地下工程的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控培訓(xùn)課件.ppt

7.1 概述 7.2 圍巖壓力量測(cè) 7.3 位移量測(cè) 7.4 現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)計(jì)劃和測(cè)試的有關(guān)規(guī)定 7.5 施工監(jiān)控及量測(cè)數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用 7.6 工程實(shí)例 思考題,第7章 地下工程的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控,第一節(jié) 概述,巖體原位測(cè)試一般應(yīng)遵循以下程序進(jìn)行： 1）試驗(yàn)方案制定和試驗(yàn)大綱編寫 2）試驗(yàn)（包括試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)以及原始資料檢查、校核等項(xiàng)工作） 3）試驗(yàn)資料整理與綜合分析,第二節(jié) 巖體變形試驗(yàn),巖體變形參數(shù)測(cè)試方法有: 靜力法 動(dòng)力法,靜力法,靜力法的基本原理是: 在選定的巖體表面,槽壁或鉆孔壁面上施加一定的荷載,并測(cè)定其變形,然后繪制出壓力-變形曲線,計(jì)算巖體的變形參數(shù). 靜力法可分為: 承壓板法 狹縫法 鉆孔變形法 水壓法,動(dòng)力法,動(dòng)力法原理是: 用人工方法對(duì)巖體發(fā)射或激發(fā)彈性波,并測(cè)定彈性波在巖體中的傳播速度,然后通過(guò)一定的關(guān)系式求巖體的變形參數(shù). 動(dòng)力法可分為: 聲波法 地震法,一、承壓板法,承壓板法又可以分為剛性承壓板法和柔性承壓板法,我國(guó)多采用剛性承壓板法. 下面僅介紹剛性承壓板法. (一)基本原理 (二)試件制備與描述 (三)儀器設(shè)備及其安裝調(diào)試 (四)試驗(yàn)步驟 (五)成果整理,(一)基本原理,剛性承壓板法是通過(guò)剛性承壓板(其彈性模量大于巖體一個(gè)數(shù)量級(jí)以上)對(duì)半無(wú)限空間巖體表面施加壓力并量測(cè)各級(jí)壓力下巖體的變形;按彈性理論公式計(jì)算巖體變形參數(shù)的方法.,(二)試件制備與描述,1.試件制備 2.試件地質(zhì)描述,1.試件制備,具體要求如下: (1)試段開挖時(shí),應(yīng)盡可能減少對(duì)巖體的擾動(dòng)和破壞 (2)試件受壓方向應(yīng)與建筑物基礎(chǔ)的實(shí)際受力方向一致 (3)試件的邊界條件應(yīng)滿足具體要求(p85) (4)試件范圍內(nèi)受擾動(dòng)的巖體應(yīng)清除干凈并鑿平整 (5)試件面積應(yīng)略大于承壓板 (6)試驗(yàn)反力裝置部位應(yīng)能承受足夠的反力,2.試件地質(zhì)描述,包括內(nèi)容如下: (1)試硐編號(hào) (2)試件編號(hào) (3)試段開發(fā)方法及出現(xiàn)的巖體破壞情況等 (4)巖石類型 (5)地下水情況 (6)巖體結(jié)構(gòu)面類型 (7)地質(zhì)描述應(yīng)提交的圖件,(三)儀器設(shè)備及其安裝調(diào)試,1.儀器設(shè)備 2.儀器設(shè)備的安裝調(diào)試,1.儀器設(shè)備,(1)加壓系統(tǒng) (2)傳力系統(tǒng) (3)量測(cè)系統(tǒng),2.儀器設(shè)備的安裝調(diào)試(見圖5-1),(1)傳力系統(tǒng)安裝 (2)量測(cè)系統(tǒng)安裝,(四)試驗(yàn)步驟,(1)準(zhǔn)備工作 (2)加壓(見圖5-2,5-3) (3)重復(fù)加壓 (4)測(cè)表調(diào)整與調(diào)換 (5)記錄 (6)試驗(yàn)設(shè)備拆卸,(五)成果整理,(1)檢查核對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù) (2)變形值計(jì)算 (3)繪制p-W關(guān)系曲線 (4)按公式計(jì)算巖體的變形模量或彈性模量,二、狹縫法,狹縫法又稱刻槽法 (一)基本原理 (二)試件制備與地質(zhì)描述 (三)儀器設(shè)備及安裝調(diào)試(見圖5-7) (四)試驗(yàn)步驟 (五)成果整理,三、鉆孔變形法,鉆孔變形法利用鉆孔膨脹計(jì)或壓力計(jì)，對(duì)孔壁施加徑向水壓力，測(cè)各級(jí)壓力下的鉆孔徑向變形。,具體內(nèi)容,(一)基本原理 (二)試件孔施工及地質(zhì)描述 (三)儀器設(shè)備 (四)試驗(yàn)步驟 (五)成果整理,第三節(jié) 巖體強(qiáng)度試驗(yàn),一、直剪試驗(yàn) 二、三軸試驗(yàn),一、直剪試驗(yàn),(一)基本原理與方法 (二)試件制備與地質(zhì)描述 (三)儀器設(shè)備及安裝調(diào)試(見圖5-10) (四)試驗(yàn)步驟 (五)成果整理,(一)基本原理與方法,可分為巖體本身、巖體沿結(jié)構(gòu)面、巖體與混凝土接觸面剪切三種。 每種試驗(yàn)又可細(xì)分為抗剪斷試驗(yàn)、摩擦試驗(yàn)及抗切試驗(yàn),(二)試件制備與地質(zhì)描述,(1)試件制備 (2)地質(zhì)描述,(三)儀器設(shè)備及安裝調(diào)試(見圖5-10),1.儀器設(shè)備 2.儀器設(shè)備安裝調(diào)試,(四)試驗(yàn)步驟,(1)施加法向荷載 (2)施加切向荷載 (3)拆除設(shè)備及描述試件破壞情況 (4)重復(fù)試驗(yàn),(五)成果整理,二、三軸試驗(yàn),(一)基本原理 (二)試件制備與地質(zhì)描述 (三)儀器設(shè)備及安裝調(diào)試(見圖5-12) (四)試驗(yàn)步驟 (五)成果整理,(一)基本原理,原位巖體三軸試驗(yàn)一般是在平硐中進(jìn)行的,第四節(jié) 巖體應(yīng)力測(cè)試,一、應(yīng)力解除法 二、應(yīng)力恢復(fù)法 三、水壓致裂法,一、應(yīng)力解除法,(一)基本原理(見圖5-13) (二)試點(diǎn)選擇及地質(zhì)描述 (三)儀器設(shè)備 (四)試驗(yàn)步驟(見圖5-14) (五)成果整理及計(jì)算,(一)基本原理(見圖5-13),可分為表面應(yīng)力解除法、孔底應(yīng)力解除法、孔壁應(yīng)力解除法三種。,二、應(yīng)力恢復(fù)法,(一)基本原理 (二)試點(diǎn)制備與地質(zhì)描述 (三)主要儀器設(shè)備 (四)試驗(yàn)步驟(見圖5-15,5-16) (五)成果整理及計(jì)算,(一)基本原理,應(yīng)力恢復(fù)法適應(yīng)于堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬完整巖體,三、水壓致裂法,(一)基本原理 (二)主要儀器設(shè)備 (三)試驗(yàn)方法要點(diǎn),(一)基本原理,主要優(yōu)點(diǎn)是： 1）量測(cè)深度不受限制、代表性好； 2）試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便， 測(cè)量結(jié)果直觀，精度高。 主要缺點(diǎn)是： 主應(yīng)力方向難以準(zhǔn)確確定,第五節(jié) 巖體現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)易測(cè)試,一、巖體聲波測(cè)試 二、巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn) 三、巖體回彈錘擊試驗(yàn),一、巖體聲波測(cè)試,(一)基本原理 (二)測(cè)線(點(diǎn))選擇與地質(zhì)描述 (三)儀器設(shè)備(見圖5-20) (四)試驗(yàn)步驟 (五)成果整理及應(yīng)用,二、巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn),(一)基本原理 (二)儀器設(shè)備(見圖5-21) (三)試驗(yàn)步驟 (四)成果整理,三、巖體回彈錘擊試驗(yàn),(一)基本原理(見圖5-22) (二)儀器設(shè)備(見圖5-23) (三)試驗(yàn)要點(diǎn) (四)資料整理,補(bǔ)充：地下洞室,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 地下洞室圍巖應(yīng)力分布 第三節(jié) 地下洞室圍巖變形與破壞 第四節(jié) 地下洞室圍巖分類 第五節(jié) 地下洞室圍巖壓力 第六節(jié) 地下洞室圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 第七節(jié) 地下洞室位址選擇的工程地質(zhì)論證 第八節(jié) 地下洞室的施工方法與支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第九節(jié) 地下采空區(qū)場(chǎng)地評(píng)價(jià)與勘察 第十節(jié) 地下洞室?guī)r土工程勘察要點(diǎn),第一節(jié) 概述,人工開挖或天然存在于巖土體內(nèi)作為各種用途的構(gòu)筑物統(tǒng)稱為地下洞室，也有稱為地下建筑或地下工程的。 地下洞室按其用途可分為： 交通隧道、水工隧洞、礦山巷道、地下廠房和倉(cāng)庫(kù)、地下鐵道、地下軍事工程 按其內(nèi)壁是否有內(nèi)水壓力作用可分為： 無(wú)壓洞室、有壓洞室,按其斷面形狀可分為： 圓形、矩形、城門洞形、馬蹄形等 按洞室軸線與水平面的關(guān)系可分為： 水平洞室、豎井、傾斜洞室 按圍巖介質(zhì)類型可分為： 土洞、巖洞 按成洞過(guò)程可分為： 人工洞室、天然洞室,地下洞室的主要巖土工程問題： 圍巖應(yīng)力 圍巖壓力 圍巖變形與破壞 圍巖抗力,第二節(jié) 地下洞室圍巖應(yīng)力分布,一般來(lái)說(shuō)，地下洞室圍巖應(yīng)力研究可歸納為： 一、開挖前巖體中的天然應(yīng)力 二、開挖后圍巖內(nèi)的重分布應(yīng)力 三、支護(hù)襯砌后圍巖內(nèi)應(yīng)力的改善 本節(jié)僅討論前兩個(gè)方面,一、巖體中的天然應(yīng)力,地下開挖前存在于巖體內(nèi)的應(yīng)力，稱為天然應(yīng)力或稱為初始應(yīng)力或地應(yīng)力等。,二、圍巖內(nèi)的重分布應(yīng)力,地下開挖以后，由于圍巖質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力、應(yīng)變調(diào)整而引起天然應(yīng)力大小、方向和性質(zhì)改變的作用，稱為應(yīng)力重分布作用。 經(jīng)應(yīng)力重分布作用后形成的新的應(yīng)力狀態(tài)，稱為重分布應(yīng)力狀態(tài)。 重分布應(yīng)力影響范圍內(nèi)的巖體稱為圍巖。,下面重點(diǎn)討論圓形水平洞室圍巖的重分布應(yīng)力。 （一）彈性圍巖重分布應(yīng)力 （二）塑性圍巖重分布應(yīng)力,第三節(jié) 地下洞室圍巖變形與破壞,地下開挖以后，洞壁圍巖由于失去了原有巖體的支撐而向洞內(nèi)松脹變形，如果這種變形超過(guò)了圍巖本身所能承受的能力時(shí)，圍巖就要產(chǎn)生破壞。 下面討論各類結(jié)構(gòu)巖體圍巖的變形破壞特征。 一、整體狀和塊狀巖體圍巖 二、層狀巖體圍巖 三、碎裂狀巖體圍巖 四、松散狀巖體圍巖,一、整體狀和塊狀巖體圍巖,這類巖體本身具有很高的力學(xué)強(qiáng)度和抗變形能力，并存在有較稀疏且延伸較長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)面，含有少量的裂隙水。,二、層狀巖體圍巖,這類巖體常呈軟硬巖層相間的互層形式出現(xiàn)。巖體中的結(jié)構(gòu)面以層理面為主，并有層間錯(cuò)動(dòng)及泥化夾層等軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育。,三、碎裂狀巖體圍巖,碎裂巖體是指斷層、褶曲、巖脈穿插擠壓和風(fēng)化破碎加次生夾泥的巖體。,四、松散狀巖體圍巖,松散狀巖體是指強(qiáng)烈構(gòu)造破碎和強(qiáng)烈風(fēng)化的巖體或新近堆積的土體。,第四節(jié) 地下洞室圍巖分類,圍巖分類是地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，也是解決地下洞室設(shè)計(jì)和施工工藝標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)重要途經(jīng)。 可分為以下幾類： 一、洞室圍巖質(zhì)量分級(jí) 二、洞室圍巖分類 三、巖體地質(zhì)力學(xué)分類(RMR分類) 四、巴頓巖體質(zhì)量(Q)分類,一、洞室圍巖質(zhì)量分級(jí),見書P270,二、洞室圍巖分類,見書P271,三、巖體地質(zhì)力學(xué)分類(RMR分類),見書P273,四、巴頓巖體質(zhì)量(Q)分類,見書P275,第五節(jié) 地下洞室圍巖壓力,一、基本概念 二、圍巖壓力的確定方法,一、基本概念,地下洞室圍巖在重分布應(yīng)力作用下產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形或破壞，進(jìn)而引起施加于支護(hù)襯砌上的壓力，稱為圍巖壓力。 圍巖壓力是圍巖與襯砌間的相互作用，它與圍巖應(yīng)力不是同一個(gè)概念。,按圍巖壓力的形成機(jī)理可劃分為： 形變圍巖壓力 松動(dòng)圍巖壓力 沖擊圍巖壓力,二、圍巖壓力的確定方法,1、彈塑性力學(xué)計(jì)算法 2、普氏理論 3、經(jīng)驗(yàn)類比法 4、塊體極限平衡理論,第六節(jié) 地下洞室圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià),一、圍巖穩(wěn)定性的定性評(píng)價(jià)P280 二、圍巖穩(wěn)定性的定量評(píng)價(jià),第七節(jié) 地下洞室位址選擇的工程地質(zhì)論證,地下洞室位址選擇應(yīng)滿足如下要求P281： （1） （2） （3） （4） （5） （6）,第八節(jié) 地下洞室的施工方法與支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一、常規(guī)施工方法與支襯結(jié)構(gòu) 二、新奧法施工方法與支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,一、常規(guī)施工方法與支襯結(jié)構(gòu),(一)施工方法P282 (二)支襯結(jié)構(gòu) 1、支撐 2、襯砌,二、新奧法施工方法與支襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,(一)施工方法 1、全斷面法 2、臺(tái)階式開挖 3、臨時(shí)仰拱開挖 4、側(cè)壁導(dǎo)坑法 (二)噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第九節(jié) 地下采空區(qū)場(chǎng)地評(píng)價(jià)與勘察,一、概述 二、采空區(qū)的地表變形特征 三、采空區(qū)場(chǎng)地的建筑適宜性評(píng)價(jià) 四、采空區(qū)場(chǎng)地的建筑設(shè)計(jì)原則 五、地下采空區(qū)場(chǎng)地勘察要點(diǎn),一、概述,人類為采掘地下資源而留下的地下空間稱為地下采空區(qū)。,二、采空區(qū)的地表變形特征,（一）地表變形的分區(qū)與分類 （二）影響地表變形的因素 1、礦層因素 2、巖性因素 3、地質(zhì)構(gòu)造因素 4、地下水因素 5、開采因素 （三）地表變形的觀測(cè)方法,三、采空區(qū)場(chǎng)地的建筑適宜性評(píng)價(jià),（一）地表變形對(duì)建筑物的影響 （二）建筑物的允許變形和破壞等級(jí)劃分 （三）場(chǎng)地的建筑適宜性評(píng)價(jià) 1、不宜建筑的