘土是比較重要的，對于堅硬土或超固結(jié)土，這一分量相對較小。,9,為了研究土的壓縮特性，通常需要進行試驗,室內(nèi)固結(jié)試驗,現(xiàn)場原位試驗（荷載試驗、旁壓試驗）,1.1.1.1壓縮曲線和壓縮性指標(biāo),10,室內(nèi)固結(jié)試驗與壓縮曲線,11,室內(nèi)固結(jié)試驗與壓縮曲線,用環(huán)刀切取扁園柱體，一般高2厘米，直徑應(yīng)大于高度25倍，面積為30cm2或50 cm2,試樣連同環(huán)刀一起裝入護環(huán)內(nèi)，上下有透水石以便試樣在壓力作用下

4、排水。 在透水石頂部放一加壓上蓋，所加壓力通過加壓支架作用在上蓋，同時安裝一只百分表用來量測試樣的壓縮。 由于試樣不可能產(chǎn)生側(cè)向變形而只有豎向壓縮。于是，我們把這種條件下的壓縮試驗稱為單向壓縮試驗或側(cè)限壓縮試驗。,固結(jié)儀,12,室內(nèi)固結(jié)試驗與壓縮曲線,假定試樣土粒本身體積不變，土的壓縮僅由于孔隙體積的減小，因此土的壓縮變形常用孔隙比e的變化來表示。 壓力p與相應(yīng)的穩(wěn)定孔隙比的關(guān)系曲線稱為壓縮曲線,e-p曲線,e-logp曲線,13,室內(nèi)固結(jié)試驗與壓縮曲線,a圖：壓力與加荷歷時關(guān)系 b圖：各級壓力下，試樣孔隙比隨時間的變化過程 壓縮快壓縮穩(wěn)定，穩(wěn)定的快慢和土的性質(zhì)有關(guān),14,壓縮系數(shù),用單位壓力

5、增量所引起的孔隙比的改變，即壓縮曲線的割線坡度表征土的壓縮性的高低,壓縮系數(shù),e-p曲線,15,壓縮系數(shù),a是表征土壓縮性的重要指標(biāo)之一,ep曲線越陡， a就越大，土的壓縮性越高,ep曲線越平緩， a就越小，土的壓縮性越低,16,壓縮系數(shù),壓縮曲線不是直線，即使是同一種土，其壓縮系數(shù)也不是常量。 工程上為了便于統(tǒng)一比較，習(xí)慣采用100kpa200kpa范圍的壓縮系數(shù)來衡量土的壓縮性的高低,我國建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范規(guī)定,17,壓縮指數(shù),在較高的壓力范圍內(nèi)，壓縮曲線近似為一直線，很明顯，該直線越陡，意味著土的壓縮性越高。,壓縮指數(shù),e-logp曲線,18,壓縮指數(shù),Cc與土的壓縮性的關(guān)系,elgp

6、曲線越陡， Cc就越大，土的壓縮性越高,elgp曲線越平緩， Cc就越小，土的壓縮性越低,19,1.1.1.2回彈再壓縮指數(shù),試樣回彈不是沿初始壓縮曲線，說明土體的變形是由可恢復(fù)的彈性變形和不可恢復(fù)的塑性變形組成 回滯環(huán)非完全彈性 回彈和再壓縮曲線比初始曲線平緩，說明在回彈和再壓縮范圍內(nèi)土的壓縮性降低 超過b點，再壓縮曲線趨于初始壓縮曲線的延長線,20,回彈再壓縮指數(shù),Cs=(0.10.2)Cc 回彈再壓縮土的壓縮性減小 土體如果承受到比現(xiàn)在大的壓力，其壓縮性將降低，也就是說土的應(yīng)力歷史對壓縮性有很大影響,軟土地基加固,21,其它壓縮性指標(biāo),壓縮模量： 土體在無側(cè)向變形條件下，豎直應(yīng)力與豎向應(yīng)

7、變之比。其大小反映了土體在單向壓縮條件下對壓縮變形的抵抗能力。,22,其它壓縮性指標(biāo),體積壓縮系數(shù)mv 單位應(yīng)力作用下單位體積的體積變化,初始孔隙比,23,1.1.1.3固結(jié)系數(shù)Cv 定義：土的壓縮隨時間而增長的過程叫固結(jié)。 固結(jié)系數(shù)Cv： 表征土固結(jié)速率的一個特征系數(shù)。,24,（1）時間對數(shù)法（logt法） （2）時間平方根法（ ）,25,1.1.1.4次固結(jié)系數(shù)Ca 經(jīng)驗公式： 次固結(jié)對大多數(shù)土可不考慮， 但對軟弱土不能忽略。,次固結(jié),26,1.1.2 滲透性參數(shù),土是具有連續(xù)孔隙的介質(zhì)。當(dāng)土作為建筑物的地基和直接用作建筑材料時，水就會在水位差的作用下，從水位較高的一側(cè)透過土的孔隙流向水位

8、較低的一側(cè)。,27,水在土體中的滲透，一方面會造成水量的損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水工建筑物或地基的穩(wěn)定條件，嚴(yán)重時還會釀成破壞事故。 土的滲透性的強弱，對土體的固結(jié)、強度以及工程施工都有非常重要的影響,28,關(guān)于防滲墻,防滲墻射水法施工,防滲墻,29,滲透系數(shù)的大小是直接衡量土的透水性強弱的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。滲透系數(shù)的測定可以分為現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗兩大類。一般，現(xiàn)場試驗比室內(nèi)試驗得到的結(jié)果要準(zhǔn)確可靠。因此，對于重要工程常需進行現(xiàn)場測定。 室內(nèi)測定土地滲透系數(shù)的儀器和方法很多，但就其原理來講，可分為常水頭試驗和變水頭試驗兩種，前者適用于透水性強的無粘性

9、土，后者適用于透水性弱的粘性土。,滲透性參數(shù) 定義：水流通過土中孔隙的難易程度的性質(zhì)。,30,常水頭法,常水頭法就是在整個試驗過程中，水頭保持不變，試驗裝置如圖 用量筒和秒表測出某一時刻t內(nèi)流經(jīng)試樣的水量V，即可求出流過土體的流量，再根據(jù)達西定律求解k,31,變水頭法,粘性土，滲透系數(shù)小，流經(jīng)水量少 變水頭法在整個試驗過程中，水頭是隨著時間而變化的，試驗裝置如圖，試樣的一端與細玻璃管相接，在試驗過程中測出某一時段內(nèi)細玻璃管中水位的變化，就可根據(jù)達西定律求出水的滲透系數(shù)。,32,變水頭法,設(shè)玻璃管的內(nèi)截面積為a，試驗開始以后任一時刻t的水位差為h，經(jīng)時段dt，細玻璃管中水位下落dh，則在時段dt

10、內(nèi)流經(jīng)試樣的水量,33,變水頭法,34,無粘性土 軟土,35,土的滲透系數(shù)參考值,影響滲透系數(shù)的因素很多，諸如土的種類、級配、孔隙比及水的溫度等。因此，為了準(zhǔn)確地測定土的滲透系數(shù)，必須盡力保持土的原始狀態(tài)并消除人為因素的影響,36,土的破壞主要是由于剪切引起的，剪切破壞是土體破壞的重要特點 工程實踐中與土的抗剪強度有關(guān)的工程主要有以下3類 （1）土質(zhì)土壩的穩(wěn)定 （2）土壓力 （3）地基的承載力問題,1.1.3土的抗剪強度參數(shù),37,工程實例土坡穩(wěn)定問題,38,工程實例土坡穩(wěn)定問題,39,工程實例地基承載力問題,40,工程實例地基承載力問題,41,工程實例地基承載力問題,加拿大特朗斯康谷倉： 1

11、911年動工 1913年完工 谷倉自重20000噸 1913年10月17日發(fā)現(xiàn)1小時內(nèi)豎向沉降達30.5厘米，結(jié)構(gòu)物向西傾斜，并在24小時內(nèi)傾倒，谷倉西端下沉7.32米，東端上抬1.52米 產(chǎn)生原因：地基承載力不夠，超載引發(fā)強度破壞而產(chǎn)生滑動。,42,工程實例地基承載力問題,美國紐約某水泥倉庫： 是近代世界上最嚴(yán)重的建筑物破壞之一 位于紐約漢森河旁 1940年水泥倉庫裝載水泥，使粘性土超載，引起地基土剪切破壞而滑動。 傾斜45度，地基土被擠出達5.18米，23米外的辦公樓也發(fā)生傾斜。,43,工程實例地基承載力問題,44,土的抗剪強度參數(shù) 的確定是進行建筑物地基承載力、邊坡穩(wěn)定分析、擋土結(jié)構(gòu)土壓

12、力計算、基坑支護等設(shè)計的基礎(chǔ)。 室內(nèi)試驗方法： 直剪試驗 三軸壓縮試驗,45,直接剪切試驗,46,直接剪切試驗,47,直接剪切試驗,48,直接剪切試驗,49,直接剪切試驗,50,直接剪切試驗,51,直接剪切試驗,52,直接剪切試驗,53,直接剪切試驗,在直剪試驗過程中，不能量測孔隙水應(yīng)力，也不能控制排水，所以只能以總應(yīng)力法來表示土的抗剪強度。,計算公式：庫侖公式,54,直接剪切試驗,直剪試驗的缺點 1.剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面 2.試驗中試驗的排水程度靠試驗速的快慢控制 3.由于上下土盒的錯動，剪切過程中試樣的有效面積減小，使試樣中的應(yīng)力分布不均勻，主應(yīng)力方向發(fā)生變化，當(dāng)剪切變形較大

13、時這一缺陷表現(xiàn)更為突出,55,三軸壓縮試驗,三軸壓縮試驗直接量測的是試樣在不同恒定周圍壓力下的抗壓強度，然后利用莫爾庫侖破壞理論間接推求土的抗剪強度。,56,三軸壓縮試驗,57,三軸壓縮試驗,58,三軸壓縮試驗,59,三軸壓縮試驗,優(yōu)點： 受力狀態(tài)明確、大小主應(yīng)力可以控制、剪切面不固定、排水條件能控制、能測孔隙水及體積的變化,計算公式：庫侖公式,60,1.1.4 影響土的工程性質(zhì)的主要因素 （1）土的粒度組成 （2）土的密實度 （3）粘性土的稠度 （4）粘性土的結(jié)構(gòu)性 指土體經(jīng)擾動后，土體的天然結(jié)構(gòu)受到破壞，土的強度降低，壓縮性提高。 （5）應(yīng)力歷史 指土體在歷史上曾經(jīng)受過的應(yīng)力狀態(tài)。,61,

14、1.2 工程巖體參數(shù)的確定及質(zhì)量評價,巖體的主要設(shè)計參數(shù)主要包括： 強度參數(shù)；變形參數(shù)；流變參數(shù)。 強度參數(shù)：單軸抗壓強度，三軸抗壓強度，抗剪強度，抗拉強度； 變形參數(shù)：彈性模量，變形模量，動泊松比，動彈性模量 流變（蠕變）：就是指在應(yīng)力不變的情況下巖石變形(或應(yīng)變)隨著時間t而增長的現(xiàn)象。,62,概念： 巖石（塊）：礦物的集合體。 巖體：巖塊+弱面（結(jié)構(gòu)面，不連續(xù)面）。 弱面： 層面 節(jié)理、裂隙：原生、構(gòu)造、次生（風(fēng)、外力） 斷層,巖塊,63,巖體,64,65,1.2.1巖體強度參數(shù)的確定,包括：單軸、三軸抗壓強度及抗剪強度,66,67,鉆孔取出的巖石試樣,68,巖石試驗成果表,69,1.2

15、.1.1 巖體單軸抗壓強度 試件：正圓柱體，D=50mm，H=100mm (錄像) 應(yīng)力： 應(yīng)變：,70,巖體抗壓強度 式中： 完整巖體 0.75；塊狀巖體 0.4-0.75 碎裂狀巖體 0.4,巖體聲波速,折減系數(shù),巖塊強度,巖體強度,巖塊聲波速,71,1.2.1.2巖體三軸抗壓強度 預(yù)定的圍壓p：p0，p1，p2 ，p3 測出的強度 對數(shù)據(jù)回歸分析得線性公式： 上式兩邊同乘折減系數(shù)： 巖體強度公式為：,參考數(shù)值計算教材,72,73,74,1.2.1.3巖體抗剪強度參數(shù) 根據(jù)實驗結(jié)果可得： 剪切破壞面上的應(yīng)力,75,76,1.2.2巖體變形參數(shù)的確定（錄像） 變形參數(shù)有：彈性模量、變形模量、

16、動泊松比、動彈性模量 1.2.2.1彈性模量Ee和變形模量E0,77,現(xiàn)場剛性承壓板實驗求模量,78,79,1.2.2.2巖體動泊松比和動彈性模量 用聲波儀測出縱波和橫波波速后按下式求： 或 靜動彈模的關(guān)系： 一般來說，巖體越堅硬越完整，則差值越小，否則，差值就越大。,80,81,1.2.3工程巖體質(zhì)量評價 設(shè)計前對巖體質(zhì)量作出評價：有助于深入認(rèn)識巖體力學(xué)特性和合理選取參數(shù)；有助于巖體工程設(shè)計和施工，也有助于采取合理的工程處理措施。 1.2.3.1巖體裂隙度和切割度 巖體裂隙度K取樣線上單位長度上的節(jié)理數(shù)： K=01/m 疏節(jié)理 按密集程度分類 K=110/m 密節(jié)理 K=10100/m 很密

17、節(jié)理 K=1001000/m 糜棱節(jié)理,82,巖體切割度Xe巖體被裂隙切割分離面積所占比重：,83,84,1.2.3.2巖體質(zhì)量指標(biāo)和聲波速度比,巖石質(zhì)量指標(biāo) RQD （Rock Quality Designation） RQD是選用堅固完整的、其長度大于等于10mm的巖芯總長度與鉆孔長度的比，百分?jǐn)?shù)表示為：,工程實踐說明，RQD是一種比巖芯采取率更好的指標(biāo)。,85,鉆孔取出的巖石試樣,86,例 某鉆孔的長度為250cm，其中巖芯采取總長度為200cm,而大于10cm的巖芯總長度為157cm(圖). 則巖芯采取率： 200/250=80% RQD=157/250=63%,87,用RQD值來描述

18、巖石的質(zhì)量-分級(表5-4),88,彈性波（縱波）速度 依據(jù)：彈性波變化能反映巖體結(jié)構(gòu)特性和完整性。波速越大質(zhì)量越好。 中科院地質(zhì)所根據(jù)他們對巖體結(jié)構(gòu)的分類，列出了彈性波在各類巖體中傳播特性，如表5-5。,89,水在巖土體孔隙中的流動過程稱為滲透。巖土體具有滲透的性質(zhì)稱為巖土體的滲透性。,1.2.3.3 巖體的滲透特性,由水的滲透引起巖土體邊坡失穩(wěn)、邊坡變形、地基變形、巖溶滲透塌陷等均屬于巖土體的滲透穩(wěn)定問題。水在孔隙介質(zhì)中的滲透問題，目前的研究在試驗及理論上都有一定的水平，在解決實際問題方面也能夠較好地反映水在孔隙介質(zhì)中的滲流的運動規(guī)律。,90,在一定的水力梯度或壓力作用下，巖石能被水透過的

19、性質(zhì)，稱為透水性。對孔隙介質(zhì)巖體，一般認(rèn)為，水在巖石中的流動，如同水在土中流動一樣，也服從于線性滲流規(guī)律達西定律； 滲透系數(shù)是表征巖石透水性的重要指標(biāo)，其大小取決于巖石中空隙、裂隙的數(shù)量、規(guī)模及連通情況等，并可在室內(nèi)根據(jù)達西定律測定。巖石的滲透性一般都很小，遠小于相應(yīng)巖體的透水性，新鮮致密巖石的滲透系數(shù)一般均小于10-7cm/s量級。 同一種巖石，有裂隙發(fā)育時，滲透系數(shù)急劇增大，一般比新鮮巖石大46個數(shù)量級，甚至更大，說明空隙性對巖石透水性的影響是很大的,巖石的透水性：,91,巖體的滲透性是一個復(fù)雜的問題，根據(jù)目前的研究，巖體的滲流大體可劃分為準(zhǔn)均勻介質(zhì)滲流、裂隙性介質(zhì)滲流和巖溶性介質(zhì)滲流三種

20、。 (1)準(zhǔn)均勻介質(zhì)滲流： 屬于這一類型的有全、強風(fēng)化帶及弱風(fēng)化帶的中上部的多孔隙砂巖。在該滲流場中，達西定律基本上適用； (2) 裂隙性介質(zhì)滲流：裂隙性介質(zhì)滲流是巖體滲流的基本形式，水的滲流主要受裂隙的類型、裂隙的大小、裂隙的產(chǎn)狀及裂隙充填情況所控制。,巖體的滲透性：,92,(3)巖溶介質(zhì)滲流：巖溶介質(zhì)滲流是巖體滲流最復(fù)雜的一種形式，由于受巖溶的發(fā)育規(guī)律所控制，巖溶的滲流具有間歇性、隱伏性、封閉性和地下水系等特點。,巖體的滲透性：,93,巖體滲透系數(shù) 達西定律： 巖石滲透性通過室內(nèi)巖塊試件測定； 巖體滲透性通過現(xiàn)場試驗測定；,94,95,96,97,1.3巖體天然應(yīng)力及其測量,原巖： 未受工

21、程影響而又處于自然平衡狀態(tài)的巖體。 原巖應(yīng)力（亦稱初始應(yīng)力或地應(yīng)力）： 定義之一：原巖中存在的應(yīng)力。 定義之二：巖體在天然狀態(tài)下所存在的內(nèi)應(yīng)力。 一般習(xí)慣把原巖應(yīng)力分為自重應(yīng)力場和構(gòu)造應(yīng)力場。 由上覆巖體的自重所引起的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力；地層中由于過去地質(zhì)構(gòu)造運動產(chǎn)生和現(xiàn)在正在活動與變化的應(yīng)力，地質(zhì)作用殘存的應(yīng)力統(tǒng)稱為構(gòu)造應(yīng)力。,98,研究巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的工程意義： 1.正確確定開挖巖體過程中的巖體內(nèi)部應(yīng)力變化 2.合理設(shè)計地下工程的支護尺寸 巖體應(yīng)力現(xiàn)場量測方法概述 目的：了解巖體中存在的應(yīng)力大小和方向，從而為分析巖體工程的受力狀態(tài)以及為支護及巖體加固提供依據(jù)。 巖體應(yīng)力量測按目的可分為：巖

22、體初始應(yīng)力量測和地下工程應(yīng)力分布量測 巖體應(yīng)力量測常用方法: 應(yīng)力解除法、應(yīng)力恢復(fù)法和水壓致裂法。 工程中某種應(yīng)力量測方法的精確度能控制誤差在0.4MPa以內(nèi)，其結(jié)果通常被認(rèn)為是令人滿意的。,99,巖體的初始應(yīng)力,自重應(yīng)力 海姆公式（瑞士，Haim，1878）：靜水壓力假定，無剪應(yīng)力。,靜止側(cè)壓力系數(shù),100,構(gòu)造應(yīng)力 在漫長的地質(zhì)年代里，由于地殼的構(gòu)造運動，不僅在巖層或巖體中引起構(gòu)造應(yīng)力，同時也在巖層和巖體中引起相應(yīng)的變形，這種變形表現(xiàn)為各種巖層和巖體以不同產(chǎn)狀、形狀和一定的幾何形態(tài)有規(guī)律地分布于地殼中。 構(gòu)造應(yīng)力尚無法用數(shù)學(xué)力學(xué)的方法進行分析計算，而只能采用現(xiàn)場應(yīng)力量測的方法來求得，但是構(gòu)

23、造應(yīng)力的方向可以根據(jù)地質(zhì)力學(xué)的方法加以判斷。,101,1.3.1應(yīng)力解除法,基本原理：釋放應(yīng)力，量測變形，彈性求解 按探測深度可分： 表面應(yīng)力解除法，淺孔應(yīng)力解除及深孔應(yīng)力解除。 按測試應(yīng)變的方法不同可分： 孔徑變形測試，孔壁應(yīng)變測試及鉆孔應(yīng)力解除法等。 目前常用：孔徑變形法、孔壁應(yīng)變法,102,1.3.1.2孔徑變形法,如圖1.13在 作用下孔周邊A點的徑向位移u為：,解除應(yīng)力，徑向變形u就會恢復(fù)，如圖1.14虛線所示,103,若孔徑變形計互成60度角布置，即 則 若成45度角布置，即 則 式中：對淺孔k=d/E,深孔 , u測得的徑向變形，1主應(yīng)力1與徑向變形u1的夾角。,注意：算出的應(yīng)力

24、僅是垂直于鉆孔軸線平面內(nèi)的應(yīng)力，不是巖體內(nèi)真的主應(yīng)力,104,現(xiàn)場實測步驟：,105,空間應(yīng)力量測 共面三孔交匯法確定三維應(yīng)力,106,用前面方法求出主應(yīng)力，則用下面公式可求任意面的應(yīng)力分量：,式中：,107,108,109,1.3.1.3孔壁應(yīng)變測試法,工序同前，但小孔不是裝孔徑變形計，而是裝三軸應(yīng)變計，貼在孔壁上，測出孔壁的應(yīng)變就可求巖體的六個應(yīng)變分量（三個正應(yīng)力和三個剪應(yīng)力）。,110,應(yīng)力恢復(fù)法,利用應(yīng)力恢復(fù)法量測巖體表面應(yīng)力時，應(yīng)在巖體表面沿不同方向安置三個應(yīng)變計，以便能夠測出巖體沿這三個不同方向的伸縮變形。先讀出應(yīng)變計的初始讀數(shù)。然后，沿著與所測應(yīng)力相垂直的方向開挖一狹長槽，如圖所

25、示。,111,1.3.2水壓致裂法,比較常用，常用于測深層巖體應(yīng)力，最大深度可達幾千米。目前國內(nèi)最深2000m（大港油田） 1.3.2.1水壓致裂法量測的基本原理 水壓致裂法地應(yīng)力測量是利用一對可膨脹的橡膠封隔器，在預(yù)定的測量深度上下封隔一段鉆孔，然后泵入液體對這段個別孔施壓，直至壓裂，根據(jù)壓裂參數(shù)計算地應(yīng)力。 水壓致裂法地應(yīng)力測量以下列3個假設(shè)條件為前提： 圍巖是線性、均勻、各向同性的彈性體。 圍巖為多孔介質(zhì)時，注入的流體按達西定律在巖石孔隙中流動 巖體中地應(yīng)力的一個主應(yīng)力方向與鉆孔軸向平行。,112,113,應(yīng)力計算,測出壓裂參數(shù)，按右式近似計算應(yīng)力：,114,水壓致裂法量測程序 (1)座

26、封 (2)注液施壓 (3)巖壁致裂致裂壓力 (4)關(guān)泵 (5)放液卸壓關(guān)閉壓力 (6)解封 (7)破裂縫記錄,115,1.4土的工程分類,200 20 2 0.05 0.005 分界粒徑 漂石 卵石 園礫 砂粒 粉粒 粘粒 塊石 碎石,1.4.1無粘性土的分類,無粘性土的特點： （1）顆粒肉眼可見； （2）無粘性； （3）具有單粒結(jié)構(gòu)； （4）壓縮性和抗剪強度主要取決于其密度； （5）現(xiàn)場原狀土樣極難取得。,116,無粘性土的分類,117,1.4.2粘性土的分類 粘性土的特征 （1）具有粘性和可塑性； （2）具有脹縮性 ； （3）壓縮性和抗剪強度與土的含水量有著密切的關(guān)系； （4）具有結(jié)構(gòu)性。

27、,118,粘性土的分類 砂質(zhì)粉土 粉土 粘質(zhì)粉土 粉質(zhì)粘土 細粒土 粘土,119,1.5工程巖體分類,分類的目的 （1）為巖石工程建設(shè)的勘察、設(shè)計、施工和編制定額提供必要的基本依據(jù)。 （2）便于施工方法的總結(jié),交流,推廣。 （3）為便于行業(yè)內(nèi)技術(shù)改革和管理。 巖體復(fù)雜、理論不完善、靠經(jīng)驗。 從定性和定量兩個方面來評價巖體的工程性質(zhì)，根據(jù)工程類型及使用目的對巖體進行分類，這也是巖體力學(xué)中最基本的研究課題。,120,分類原則 （1）有明確的類級和適用對象。 （2）有定量的指標(biāo)。 （3）類級一般分五級為宜。 （4）分類方法簡單明了、數(shù)字便于記憶和應(yīng)用。 （5）根據(jù)適用對象，選擇考慮因素。 趨勢：“綜

28、合特征值”分類法,121,分類的獨立因素 在分類中起主導(dǎo)和控制作用的有如下幾方 面因素： （1）巖石材料的質(zhì)量（強度指標(biāo)）。 （2）巖體的完整性，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、密度、聲波等。 （3）水汶狀態(tài)（軟化、沖蝕、弱化） （4）地應(yīng)力 （5）其它因素（自穩(wěn)時間、位移率） 其中：巖性是最重要因素,122,1.5.1幾種典型分類,1、按巖石的單軸抗壓強度RC分類 用巖塊單軸抗壓強度進行分類，簡單、早期，因此在工程上采用了較長的時間(普氏系數(shù))。 （1）巖石單軸抗壓強度分類(表5-1),123,由于巖石點荷載試驗可在現(xiàn)場測定，數(shù)量多而簡便，所以用點荷載強度指標(biāo)分類得到重視。由倫敦地質(zhì)學(xué)會與Franklin等人提

29、出，見圖5-1（錄像）,（2）以點荷載強度指標(biāo)分類,124,2、按巷道巖石穩(wěn)定性分類,（1）斯梯尼(Stini)分類 根據(jù)巷道圍巖的穩(wěn)定性進行分類，如表5-2所示。,125,根據(jù)巖石抗壓強度、工程地質(zhì)條件和開挖時巖體穩(wěn)定破壞現(xiàn)象，分四類，并有相應(yīng)的施工措施，見表5-3,（2）前蘇聯(lián)巴庫地鐵分類,126,3.按巖體綜合指標(biāo)分類,127,4、巖體的巖土力學(xué)分類 由畢昂斯基(Bieniaski1974)提出“綜合特征值”-RMR值分類0RMR100 （在歐美流行）,式中的6個指標(biāo)的相關(guān)因素分別為： R1-巖石抗壓強度 R2-RQD R3-節(jié)理間距 R4-節(jié)理狀態(tài) R5-地下水狀態(tài) R6-修正系數(shù)，節(jié)理的方向?qū)こ痰挠绊?這6個指標(biāo)分別由如下各表來確定。,128,（1）與