巖石力學(xué)課程Chapter

1、4.1.1 巖石變形的概念巖石變形的概念 指多種指多種地質(zhì)力學(xué)環(huán)境因素地質(zhì)力學(xué)環(huán)境因素和和工程荷載工程荷載共同作用巖共同作用巖石形狀與大小發(fā)生變化。石形狀與大小發(fā)生變化。4.1.2 巖石的變形穩(wěn)定巖石的變形穩(wěn)定4.1.2 巖石的變形穩(wěn)定巖石的變形穩(wěn)定空間殼體空間殼體將上游水載傳遞給壩肩巖將上游水載傳遞給壩肩巖體，而壩肩巖體的變形體，而壩肩巖體的變形 另一方面：庫水放空另一方面：庫水放空 壩體回彈（大），巖體回彈（小）（差壩體回彈（大），巖體回彈（小）（差 異）異） 拱端接觸面拱端接觸面“脫開脫開” 開裂，如錦屏一級拱壩。開裂，如錦屏一級拱壩。 一方面：要影響壩體的變形、應(yīng)力一方面：要影響壩體的

2、變形、應(yīng)力; ;重力壩重力壩右江右江 h=130mq庫空庫空 是否向上游傾斜是否向上游傾斜研究巖體研究巖體 變形的重要性變形的重要性q蓄水蓄水 壩基不均勻變形影響壩基不均勻變形影響4.1.2 巖石的變形穩(wěn)定巖石的變形穩(wěn)定 不均勻變形造成壩體內(nèi)剪應(yīng)力及主不均勻變形造成壩體內(nèi)剪應(yīng)力及主拉應(yīng)力增長，造成開裂錯位等不良后拉應(yīng)力增長，造成開裂錯位等不良后果。果。彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形蠕蠕 變變 荷載卸去后，變形可恢復(fù)。包括荷載卸去后，變形可恢復(fù)。包括線性線性和和非非線性線性 荷載卸去后，變形不能全部恢復(fù)，殘留一荷載卸去后，變形不能全部恢復(fù)，殘留一部分永久變形。部分永久變形。 荷載（應(yīng)力）一定的

3、情況下，巖石變形隨荷載（應(yīng)力）一定的情況下，巖石變形隨時間時間t增加而增加。增加而增加。4.1.2 巖石的變形類型巖石的變形類型4.1.3 線彈性變形的本構(gòu)關(guān)系線彈性變形的本構(gòu)關(guān)系ZXYZXYZYXZXYZXYZYXEEEEEEEEEEEE120000001200000012000000100010001關(guān)系 巖石的變形巖石的變形特性通常用特性通常用E和和u兩個常數(shù)兩個常數(shù)來表示，當(dāng)來表示，當(dāng)E和和u已知時，已知時，可計算給定應(yīng)可計算給定應(yīng)力狀態(tài)下的變力狀態(tài)下的變形。形。三維應(yīng)力條件下的三維應(yīng)力條件下的Hook定律定律4.1.3 線彈性變形的本構(gòu)關(guān)系線彈性變形的本構(gòu)關(guān)系ZXYZXYZYXZXY

4、ZXYZYXGGGGGG000000000000000000200020002關(guān)系如果已知變形，如果已知變形，也可用下式計算也可用下式計算應(yīng)力，其中：應(yīng)力，其中：K為體積模量；為體積模量；G稱為剪切模量，稱為剪切模量，稱為拉梅常數(shù)。稱為拉梅常數(shù)。12EG211E213 EK 一般采用室內(nèi)試驗或現(xiàn)場試驗，靜力試驗一般采用室內(nèi)試驗或現(xiàn)場試驗，靜力試驗或動力試驗來獲取巖石變形指標及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)或動力試驗來獲取巖石變形指標及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。系。 室內(nèi)試驗一般有單軸壓縮試驗、三軸試驗室內(nèi)試驗一般有單軸壓縮試驗、三軸試驗等，現(xiàn)場試驗有承壓板試驗、狹縫試驗、環(huán)形等，現(xiàn)場試驗有承壓板試驗、狹縫試驗、環(huán)形加荷試驗等

5、。加荷試驗等。 顯然，要了解巖石的變形特性，必須確定顯然，要了解巖石的變形特性，必須確定/已已知巖石的變形指標，包括彈性模量，泊松比、剪知巖石的變形指標，包括彈性模量，泊松比、剪切模量、體積模量等，顯然，由于巖體結(jié)構(gòu)的復(fù)切模量、體積模量等，顯然，由于巖體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（含多結(jié)構(gòu)面），其變形指標也存在很大的雜性（含多結(jié)構(gòu)面），其變形指標也存在很大的差異，因此確定巖石變形指標顯得尤為重要。差異，因此確定巖石變形指標顯得尤為重要。4.2.1 巖石變形的特點巖石變形的特點試件：試件：D=5.0cm、H10.0cm加載：普通壓力機、剛性壓力機加載：普通壓力機、剛性壓力機 （MTS、INSTRON等）等）量

6、測：量測：APP：軸向應(yīng)變片：軸向應(yīng)變片：軸向 、側(cè)向、側(cè)向yx成果整理：成果整理：（軸向）曲線（軸向）y（側(cè)向）曲線（軸向）x一般來說為曲線，當(dāng)較小時，一般來說為曲線，當(dāng)較小時，為直線為直線eeE彈模：yx泊松比：4.2.1 巖石變形的特點巖石變形的特點通過單軸試驗，可以獲得以下幾種通過單軸試驗，可以獲得以下幾種模量（變形指標）：模量（變形指標）：(1) 初始彈性模量初始彈性模量 ：曲線上零荷載時的切線斜率；曲線上零荷載時的切線斜率；iE(2) 切線彈性模量切線彈性模量 ： 隨應(yīng)力狀態(tài)變化；隨應(yīng)力狀態(tài)變化； d/dEtE(3) 平均彈性模量平均彈性模量 ：取取 近似于直線段的平均斜率；近似于

7、直線段的平均斜率；avE(4) 割線彈性模量割線彈性模量 ：原點與曲線上某點連線的斜率原點與曲線上某點連線的斜率;sE4.2.1 巖石變形的特點巖石變形的特點 用巖石三軸儀也可直接測定巖石試件的彈性模量。用巖石三軸儀也可直接測定巖石試件的彈性模量。 通過巖樣上應(yīng)變體引線通過巖樣上應(yīng)變體引線量測軸量測軸向、側(cè)向應(yīng)變。對常規(guī)三軸而言：向、側(cè)向應(yīng)變。對常規(guī)三軸而言： 根據(jù)三維根據(jù)三維Hook定律計算彈模：定律計算彈模：1312E133112BB軸向應(yīng)變側(cè)向應(yīng)變13B4.2.1 巖石變形的特點巖石變形的特點4.3.1 巖石的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線巖石的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線1. OAStage 1 壓密階段壓

8、密階段巖體中細微裂隙受壓閉合；巖體中細微裂隙受壓閉合；2. ABStage 2 線彈性階段線彈性階段卸載后變形可恢復(fù)，巖石顆粒變形卸載后變形可恢復(fù)，巖石顆粒變形3. BCStage 3 強化階段強化階段卸載后變形不能完全恢復(fù)；卸載后變形不能完全恢復(fù)；4. CDStage 4 軟化階段軟化階段，強度下降，塑性變形比重大；，強度下降，塑性變形比重大；Stage 1Stage 2Stage 3Stage 44.3.1 巖石的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線巖石的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線 米勒米勒(Miller)根據(jù)巖石的應(yīng)力根據(jù)巖石的應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)變曲線隨著巖石的性質(zhì)有各種不同形式曲線隨著巖石的性質(zhì)有各種不同形式的特點，

9、采用的特點，采用28種巖石進行了大量的種巖石進行了大量的單軸試驗后，將巖石的應(yīng)力單軸試驗后，將巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線分成分成6種類型：種類型：類型類型類型類型類型類型4.3.2 反復(fù)加載與卸載條件下的變形特性反復(fù)加載與卸載條件下的變形特性一）彈性階段一）彈性階段二）彈塑性（強化）階段二）彈塑性（強化）階段1. 卸載：卸載卸載：卸載彈性變形恢復(fù)彈性變形恢復(fù)Edd pe加載，卸載過程后，應(yīng)力應(yīng)變曲線重合；加載，卸載過程后，應(yīng)力應(yīng)變曲線重合；4.3.2 反復(fù)加載與卸載條件下的變形特性反復(fù)加載與卸載條件下的變形特性2. 重復(fù)加載（單次）重復(fù)加載（單次）二）彈塑性（強化）階段二）彈塑性（強化）階段

10、 當(dāng)當(dāng)PP1時，重新加載時，重新加載卸載一般不重合，形成卸載一般不重合，形成塑性滯回環(huán)；重新加載時，塑性滯回環(huán)；重新加載時，呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。 當(dāng)當(dāng)PP1時，重新加載與初始加載時時，重新加載與初始加載時曲線重曲線重合。合。 值得注意：重新加載時，只有當(dāng)值得注意：重新加載時，只有當(dāng)PP1時，才開始出現(xiàn)塑性時，才開始出現(xiàn)塑性變形，變形， 提高，這種現(xiàn)象稱之為提高，這種現(xiàn)象稱之為“強化強化”。4.3.2 反復(fù)加載與卸載條件下的變形特性反復(fù)加載與卸載條件下的變形特性三）反復(fù)加載（多次加載卸載加載）三）反復(fù)加載（多次加載卸載加載）1. 多次反復(fù)加載、卸載且每次施加的最大荷載與多次反復(fù)加載、卸載且每

11、次施加的最大荷載與第一次加載的最大荷載一樣：第一次加載的最大荷載一樣： 0P1; 0P1; 0P1，形成塑性滯回環(huán)。，形成塑性滯回環(huán)。2. 多次反復(fù)加載、卸載且每次施加的最大荷載都多次反復(fù)加載、卸載且每次施加的最大荷載都比前一次加載的最大荷載大：比前一次加載的最大荷載大： 0P1; 0P2; 0P3，形成塑性滯回環(huán)的面，形成塑性滯回環(huán)的面積增大，卸載曲線的斜率（彈模）也逐次增加，積增大，卸載曲線的斜率（彈模）也逐次增加，稱為強化。稱為強化。4.3.3 巖石在三軸荷載條件下的變形特性巖石在三軸荷載條件下的變形特性在三軸試驗中可以得到：在三軸試驗中可以得到：軸向：軸向：11徑向徑向(側(cè)向側(cè)向)：3

12、232繪制成果曲線：繪制成果曲線：113214.3.3 巖石在三軸荷載條件下的變形特性巖石在三軸荷載條件下的變形特性一般而言：一般而言： 單軸單軸3較低，同時呈脆性破壞，較低，同時呈脆性破壞，達到達到max較時較時1很小；很?。恢械葒鷫褐械葒鷫?時，呈塑性破壞，即時，呈塑性破壞，即max，體應(yīng)變，體應(yīng)變1(12 3)明明顯，出現(xiàn)擴容現(xiàn)象。顯，出現(xiàn)擴容現(xiàn)象。 擴容一般是巖石破壞的前兆，主要是由于巖石試件張開細微裂隙的形成和擴張所致，擴容一般是巖石破壞的前兆，主要是由于巖石試件張開細微裂隙的形成和擴張所致，接近破裂是的側(cè)向應(yīng)變之和須大于軸向應(yīng)變。裂隙長軸與最大主應(yīng)力方向平行。接近破裂是的側(cè)向應(yīng)變之

13、和須大于軸向應(yīng)變。裂隙長軸與最大主應(yīng)力方向平行。4.3.4 巖石變形指標的確定巖石變形指標的確定p 彈性模量彈性模量E 彈性模量是指單軸受力時正應(yīng)彈性模量是指單軸受力時正應(yīng)力力與彈性正應(yīng)變與彈性正應(yīng)變e之比：之比： eE線 彈 性 巖 石線 彈 性 巖 石 E非線彈性巖石非線彈性巖石 fE 4.3.4 巖石變形指標的確定巖石變形指標的確定p 彈性模量彈性模量E 具有彈性滯回環(huán)的巖石，雖然卸載完畢時，其具有彈性滯回環(huán)的巖石，雖然卸載完畢時，其應(yīng)變能恢復(fù)到零，但由于其加、卸載時應(yīng)力路徑應(yīng)變能恢復(fù)到零，但由于其加、卸載時應(yīng)力路徑不相同，因而不相同，因而P點的加載模量與卸載模量不同。點的加載模量與卸載

14、模量不同。 彈塑性類巖石的彈性模量，按定義應(yīng)取彈塑性類巖石的彈性模量，按定義應(yīng)取-曲曲線起始段直線的斜率線起始段直線的斜率(即切線模量即切線模量)為準，但實驗表為準，但實驗表明，直線段大致與卸載曲線的割線平行，故彈塑明，直線段大致與卸載曲線的割線平行，故彈塑性類巖石的彈性模量往往可取卸載曲線的斜率性類巖石的彈性模量往往可取卸載曲線的斜率. 工程實踐中帶取工程實踐中帶取-曲線上的極限強度曲線上的極限強度50%所對應(yīng)點的割線斜率，作所對應(yīng)點的割線斜率，作為割線模量。為割線模量。4.3.4 巖石變形指標的確定巖石變形指標的確定p 變形模量變形模量E0 巖石的變形模量是以正應(yīng)力巖石的變形模量是以正應(yīng)力

15、與總應(yīng)與總應(yīng)變變（為彈性應(yīng)變（為彈性應(yīng)變e與塑性應(yīng)變與塑性應(yīng)變p之和）的之和）的比值表示比值表示peE 對于線彈性類巖石，其變形模量與彈性模量是對于線彈性類巖石，其變形模量與彈性模量是相同的。對于彈塑性巖石，其變形模量不是常數(shù)，相同的。對于彈塑性巖石，其變形模量不是常數(shù)，它與荷載的大小有關(guān)。在應(yīng)力它與荷載的大小有關(guān)。在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的任何應(yīng)變曲線上的任何點與坐標原點相連所點與坐標原點相連所 得的割線的斜率，表示該點得的割線的斜率，表示該點所代表的應(yīng)力的變形模量。所代表的應(yīng)力的變形模量。 4.3.4 巖石變形指標的確定巖石變形指標的確定p 泊松比泊松比 巖石的橫向應(yīng)變巖石的橫向應(yīng)變x與縱向應(yīng)變

16、與縱向應(yīng)變y之比值稱為泊松比，即：之比值稱為泊松比，即：yx 在巖石的彈性工作范圍內(nèi)，在巖石的彈性工作范圍內(nèi)，一般為常數(shù)，但超越彈性范圍一般為常數(shù)，但超越彈性范圍以后，以后，隨應(yīng)力的增大而增大，直到隨應(yīng)力的增大而增大，直到=0.5為止（靜水壓力狀為止（靜水壓力狀態(tài)）。態(tài)）。 影響巖石應(yīng)力變形曲線的主要因素影響巖石應(yīng)力變形曲線的主要因素荷載速率荷載速率溫度溫度側(cè)向壓力側(cè)向壓力各向異性各向異性4.4.1 荷載速率荷載速率 在單軸壓縮試驗中，加載速率在單軸壓縮試驗中，加載速率(荷載增量荷載增量/時間的比值時間的比值)對巖對巖石的變形影響很大。加載速率越大石的變形影響很大。加載速率越大/快，彈模越大，

17、強度越高快，彈模越大，強度越高(彈籃球現(xiàn)象彈籃球現(xiàn)象)。 巖石試驗中，用沖擊荷巖石試驗中，用沖擊荷載測得的彈性模量比用靜荷載測得的彈性模量比用靜荷載測得的要高的多。載測得的要高的多。4.4.2 溫度溫度 一般來說，隨著溫度的升高，巖石的塑性變形增一般來說，隨著溫度的升高，巖石的塑性變形增大，巖石的破壞由脆性破壞向塑性破壞演變。大，巖石的破壞由脆性破壞向塑性破壞演變。4.4.3 側(cè)向壓力側(cè)向壓力側(cè)向壓力側(cè)向壓力2/3對巖石的強度和變形都有很大的影響。對巖石的強度和變形都有很大的影響。1. 由于側(cè)向應(yīng)力由于側(cè)向應(yīng)力3的存在，巖的存在，巖石破壞時的變形增加，且隨石破壞時的變形增加，且隨著著3的增加，

18、巖石的塑性變的增加，巖石的塑性變形明顯。形明顯。2. 當(dāng)當(dāng)3增大至一定范圍，巖增大至一定范圍，巖石幾乎開始符合理想塑性變石幾乎開始符合理想塑性變形，即使形，即使3再增大，變形特再增大，變形特性變化不大。性變化不大。4.4.3 側(cè)向壓力側(cè)向壓力4. 側(cè)壓力對孔隙率低的巖石影側(cè)壓力對孔隙率低的巖石影響小，但對有部分開裂的、響小，但對有部分開裂的、孔隙率高的以及軟弱的巖石孔隙率高的以及軟弱的巖石影響大。影響大。3. 在存在在存在3的情況下，巖石變的情況下，巖石變形不僅與大小有關(guān)，還與形不僅與大小有關(guān)，還與(1- 3)的數(shù)值有關(guān)。的數(shù)值有關(guān)。側(cè)向壓力側(cè)向壓力2/3對巖石的強度和變形都有很大的影響。對巖

19、石的強度和變形都有很大的影響。4.4.3 側(cè)向壓力側(cè)向壓力 在側(cè)向壓力作用下，部分巖石的彈性模量與應(yīng)力之在側(cè)向壓力作用下，部分巖石的彈性模量與應(yīng)力之間呈非線性關(guān)系，可用間呈非線性關(guān)系，可用Duncan公式表示：公式表示：231311ffitREEultffR3131naaipKpE3sinsincoscf1223314.4.4 各向異性各向異性各個方向反映變形的參數(shù)（各個方向反映變形的參數(shù)（E, ）不同）不同工程中，常見的橫觀各向同性材料，需要工程中，常見的橫觀各向同性材料，需要5個獨立參數(shù)描述：個獨立參數(shù)描述：平行于平行于XOY的面內(nèi)：的面內(nèi)：E1,1垂直于垂直于XOY的面內(nèi)：的面內(nèi)：E2,

20、2剪切模量剪切模量G2=E2/(1+2)4.5.1 意義意義 現(xiàn)場變形試驗也稱原位變形試驗，它比實驗室變形試驗現(xiàn)場變形試驗也稱原位變形試驗，它比實驗室變形試驗更能反映天然巖體的性質(zhì)更能反映天然巖體的性質(zhì)(例如裂隙、節(jié)理等地質(zhì)缺陷例如裂隙、節(jié)理等地質(zhì)缺陷)，所，所以有條件最好做這種試驗。以有條件最好做這種試驗。 但現(xiàn)場試驗工作量大、時間長、費用高，一般對于重要但現(xiàn)場試驗工作量大、時間長、費用高，一般對于重要的建筑物采用該法（水工隧洞、地下廠房、大壩地基等）。的建筑物采用該法（水工隧洞、地下廠房、大壩地基等）。 試驗方法分為：靜力法（承壓板法、狹縫法、環(huán)形加荷試驗方法分為：靜力法（承壓板法、狹縫法

21、、環(huán)形加荷法）和動力法。法）和動力法。4.5.2 承壓板法承壓板法 試驗采用的承壓板多半是剛性承壓板，其尺寸大小是根據(jù)試驗采用的承壓板多半是剛性承壓板，其尺寸大小是根據(jù)巖體中裂隙的間距和試驗所選用的最大壓力來確定的，通常采巖體中裂隙的間距和試驗所選用的最大壓力來確定的，通常采用的是用的是20002500cm2（圓形或正方形圓形或正方形）。施加荷載的方法，）。施加荷載的方法，視巖體結(jié)構(gòu)和工程實際使用的情況而定。當(dāng)巖體比較完整時，視巖體結(jié)構(gòu)和工程實際使用的情況而定。當(dāng)巖體比較完整時，采用分級加荷，每級荷載作一次加荷、卸荷過程，叫逐級一次采用分級加荷，每級荷載作一次加荷、卸荷過程，叫逐級一次循環(huán)，用

22、以確定巖體在不同荷載條件下的變形特性循環(huán)，用以確定巖體在不同荷載條件下的變形特性 承壓板試驗可以在平地上或在平硐中進行，就是通過剛性承壓板試驗可以在平地上或在平硐中進行，就是通過剛性或柔性承壓板將荷載加在巖面上以測定其變形。或柔性承壓板將荷載加在巖面上以測定其變形。4.5.2 承壓板法承壓板法4.5.2 承壓板法承壓板法試驗程序試驗程序1. 在平硐或壩基（反力結(jié)構(gòu)）選點在平硐或壩基（反力結(jié)構(gòu)）選點2. 清除破碎巖石、平整、安裝千斤清除破碎巖石、平整、安裝千斤頂頂3. 加載加載量測變形量測變形整理整理ps曲線曲線4. 或分級加載：加載或分級加載：加載卸載卸載加加載載 卸載，繪制卸載，繪制ps曲線

23、，曲線，并根據(jù)彈性理論并根據(jù)彈性理論SpDE214.5.2 承壓板法承壓板法4.5.3 狹縫試驗法狹縫試驗法 原理：橢圓孔受內(nèi)水壓力，產(chǎn)生應(yīng)力與變形的原理建立起原理：橢圓孔受內(nèi)水壓力，產(chǎn)生應(yīng)力與變形的原理建立起來的。來的。4.5.3 狹縫試驗法狹縫試驗法試驗程序試驗程序1. 在選定的具有代表性的試在選定的具有代表性的試驗點開一條狹縫；驗點開一條狹縫；2. 通過埋設(shè)在狹縫的鋼枕通過埋設(shè)在狹縫的鋼枕（旁千頂）對狹縫兩側(cè)加（旁千頂）對狹縫兩側(cè)加壓測量變形；壓測量變形；3. 按代有狹縫的理想彈性板按代有狹縫的理想彈性板平面應(yīng)力問題計算巖體的平面應(yīng)力問題計算巖體的變形；變形； 量測量測A點絕對變形點絕對

24、變形 按絕對變形：按絕對變形：LLYYB22421121222BBBupLEA 量測量測A1、A2點相對變形點相對變形 按按A1、A2點相對變形點相對變形 2121112sinsintgtgupLER4.5.3 狹縫試驗法狹縫試驗法 特點：開槽對巖體擾動小，加壓方向隨意，也可特點：開槽對巖體擾動小，加壓方向隨意，也可以在軟弱夾層或斷層帶內(nèi)試驗以在軟弱夾層或斷層帶內(nèi)試驗 缺點：但測試技術(shù)和計算方法不嚴謹（槽面釋放缺點：但測試技術(shù)和計算方法不嚴謹（槽面釋放應(yīng)力，不屬于平面問題（應(yīng)力，不屬于平面問題（平面應(yīng)力平面應(yīng)力和和平面應(yīng)變平面應(yīng)變）4.5.4 環(huán)形加荷法環(huán)形加荷法 環(huán)形加荷法是一種適用于測定巖

25、體處于壓、拉兩種應(yīng)力狀環(huán)形加荷法是一種適用于測定巖體處于壓、拉兩種應(yīng)力狀態(tài)下的變形特性的試驗方法。態(tài)下的變形特性的試驗方法。 對洞壁加壓，可以采用各種不同的方法，目前較常用的有對洞壁加壓，可以采用各種不同的方法，目前較常用的有水壓法，徑向千斤頂法和鉆孔膨脹計法。水壓法，徑向千斤頂法和鉆孔膨脹計法。 為了進行這種試驗，必須先選擇與建筑物地質(zhì)條件相近的，為了進行這種試驗，必須先選擇與建筑物地質(zhì)條件相近的，有代表性的地段，開鑿一條試驗洞，洞徑大小一般是取有代表性的地段，開鑿一條試驗洞，洞徑大小一般是取23m，洞長不小于洞長不小于3倍的洞徑。然后對洞壁巖石加壓，并測量洞壁變倍的洞徑。然后對洞壁巖石加壓

26、，并測量洞壁變形。形。4.5.4 環(huán)形加荷法環(huán)形加荷法 水壓法就是利用高壓水對洞壁加壓的一種方法。水壓法就是利用高壓水對洞壁加壓的一種方法。 在試驗進行之前，須要在試驗洞內(nèi)選定幾個測量斷面，在試驗進行之前，須要在試驗洞內(nèi)選定幾個測量斷面，并安裝測量洞徑變形的儀器并安裝測量洞徑變形的儀器(如鋼弦測微計、電阻測微計如鋼弦測微計、電阻測微計等等)，再封閉試驗洞端。在試驗時向洞中充灌高壓水，對洞，再封閉試驗洞端。在試驗時向洞中充灌高壓水，對洞壁進行加壓。與此同時，測定相應(yīng)的徑向變形值，根據(jù)實壁進行加壓。與此同時，測定相應(yīng)的徑向變形值，根據(jù)實際測定的資料，可以繪出壓力與變形關(guān)系曲線際測定的資料，可以繪出

27、壓力與變形關(guān)系曲線 。 水壓法的特點是巖石的受荷面積大，壓力分布均勻，能水壓法的特點是巖石的受荷面積大，壓力分布均勻，能測得各個方向上的變形。另外，它的受力條件與壓力隧洞測得各個方向上的變形。另外，它的受力條件與壓力隧洞的受力條件完全一樣，所以它是研究壓力隧洞巖體變形的的受力條件完全一樣，所以它是研究壓力隧洞巖體變形的較好的方法。較好的方法。 這種試驗方法在破碎巖石中或透水性大的地段不宜采用，這種試驗方法在破碎巖石中或透水性大的地段不宜采用，而且比起其他方法來，費用大，時間長，所以一般只是在而且比起其他方法來，費用大，時間長，所以一般只是在重要工程的設(shè)計階段進行。重要工程的設(shè)計階段進行。4.5

28、.4 環(huán)形加荷法環(huán)形加荷法 這個方法的加壓原理與這個方法的加壓原理與水壓法完全相同，唯其徑向水壓法完全相同，唯其徑向施壓方式不是通過高壓水來施壓方式不是通過高壓水來實現(xiàn)，而是通過埋置于混凝實現(xiàn)，而是通過埋置于混凝土和圓形鋼、木支撐圈之間土和圓形鋼、木支撐圈之間的的1216個扁千斤頂個扁千斤頂(液壓液壓鋼枕鋼枕)來進行的。來進行的。 當(dāng)液壓枕向洞壁施加徑向壓力后，同樣須要量測洞壁的徑向變形量，當(dāng)液壓枕向洞壁施加徑向壓力后，同樣須要量測洞壁的徑向變形量，并由此計算巖體的變形模量。并由此計算巖體的變形模量。4.5.4 環(huán)形加荷法環(huán)形加荷法4.5.4 環(huán)形加荷法環(huán)形加荷法yprE1p作用在圍巖巖面/巖

29、壁上的壓力，MPar試驗洞（鉆孔）的半徑，my巖面的徑向變形，m4.5.4 環(huán)形加荷法環(huán)形加荷法承壓板法承壓板法狹縫法狹縫法單雙軸加壓法單雙軸加壓法大壩、船閘的地基、拱壩的拱座變形大壩、船閘的地基、拱壩的拱座變形船閘的變形或巖體的各向異性船閘的變形或巖體的各向異性軟弱夾層、斷層、裂隙密集帶軟弱夾層、斷層、裂隙密集帶水壓力法水壓力法完整巖體或透水性較小的巖體中完整巖體或透水性較小的巖體中4.5.5 巖石反力（抗力）系數(shù)的測定巖石反力（抗力）系數(shù)的測定 注意：只存在于壓力區(qū)）注意：只存在于壓力區(qū)） 若抗力與變形成正比，稱之為彈性抗力；若抗力與變形成正比，稱之為彈性抗力；4.5.5 巖石反力（抗力）

30、系數(shù)的測定巖石反力（抗力）系數(shù)的測定ypk 假設(shè)巖石是理想的彈性體，則圓形隧假設(shè)巖石是理想的彈性體，則圓形隧洞的洞的k值與巖石模量值與巖石模量E之間的關(guān)系，可表之間的關(guān)系，可表示為：示為：rEk1用于彈性地基計算的一用于彈性地基計算的一種假定，即認為地基土種假定，即認為地基土受壓變形的性狀有如彈受壓變形的性狀有如彈簧，其上各點的壓強與簧，其上各點的壓強與該點土的垂直變形成正該點土的垂直變形成正比。比。4.5.5 巖石反力（抗力）系數(shù)的測定巖石反力（抗力）系數(shù)的測定10Ekrk2rbEypkcw4.5.5 巖石反力（抗力）系數(shù)的測定巖石反力（抗力）系數(shù)的測定rrRlnEk1rRplnEktw14

31、.6.1 基本原理基本原理4.6.2 地震法的測試方法地震法的測試方法ddddpEC2111ddsEC1211222222spspdC/CC/C212sddCE4.6.3 特點特點1. Ed綜合反映巖體質(zhì)量（完整程度，巖塊彈模）綜合反映巖體質(zhì)量（完整程度，巖塊彈模）;一般來說，巖石堅固、裂隙少、風(fēng)化弱，則彈性波振幅一般來說，巖石堅固、裂隙少、風(fēng)化弱，則彈性波振幅大，波速高；反之，在巖性軟弱，裂隙多，風(fēng)化嚴重的大，波速高；反之，在巖性軟弱，裂隙多，風(fēng)化嚴重的巖體中，波速降低，被吸收或衰減嚴重，振幅小。巖體中，波速降低，被吸收或衰減嚴重，振幅小。3. 一般動彈模一般動彈模Ed=(1.02.56)靜彈模靜彈模Es ，工程上一般取，工程上一般取Ed=1.3 Es2. 巖體的生成年代及巖性、巖質(zhì)對彈性波傳播速度影響也巖體的生成年代及巖性、巖質(zhì)對彈性波傳播速度影響也很大。很大。4.7.1 定義定義4.7.2 特點特點1. 相對完整巖塊變形量非常大，且永久變形顯著；相對完整巖塊變形量非常大，且永久變形顯著；2. 加卸載過程存在明顯的