巖石力學(xué)課程講義巖石的變形T70

第四章巖石的變形

Chapter4DeformationofRock目的：學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)巖石在各種物理因素作用下的形狀和大小的變化及其對(duì)工程的影響、以及同種類巖石的變形特征。要求：掌握巖石的材料的應(yīng)力～應(yīng)變曲線、全應(yīng)力應(yīng)變曲線。重點(diǎn)：?jiǎn)屋S壓縮試驗(yàn)和巖石的全應(yīng)力～應(yīng)變曲線的構(gòu)成分析。難點(diǎn)：根據(jù)巖石的應(yīng)力～應(yīng)變曲線進(jìn)行的材料劃分。學(xué)習(xí)提示

LearningHints§4.1概述4.1.1巖石變形的概念巖石變形——指多種地質(zhì)力學(xué)環(huán)境因素和工程荷載共同作用巖石形狀與大小發(fā)生變化。

河谷下切、地應(yīng)力釋放、工程開挖等;

水庫(kù)蓄水、隧洞充水的水荷載等；巖石錨固、支擋建筑物等的變形等§4.1概述4.1.2巖石的變形穩(wěn)定因此，巖體的變形量常作為工程設(shè)計(jì)的控制標(biāo)準(zhǔn)之一。巖體作為建筑物的基礎(chǔ)，其變形與上部結(jié)構(gòu)的變形相互協(xié)調(diào)→影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力§4.1概述4.1.2巖石的變形穩(wěn)定空間殼體將上游水載傳遞給壩肩巖體，而壩肩巖體的變形另一方面：庫(kù)水放空壩體回彈（大），巖體回彈（?。ú町悾┕岸私佑|面“脫開”——開裂，如錦屏一級(jí)拱壩。一方面：要影響壩體的變形、應(yīng)力;§4.1概述重力壩右江h(huán)=130m庫(kù)空是否向上游傾斜—研究巖體變形的重要性蓄水壩基不均勻變形影響4.1.2巖石的變形穩(wěn)定→不均勻變形造成壩體內(nèi)剪應(yīng)力及主拉應(yīng)力增長(zhǎng)，造成開裂錯(cuò)位等不良后果?！?.1概述彈性變形塑性變形蠕變荷載卸去后，變形可恢復(fù)。包括線性和非線性（粘彈性）荷載卸去后，變形不能全部恢復(fù)，殘留一部分永久變形。荷載一定的情況下，巖石變形隨時(shí)間t增加而增加。4.1.2巖石的變形穩(wěn)定圖示§4.1概述4.1.3線彈性變形的本構(gòu)關(guān)系巖石的變形特性通常用E和u兩個(gè)常數(shù)來(lái)表示，當(dāng)E和u已知時(shí)，可計(jì)算給定應(yīng)力狀態(tài)下的變形。三維應(yīng)力條件下的Hook定律§4.1概述4.1.3線彈性變形的本構(gòu)關(guān)系如果已知變形，也可用下式計(jì)算應(yīng)力，其中G稱為剪切模量，λ稱為拉梅常數(shù)。一般采用室內(nèi)試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，靜力試驗(yàn)或動(dòng)力試驗(yàn)來(lái)獲取巖石變形指標(biāo)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。室內(nèi)試驗(yàn)一般有單軸壓縮試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)等，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有承壓板試驗(yàn)、狹縫試驗(yàn)、環(huán)形加荷試驗(yàn)等。顯然，要了解巖石的變形特性，必須確定/已知巖石的變形指標(biāo)，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)雜性（含多結(jié)構(gòu)面），其變形指標(biāo)也存在很大的差異，因此確定巖石變形指標(biāo)顯得尤為重要?！?.2巖石室內(nèi)內(nèi)試驗(yàn)4.2.1巖石變形形的特點(diǎn)點(diǎn)試件：D=5.0cm、H＝10.0cm加載：普普通壓力力機(jī)、剛剛性壓力力機(jī)（MTS、INSTRON等）量測(cè)：應(yīng)變片：軸向、側(cè)向單軸壓縮試試驗(yàn)§4.2巖石室內(nèi)試試驗(yàn)單軸壓縮試試驗(yàn)成果整理：：一般來(lái)說(shuō)為為曲線，當(dāng)當(dāng)較小時(shí)，，為直線4.2.1巖石變形的的特點(diǎn)§4.2巖石室內(nèi)試試驗(yàn)單軸壓縮試試驗(yàn)通過單軸試試驗(yàn)，可以以獲得以下下幾種模量量（變形指指標(biāo)）：(1)初始彈性模量：曲線上零荷載時(shí)的切線斜率；(2)切線彈性模量：隨應(yīng)力狀態(tài)變化；(3)平均彈性模量：取近似于直線段的平均斜率；(4)割線彈性模量：原點(diǎn)與曲線上某點(diǎn)連線的斜率;4.2.1巖石變形的的特點(diǎn)§4.2巖石室內(nèi)試試驗(yàn)三軸壓縮試試驗(yàn)用巖石三軸軸儀也可直直接測(cè)定巖巖石試件的的彈性模量量。通過巖樣上上應(yīng)變體引引線——量測(cè)軸向、、側(cè)向應(yīng)變變。對(duì)常規(guī)規(guī)三軸而言言：根據(jù)三維Hook定律計(jì)算彈彈模：4.2.1巖石變形的的特點(diǎn)§4.3巖石的變形形性質(zhì)4.3.1巖石的應(yīng)力力～應(yīng)變?nèi)^程曲線線通過剛性壓壓力機(jī)單軸軸試驗(yàn)獲得得應(yīng)力～應(yīng)應(yīng)變?nèi)^程程曲線，分分為4個(gè)階段：1.OA－Stage1壓密階段巖體中細(xì)微微裂隙受壓壓閉合；2.AB－Stage2線彈性階段段卸載后變形形可恢復(fù)，，巖石顆粒粒變形3.BC－Stage3強(qiáng)化階段卸載后變形形不能完全全恢復(fù)；4.CD－Stage4軟化階段ε↑，強(qiáng)度下降，，塑性變形形比重大；；Stage1Stage2Stage3Stage4§4.3巖石的變形形性質(zhì)4.3.1巖石的應(yīng)力力～應(yīng)變?nèi)^程曲線線不同巖性的的巖樣，σ～ε全過程曲線線中某些些階段突突出，某某些階段段弱化，，可根據(jù)據(jù)各階段段的差異異對(duì)巖性性進(jìn)行劃劃分。米勒(Miller)根據(jù)巖石石的應(yīng)力力-應(yīng)變曲線線隨著巖巖石的性性質(zhì)有各各種不同同形式的的特點(diǎn)，，采用28種巖石進(jìn)進(jìn)行了大大量的單單軸試驗(yàn)驗(yàn)后，將將巖石的的應(yīng)力-應(yīng)變曲線線分成6種類型：：4.3.2反復(fù)加載載與卸載載條件下下的變形形特性一）彈性性階段二）彈塑塑性（強(qiáng)強(qiáng)化）階階段1.卸載：卸卸載→彈彈性變形形恢復(fù)§4.3巖石的變變形性質(zhì)質(zhì)加載，卸卸載過程程后，應(yīng)應(yīng)力～應(yīng)應(yīng)變曲線線重合；；4.3.2反復(fù)加載載與卸載載條件下下的變形形特性2.重復(fù)加載載（單次次）§4.3巖石的變變形性質(zhì)質(zhì)二）彈塑塑性（強(qiáng)強(qiáng)化）階階段①當(dāng)P<P1時(shí)，重新新加載→→卸載一一般不重重合，形形成塑性性滯回環(huán)環(huán)；重新新加載時(shí)時(shí)，σ～ε呈線性關(guān)關(guān)系。②當(dāng)P≥P1時(shí)，重新新加載與與初始加加載時(shí)σ～ε曲線重合合。值得注意意：重新新加載時(shí)時(shí)，只有有當(dāng)P≥P1時(shí)，才開開始出現(xiàn)現(xiàn)塑性變變形，σ提高，這這種現(xiàn)象象稱之為為“強(qiáng)化化”?！?.3巖石的變變形性質(zhì)質(zhì)4.3.2反復(fù)加載載與卸載載條件下下的變形形特性三）反復(fù)復(fù)加載（（多次加加載卸載載加載））多次反復(fù)復(fù)加載、、卸載且且每次施施加的最最大荷載載與第一一次加載載的最大大荷載一一樣：0→P1;0→P1;0→P1…，形成塑塑性滯回回環(huán)。多次反復(fù)復(fù)加載、、卸載且且每次施施加的最最大荷載載都比前前一次加加載的最最大荷載載大：0→P1;0→P2;0→P3…，形成塑塑性滯回回環(huán)的面面積增大大，卸載載曲線的的斜率（（彈模））也逐次次增加，，稱為強(qiáng)強(qiáng)化。4.3.3巖石在三三軸荷載載條件下下的變形形特性在三軸試試驗(yàn)中可可以得到到：§4.3巖石的變變形性質(zhì)質(zhì)軸向：徑向(側(cè)向)：繪制成果果曲線：：§4.3巖石的變變形性質(zhì)質(zhì)4.3.3巖石在三三軸荷載載條件下下的變形形特性一般而言言：①單軸軸σ3較低，同同時(shí)呈脆脆性破壞壞，達(dá)到到σmax較時(shí)ε1很??；②中等等圍壓壓σ3時(shí)，呈呈塑性性破壞壞，即即σ→σσmax，體應(yīng)應(yīng)變?chǔ)?＝(ε1＋ε2＋ε3)明顯，，出現(xiàn)現(xiàn)擴(kuò)容容現(xiàn)象象。擴(kuò)容一一般是是巖石石破壞壞的前前兆，，主要要是由由于巖巖石試試件張張開細(xì)細(xì)微裂裂隙的的形成成和擴(kuò)擴(kuò)張所所致，，接近近破裂裂是的的側(cè)向向應(yīng)變變之和和須大大于軸軸向應(yīng)應(yīng)變。。裂隙隙長(zhǎng)軸軸與最最大主主應(yīng)力力方向向平行行。4.3.4巖石變變形指指標(biāo)的的確定定彈性模模量E彈性模模量是是指單單軸受受力時(shí)時(shí)正應(yīng)應(yīng)力σ與彈性性正應(yīng)應(yīng)變?chǔ)舉之比：：線彈性性巖石石§4.3巖石的的變形形性質(zhì)質(zhì)非線彈彈性巖巖石4.3.4巖石變變形指指標(biāo)的的確定定彈性模模量E具有彈彈性滯滯回環(huán)環(huán)的巖巖石，，雖然然卸載載完畢畢時(shí)，，其應(yīng)應(yīng)變能能恢復(fù)復(fù)到零零，但但由于于其加加、卸卸載時(shí)時(shí)應(yīng)力力路徑徑不相相同，，因而而P點(diǎn)的加加載模模量與與卸載載模量量不同同?！?.3巖石的的變形形性質(zhì)質(zhì)彈塑性性類巖巖石的的彈性性模量量，按按定義義應(yīng)取取σ-εε曲線起起始段段直線線的斜斜率(即切線線模量量)為準(zhǔn)，，但實(shí)實(shí)驗(yàn)表表明，，直線線段大大致與與卸載載曲線線的割割線平平行，，故彈彈塑性性類巖巖石的的彈性性模量量往往往可取取卸載載曲線線的斜斜率.工程實(shí)實(shí)踐中中帶取取σ-εε曲線上上的極極限強(qiáng)強(qiáng)度50%所對(duì)應(yīng)應(yīng)點(diǎn)的的割線線斜率率，作作為割割線模模量。。4.3.4巖石變變形指指標(biāo)的的確定定變形模模量E0§4.3巖石的的變形形性質(zhì)質(zhì)巖石的的變形形模量量是以以正應(yīng)應(yīng)力σ與總應(yīng)應(yīng)變?chǔ)牛閺棌椥詰?yīng)應(yīng)變?chǔ)舉與塑性性應(yīng)變變?chǔ)舙之和））的比比值表表示對(duì)于線線彈性性類巖巖石，，其變變形模模量與與彈性性模量量是相相同的的。對(duì)對(duì)于彈彈塑性性巖石石，其其變形形模量量不是是常數(shù)數(shù)，它它與荷荷載的的大小小有關(guān)關(guān)。在在應(yīng)力力-應(yīng)變曲曲線上上的任任何點(diǎn)點(diǎn)與坐坐標(biāo)原原點(diǎn)相相連所所得得的割割線的的斜率率，表表示該該點(diǎn)所所代表表的應(yīng)應(yīng)力的的變形形模量量。4.3.4巖石變變形指指標(biāo)的的確定定泊松比比μ§4.3巖石的的變形形性質(zhì)質(zhì)巖石的的橫向向應(yīng)變變?chǔ)舩與縱向向應(yīng)變變?chǔ)舮之比值值稱為為泊松松比，，即：：在巖石石的彈彈性工工作范范圍內(nèi)內(nèi)，μ一般為為常數(shù)數(shù)，但但超越越彈性性范圍圍以后后，μ隨應(yīng)力力的增增大而而增大大，直直到μ=0.5為止（（靜水水壓力力狀態(tài)態(tài)）。?！?.4巖石應(yīng)應(yīng)力～～變形形曲線線的影影響因因素影響巖巖石應(yīng)應(yīng)力～～變形形曲線線的主主要因因素荷載速速率溫度側(cè)向壓壓力各向異異性§4.4巖石應(yīng)應(yīng)力～～變形形曲線線的影影響因因素4.4.1荷載速速率在單軸軸壓縮縮試驗(yàn)驗(yàn)中，，加載載速率率(荷載增增量/時(shí)間的的比值值)對(duì)巖石石的變變形影影響很很大。。加載載速率率越大大/快，彈彈模越越大，，強(qiáng)度度越高高(彈籃球球現(xiàn)象象)。巖石試試驗(yàn)中中，用用沖擊擊荷載載測(cè)得得的彈彈性模模量比比用靜靜荷載載測(cè)得得的要要高的的多。?！?.4巖石應(yīng)應(yīng)力～～變形形曲線線的影影響因因素4.4.2溫度一般來(lái)來(lái)說(shuō)，，隨著著溫度度的升升高，，巖石石的塑塑性變變形增增大，，巖石石的破破壞由由脆性性破壞壞向塑塑性破破壞演演變。。§4.4巖石應(yīng)應(yīng)力～～變形形曲線線的影影響因因素4.4.3側(cè)向壓力側(cè)向壓力σ2/σ3對(duì)巖石的強(qiáng)度度和變形都有有很大的影響響。由于側(cè)向應(yīng)力力σ3的存在，巖石石破壞時(shí)的變變形增加，且且隨著σ3的增加，巖石石的塑性變形形明顯。當(dāng)σ3增大至一定范范圍，巖石幾幾乎開始符合合理想塑性變變形，即使σ3再增大，變形形特性變化不不大?！?.4巖石應(yīng)力～變變形曲線的影影響因素4.4.3側(cè)向壓力側(cè)壓力對(duì)孔隙隙率低的巖石石影響小，但但對(duì)有部分開開裂的、孔隙隙率高的以及及軟弱的巖石石影響大。在存在σ3的情況下，巖巖石變形不僅僅與大小有關(guān)關(guān)，還與(σ1-σ3)的數(shù)值有關(guān)。。側(cè)向壓力σ2/σ3對(duì)巖石的強(qiáng)度度和變形都有有很大的影響響?！?.4巖石應(yīng)力～變變形曲線的影影響因素4.4.3側(cè)向壓力在側(cè)向壓力作作用下，部分分巖石的彈性性模量與應(yīng)力力之間呈非線線性關(guān)系，可可用Duncan公式表示：4.4.4各向異性各個(gè)方向反映映變形的參數(shù)數(shù)（E,μ）不同工程中，常見見的橫觀各向向同性材料，，需要5個(gè)獨(dú)立參數(shù)描描述：平行于XOY的面內(nèi)：E1,μ1垂直于XOY的面內(nèi)：E2,μ2剪切模量G2=E2/(1+μ2)§4.4巖石應(yīng)力～變變形曲線的影影響因素4.5.1意義§4.5現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)驗(yàn)也稱原位變變形試驗(yàn)，它它比實(shí)驗(yàn)室變變形試驗(yàn)更能能反映天然巖巖體的性質(zhì)(例如裂隙、節(jié)節(jié)理等地質(zhì)缺缺陷)，所以有條件件最好做這種種試驗(yàn)。但現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工工作量大、時(shí)時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用用高，一般對(duì)對(duì)于重要的建建筑物采用該該法（水工隧隧洞、地下廠廠房、大壩地地基等）。試驗(yàn)方法分為為：靜力法（（承壓板法、、狹縫法、環(huán)環(huán)形加荷法））和動(dòng)力法。。4.5.2承壓板法試驗(yàn)采用的承承壓板多半是是剛性承壓板板，其尺寸大大小是根據(jù)巖巖體中裂隙的的間距和試驗(yàn)驗(yàn)所選用的最最大壓力來(lái)確確定的，通常常采用的是2000～2500cm2（圓形或正方形形）。施加荷載載的方法，視視巖體結(jié)構(gòu)和和工程實(shí)際使使用的情況而而定。當(dāng)巖體體比較完整時(shí)時(shí)，采用分級(jí)級(jí)加荷，每級(jí)級(jí)荷載作一次次加荷、卸荷荷過程，叫逐逐級(jí)一次循環(huán)環(huán)，用以確定定巖體在不同同荷載條件下下的變形特性性§4.5現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)驗(yàn)承壓板試驗(yàn)可可以在平地上上或在平硐中中進(jìn)行，就是是通過剛性或或柔性承壓板板將荷載加在在巖面上以測(cè)測(cè)定其變形。。4.5.2承壓板法§4.5現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)驗(yàn)4.5.2承壓板法試驗(yàn)程序在平硐或壩基基（反力結(jié)構(gòu)構(gòu)）選點(diǎn)清除破碎巖石石、平整、安安裝千斤頂加載→量測(cè)變變形→整理p－s曲線或分級(jí)加載：：加載→卸載載→加載…→卸載，繪制p－s曲線，并根據(jù)據(jù)彈性理論§4.5現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)驗(yàn)4.5.2承壓板法§4.5現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)驗(yàn)4.5.3狹縫試驗(yàn)法原理：橢圓孔孔受內(nèi)水壓力力，產(chǎn)生應(yīng)力力與變形的原原理建立起來(lái)來(lái)的?！?.5現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)驗(yàn)4.5.3狹縫試驗(yàn)法試驗(yàn)程序在選定的具有有代表性的試試驗(yàn)點(diǎn)開一條條狹縫；通過埋設(shè)在狹狹縫的鋼枕（（旁千頂）對(duì)對(duì)狹縫兩側(cè)加加壓測(cè)量變形形；按代有狹縫的的理想彈性板板平面應(yīng)力問問題計(jì)算巖體體的變形；①量測(cè)A點(diǎn)絕對(duì)變形按按絕對(duì)變形形：②量測(cè)A1、A2點(diǎn)相對(duì)變形按按A1、A2點(diǎn)相對(duì)變形§4.5現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)驗(yàn)4.5.3狹縫試驗(yàn)法特點(diǎn)：開槽對(duì)對(duì)巖體擾動(dòng)小小，加壓方向向隨意，也可可以在軟弱夾夾層或斷層帶帶內(nèi)試驗(yàn)缺點(diǎn)：但測(cè)試試技術(shù)和計(jì)算算方法不嚴(yán)謹(jǐn)謹(jǐn)（槽面釋放放應(yīng)力，不屬屬于平面問題題（平面應(yīng)力和平面應(yīng)變））§4.5現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)驗(yàn)4.5.4環(huán)形加荷法環(huán)形加荷法是是一種適用于于測(cè)定巖體處處于壓、拉兩兩種應(yīng)力狀態(tài)態(tài)下的變形特特性的試驗(yàn)方方法。對(duì)洞洞壁壁加加壓壓，，可可以以采采用用各各種種不不同同的的方方法法，，目目前前較較常常用用的的有有水水壓壓法法，，徑徑向向千千斤斤頂頂法法和和鉆鉆孔孔膨膨脹脹計(jì)計(jì)法法。。為了了進(jìn)進(jìn)行行這這種種試試驗(yàn)驗(yàn)，，必必須須先先選選擇擇與與建建筑筑物物地地質(zhì)質(zhì)條條件件相相近近的的，，有有代代表表性性的的地地段段，，開開鑿鑿一一條條試試驗(yàn)驗(yàn)洞洞，，洞洞徑徑大大小小一一般般是是取取2～3m，洞洞長(zhǎng)長(zhǎng)不不小小于于3倍的的洞洞徑徑。。然然后后對(duì)對(duì)洞洞壁壁巖巖石石加加壓壓，，并并測(cè)測(cè)量量洞洞壁壁變變形形。?！?.5現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)變變形形試試驗(yàn)驗(yàn)4.5.4環(huán)形形加加荷荷法法水壓壓法法§4.5現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)變變形形試試驗(yàn)驗(yàn)水壓壓法法就就是是利利用用高高壓壓水水對(duì)對(duì)洞洞壁壁加加壓壓的的一一種種方方法法。。在試試驗(yàn)驗(yàn)進(jìn)進(jìn)行行之之前前，，須須要要在在試試驗(yàn)驗(yàn)洞洞內(nèi)內(nèi)選選定定幾幾個(gè)個(gè)測(cè)測(cè)量量斷斷面面，，并并安安裝裝測(cè)測(cè)量量洞洞徑徑變變形形的的儀儀器器(如鋼鋼弦弦測(cè)測(cè)微微計(jì)計(jì)、、電電阻阻測(cè)測(cè)微微計(jì)計(jì)等等)，再再封封閉閉試試驗(yàn)驗(yàn)洞洞端端。。在在試試驗(yàn)驗(yàn)時(shí)時(shí)向向洞洞中中充充灌灌高高壓壓水水，，對(duì)對(duì)洞洞壁壁進(jìn)進(jìn)行行加加壓壓。。與與此此同同時(shí)時(shí)，，測(cè)測(cè)定定相相應(yīng)應(yīng)的的徑徑向向變變形形值值，，根根據(jù)據(jù)實(shí)實(shí)際際測(cè)測(cè)定定的的資資料料，，可可以以繪繪出出壓壓力力與與變變形形關(guān)關(guān)系系曲曲線線。。水壓壓法法的的特特點(diǎn)點(diǎn)是是巖巖石石的的受受荷荷面面積積大大，，壓壓力力分分布布均均勻勻，，能能測(cè)測(cè)得得各各個(gè)個(gè)方方向向上上的的變變形形。。另另外外，，它它的的受受力力條條件件與與壓壓力力隧隧洞洞的的受受力力條條件件完完全全一一樣樣，，所所以以它它是是研研究究壓壓力力隧隧洞洞巖巖體體變變形形的的較較好好的的方方法法。。這種種試試驗(yàn)驗(yàn)方方法法在在破破碎碎巖巖石石中中或或透透水水性性大大的的地地段段不不宜宜采采用用，，而而且且比比起起其其他他方方法法來(lái)來(lái)，，費(fèi)費(fèi)用用大大，，時(shí)時(shí)間間長(zhǎng)長(zhǎng)，，所所以以一一般般只只是是在在重重要要工工程程的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)階階段段進(jìn)進(jìn)行行。。4.5.4環(huán)形形加加荷荷法法徑向向千千斤斤頂頂法法(奧奧地地利利法法)§4.5現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)變變形形試試驗(yàn)驗(yàn)這個(gè)個(gè)方方法法的的加加壓壓原原理理與與水水壓壓法法完完全全相相同同，，唯唯其其徑徑向向施施壓壓方方式式不不是是通通過過高高壓壓水水來(lái)來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，，而而是是通通過過埋埋置置于于混混凝凝土土和和圓圓形形鋼鋼、、木木支支撐撐圈圈之之間間的的12～16個(gè)扁扁千千斤斤頂頂(液壓壓鋼鋼枕枕)來(lái)進(jìn)進(jìn)行行的的。。當(dāng)液液壓壓枕枕向向洞洞壁壁施施加加徑徑向向壓壓力力后后，，同同樣樣須須要要量量測(cè)測(cè)洞洞壁壁的的徑徑向向變變形形量量，，并并由由此此計(jì)計(jì)算算巖巖體體的的變變形形模模量量。。4.5.4環(huán)形加荷荷法鉆孔膨脹脹計(jì)法§4.5現(xiàn)場(chǎng)變形形試驗(yàn)4.5.4環(huán)形加荷荷法§4.5現(xiàn)場(chǎng)變形形試驗(yàn)三種方法法的彈模模/變模的統(tǒng)統(tǒng)一計(jì)算算公式p——作用在圍巖巖面/巖壁上的壓力，MPar——試驗(yàn)洞（鉆孔）的半徑，my——巖面的徑向變形，m4.5.4環(huán)形加荷荷法§4.5現(xiàn)場(chǎng)變形形試驗(yàn)三種方法法的應(yīng)用用條件承壓板法法狹縫法單雙軸加加壓法大壩、船船閘的地地基、拱拱壩的拱拱座變形形船閘的變變形或巖巖體的各各向異性性軟弱夾層層、斷層層、裂隙隙密集帶帶水壓力法法完整巖體體或透水水性較小小的巖體體中4.5.5巖石反力力（抗力力）系數(shù)數(shù)的測(cè)定定巖石反力力：當(dāng)隧隧洞在受受到洞內(nèi)內(nèi)水壓力力或其它它荷載的的作用時(shí)時(shí)，襯砌砌向巖石石方向變變形，此此時(shí)襯砌砌會(huì)受到到巖石的的抵抗，，也就是是說(shuō)巖石石會(huì)對(duì)襯襯砌發(fā)生生一定的的反力，，該力稱稱為～。。地下洞洞室設(shè)計(jì)計(jì)中非常常重要的的參數(shù)。。①注意意：只存存在于壓壓力區(qū)））

②若若抗力力與變形形成正比比，稱之之為彈性性抗力；；§4.5現(xiàn)場(chǎng)變形形試驗(yàn)4.5.5巖石反力力（抗力力）系數(shù)數(shù)的測(cè)定定巖石反力力（彈性性抗力））系數(shù)巖石反力力(彈性抗抗力)的大小小常常常用巖巖石反反力(彈性抗抗力)系數(shù)k來(lái)表示示：根根據(jù)文文克爾爾(Winkler)假定得得：假設(shè)巖巖石是是理想想的彈彈性體體，則則圓形形隧洞洞的k值與巖巖石模模量E之間的的關(guān)系系，可可表示示為：：§4.5現(xiàn)場(chǎng)變變形試試驗(yàn)用于彈彈性地地基計(jì)計(jì)算的的一種種假定定，即即認(rèn)為為地基基土受受壓變變形的的性狀狀有如如彈簧簧，其其上各各點(diǎn)的的壓強(qiáng)強(qiáng)與該該點(diǎn)土土的垂垂直變變形成成正比比。4.5.5巖石反反力（（抗力力）系系數(shù)的的測(cè)定定隧洞單單位彈彈性抗抗力系系數(shù)指D=1.0m直徑產(chǎn)產(chǎn)生單單位位位移，，所需需的壓壓力。。工程應(yīng)應(yīng)用10無(wú)襯砌砌圓形形洞室室，直直接利利用左左式20有襯砌砌圓形形洞室室，則則采用用下式式§4.5現(xiàn)場(chǎng)變變形試試驗(yàn)4.5.5巖石反反力（（抗力力）系系數(shù)的的測(cè)定定確定巖巖石反反力系系數(shù)的的方法法巖石反反力系系數(shù)的的現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)測(cè)定定方法法比較較多，，目前前應(yīng)用用較廣廣的就就是上上一節(jié)節(jié)介紹紹的隧隧洞水水壓法法和徑徑向千千斤頂頂法以以及承承壓板板法。?！?.5現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)變變形形試試驗(yàn)驗(yàn)4.6.1基本本原原理理§4.6巖石石彈彈性性常常數(shù)數(shù)的的動(dòng)動(dòng)力力測(cè)測(cè)試試方方法法通過過激激振振（（地地震震波波、、聲聲波波等等））巖巖石石的的方方式式，，測(cè)測(cè)定定彈彈性性介介質(zhì)質(zhì)（（巖巖體體中中））的的波波速速，，換換算算巖巖體體彈彈模模和和泊泊松松比比。。根據(jù)據(jù)激激發(fā)發(fā)波波采采用用的的方方法法和和產(chǎn)產(chǎn)生生波波的的頻頻率率不不同同，，分分為為超超聲聲波波波波、、聲聲波波法法和和地地震震波波法法。。通通常常采采用用地地震震波波法法。。4.6.2地震震法法的的測(cè)測(cè)試試方方法法在洞洞壁壁上上打打兩兩個(gè)個(gè)試試驗(yàn)驗(yàn)鉆鉆孔孔激振振（（引引爆爆炸炸藥藥））由地地震震儀儀記記錄錄地地震震波波§4.6巖石石彈彈性性常常數(shù)數(shù)的的動(dòng)動(dòng)力力測(cè)測(cè)試試方方法法4.6.3特點(diǎn)點(diǎn)§4.6巖石石彈彈性性常常數(shù)數(shù)的的動(dòng)動(dòng)力力測(cè)測(cè)試試方方法法Ed綜合合反反映映巖巖體體質(zhì)質(zhì)量量（（完完整整程程度度，，巖巖塊塊彈彈模模））;一般般來(lái)來(lái)說(shuō)說(shuō)，，巖巖石石堅(jiān)堅(jiān)固固、、裂裂隙隙少少、、風(fēng)風(fēng)化化弱弱，，則則彈彈性性波波振振幅幅大大，，波波速速高高；；反反之之，，在在巖巖性性軟軟弱弱，，裂裂隙隙多多，，風(fēng)風(fēng)化化嚴(yán)嚴(yán)重重的的巖巖體體中中，，波波速速降降低低，，被被吸吸收收或或衰衰減減嚴(yán)嚴(yán)重重，，振振幅幅小小。。一般動(dòng)彈彈模Ed=(1.0～2.56)靜彈模Es，工程上上一般取取Ed=1.3Es巖體的生生成年代代及巖性性、巖質(zhì)質(zhì)對(duì)彈性性波傳播播速度影影響也很很大。4.7.1定義§4.7破碎巖石石的變形形性質(zhì)所謂破碎碎巖石：：巖石內(nèi)內(nèi)節(jié)理、、裂隙非非常發(fā)育育，強(qiáng)風(fēng)風(fēng)化、強(qiáng)強(qiáng)卸荷巖巖體（一一般均指指天然巖巖體）。。4.7.2特點(diǎn)§4.7破碎巖石石的變形形性質(zhì)相對(duì)完整整巖塊變變形量非非常大，，且永久久變形顯顯著；加卸載過過程存在在明顯的的滯回環(huán)環(huán)；Ed/E比值可高高達(dá)13.0，E/T可達(dá)4.5以上<→加載→卸卸載（重重新加載載）>對(duì)動(dòng)力法法中高頻頻彈性波波丟失嚴(yán)嚴(yán)重E→取值→用用重復(fù)加加載斜率率

同時(shí)時(shí)：E0=2(RMR)-100（巖體質(zhì)質(zhì)量評(píng)分分RMR>55）4.8.1巖石石蠕蠕變變的的概概念念§4.8巖石石的的蠕蠕變變巖石石蠕蠕變變（（流流變變））：：指指巖巖石石在在應(yīng)應(yīng)力力恒恒定定情情況況下下，，應(yīng)應(yīng)變變隨隨時(shí)時(shí)間間增增長(zhǎng)長(zhǎng)的的特特性性。。巖石石松松弛弛：：指指巖巖石石在在應(yīng)應(yīng)變變恒恒定定情情況況下下，，應(yīng)應(yīng)力力σ隨時(shí)時(shí)間間降降低低的的特特性性（（應(yīng)應(yīng)力力松松弛弛））。。工程程實(shí)實(shí)例例：：深深埋埋洞洞室室圍圍巖巖蠕蠕變變支支護(hù)護(hù)變變形形（（新新奧奧法法機(jī)機(jī)理理））與與壓壓力力隨隨時(shí)時(shí)間間變變化化。。4.8.2巖石石蠕蠕變變的的特特性性§4.8巖石石的的蠕蠕變變巖性性－－針針對(duì)對(duì)不不同同巖巖石石，，彈彈性性變變形形與與蠕蠕變變對(duì)對(duì)比比存存在在差差異異4.8.2巖石石蠕蠕變變的的特特性性§4.8巖石石的的蠕蠕變變應(yīng)力力水水平平影影響響蠕蠕變變量量大大小小，蠕蠕變變速速率率（（P93，圖圖4-47）4.8.2巖石石蠕蠕變變