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*目錄一、總則二、巖塊試驗(yàn)三、巖體變形試驗(yàn)承壓板法試驗(yàn)、鉆孔變形試驗(yàn)四、巖體強(qiáng)度試驗(yàn)巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)、巖體直剪試驗(yàn)五、巖體應(yīng)力測試孔壁應(yīng)變法測試、孔徑變形法測試孔底應(yīng)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*巖體原位測試第一節(jié)巖體變形測試第二節(jié)巖體強(qiáng)度測試第三節(jié)巖體應(yīng)力測試第四節(jié)波速測試*第一節(jié)巖體變形測試巖體的變形是評價(jià)工程巖體穩(wěn)定性的主要指標(biāo)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(dòng)力法兩種靜力法有千斤頂法、狹縫法、水壓法等動(dòng)力法有地震法和超聲波法等*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。

*試驗(yàn)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*70.7cm*試驗(yàn)要求試點(diǎn)面積應(yīng)大于承壓板其中加壓面積不宜小于(面積>2000cm2)試點(diǎn)表面范圍內(nèi)受擾動(dòng)的巖體應(yīng)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(yīng)平整、無松動(dòng)巖塊和石渣試點(diǎn)表面應(yīng)垂直預(yù)定的受力方向承壓板的邊緣距洞側(cè)壁應(yīng)大于承壓板直徑D的1.5倍，至洞口應(yīng)大于2D，至臨空面應(yīng)大于6D兩試驗(yàn)點(diǎn)的承壓板邊緣之間的距離應(yīng)大于3D試點(diǎn)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(gè)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*試驗(yàn)步驟清洗試點(diǎn)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(diǎn)表面在承壓板上放置千斤頂，其加荷中心應(yīng)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(dòng)千斤頂稍加壓力或在傳力柱與墊板間楔進(jìn)楔形墊塊，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)合緊密*加壓與穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

1）試驗(yàn)壓力要分成5級施加2）加壓前要對千分表進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)：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(yàn)設(shè)備，結(jié)束試驗(yàn)*加壓方式：*試驗(yàn)成果整理計(jì)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

****二、狹縫法*三、水壓法水壓法是在巖體內(nèi)開挖一個(gè)試洞，形成一個(gè)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(jì)**第二節(jié)巖體強(qiáng)度測試巖體原位強(qiáng)度測試考慮了結(jié)構(gòu)面的影響，測試結(jié)果符合實(shí)際一、現(xiàn)場巖體直剪試驗(yàn)沿預(yù)定的剪切面進(jìn)行，可分為：

1）巖體本身的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

2）沿軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

3）混凝土-巖體膠結(jié)面的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)常把巖體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)分為三種：抗剪斷試驗(yàn)、摩擦試驗(yàn)(又稱抗剪試驗(yàn))和抗切試驗(yàn)*試驗(yàn)方法有平推法和斜推法兩種***制備試件時(shí)應(yīng)注意： 1）應(yīng)盡量避免擾動(dòng)

2）為避免應(yīng)力釋放、松動(dòng)和強(qiáng)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(hù)，應(yīng)使各個(gè)面盡量平整

4）需澆筑保護(hù)套的試件，保護(hù)套應(yīng)達(dá)到預(yù)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%

*5）試件頂面和剪力面務(wù)必要與反力面平行6）試件尺寸宜選用2500~10000cm2，最小邊長應(yīng)大于50cm，試件高度應(yīng)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(shí)間9）位移觀測要求**試驗(yàn)要求最大垂直荷載為工程設(shè)計(jì)最大應(yīng)力的1.2倍每組試驗(yàn)試件的數(shù)量不少于5個(gè)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(shí)，即認(rèn)為穩(wěn)定，可開始施加剪切荷載剪切荷載按預(yù)估最大剪切荷載分8~12次施加，每隔5min加荷1次*試驗(yàn)成果進(jìn)行一組試驗(yàn)，可得到抗剪強(qiáng)度：在一定的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力作用下，測得相應(yīng)的法向位移和剪切位移，可求：*萬州區(qū)某滑坡勘察中的‘原位大剪’**二、現(xiàn)場巖體三軸試驗(yàn)****第三節(jié)巖體應(yīng)力測試巖體應(yīng)力測試一般是先測出巖體的應(yīng)變值，再根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系計(jì)算出應(yīng)力值量測方法有應(yīng)力解除法和應(yīng)力恢復(fù)法一、應(yīng)力解除法

原理：巖體賦存于一定的應(yīng)力環(huán)境中，在應(yīng)力作用下巖體產(chǎn)生應(yīng)變，采用一定的方法將巖體上的應(yīng)力解除，巖體的應(yīng)變將相應(yīng)恢復(fù)，測出應(yīng)變恢復(fù)值，即可由應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系確定巖體應(yīng)力*巖體表面應(yīng)力解除法選擇測點(diǎn)位置，避開局部

地質(zhì)構(gòu)造的影響整平磨光測點(diǎn)的巖體表面，

沿不同方向安置量測元件（電阻應(yīng)變片和鋼環(huán)應(yīng)變計(jì)）接量測儀器，讀取開槽前（應(yīng)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(yīng)經(jīng)常測量應(yīng)變值的變化，并測量應(yīng)力完全解除后的應(yīng)變值換算出應(yīng)力值*二、應(yīng)力恢復(fù)法

在應(yīng)力解除后，在槽中再埋入壓力枕對巖體施加壓力，使巖體應(yīng)變恢復(fù)到切槽前的狀態(tài)，此時(shí)壓力枕所施加的應(yīng)力就可近似當(dāng)作應(yīng)力解除前巖體所受的應(yīng)力值。*三、水壓致裂法水壓致裂法地應(yīng)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(yīng)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(yàn)設(shè)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。*水壓致裂法當(dāng)井眼壓力足夠高時(shí)，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(zhǔn)確的地應(yīng)力測試方法(主要是指最小水平主應(yīng)力和地應(yīng)力方向)，它的結(jié)果往往作為檢驗(yàn)其他方法精度的標(biāo)準(zhǔn)。*水壓致裂法測量系統(tǒng)Hydrauliefractringmerhodmeasuringsystem*井壁巖石應(yīng)力狀態(tài)圖AA’B’BA、B點(diǎn)處應(yīng)力*當(dāng)加的液壓大于孔壁上巖石所能承受的應(yīng)力時(shí)，將在最小切向應(yīng)力的位置上，即A點(diǎn)處產(chǎn)生張破裂，并且破裂將沿著垂直于最小主應(yīng)力的方向擴(kuò)展。此時(shí)孔壁產(chǎn)生破裂的外加液壓pc1稱為臨界破裂壓力，且有*典型的水力壓裂試驗(yàn)曲線出現(xiàn)剪切裂縫破裂漏失停泵裂縫閉合裂縫重張時(shí)間井口壓力*第四節(jié)波速測試波速試驗(yàn)（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(xué)性質(zhì)或工程指標(biāo)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*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。**測試原理利用直達(dá)波的原理。測出激發(fā)震源與信號接收點(diǎn)之間的距離以及剪切波的傳播時(shí)間，即可由下式求剪切波速

vs＝ΔL/Δt**成果整理與應(yīng)用**自動(dòng)觸發(fā)式聲波儀*二、跨孔法**6/8/2023土動(dòng)力學(xué)*6/8/2023土動(dòng)力學(xué)三、波速法在工程中的應(yīng)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(jì)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)*1、巖土力學(xué)參數(shù)計(jì)算*6/8/2023土動(dòng)力學(xué)由現(xiàn)場剪切波速試驗(yàn)獲得的動(dòng)剪切模量范圍值（袁燦勤，1991）*6/8/2023土動(dòng)力學(xué)2、劃分場地土的抗震類別類別平均剪切波速（m/s)堅(jiān)硬場地土>500中硬場地土250~500中軟