巖體原位實驗報告

、燈 、■前言本次實習(xí)針對巖石巖體的工程地質(zhì)特征，巖體（石）基本力學(xué)性質(zhì)及地下開挖工程中巖體力學(xué)問題進(jìn)行驗證和試驗探索。目的是鞏固加深理解課堂上所學(xué)知識，培養(yǎng)運用理論知識解決實踐問題的能力；掌握實踐工作的方法，如勘察、地質(zhì)調(diào)查、測繪等的方法；培養(yǎng)在實踐中分析問題、解決問題的綜合能力。本次實習(xí)進(jìn)行的主要試驗及項目有：巖體變形試驗、巖體強(qiáng)度試驗、巖石點荷載強(qiáng)度試驗、巖體聲波探測（硐室圍巖松動圈的聲波測試、聲波測井、圍巖分類的聲波測試）、路基沉降觀測試驗、圍巖收斂變形試驗、利用回彈儀測定巖石強(qiáng)度試驗、硐室的工程地質(zhì)展示圖10項內(nèi)容。由于本人水平有限，報告中難免存在的不足與錯誤，請各位老師批評指正。目錄緒言 1第一章巖體強(qiáng)度試驗 2TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第二章巖體變形試驗 14\o"CurrentDocument"第三章回彈儀測巖體抗壓強(qiáng)度 22\o"CurrentDocument"第四章巖石點荷載強(qiáng)度試驗 29\o"CurrentDocument"第五章巖體聲波探測 38\o"CurrentDocument"第六章圍巖的收斂變形試驗 51\o"CurrentDocument"第七章地下硐室的圍巖分類 54\o"CurrentDocument"第八章路基沉降觀測試驗 59\o"CurrentDocument"第九章地下硐室工程地質(zhì)展示圖 61\o"CurrentDocument"結(jié)束語 65附錄 66第一章巖體強(qiáng)度試驗一．試驗?zāi)康膸r體在工程荷載及地應(yīng)力作用下所發(fā)生的失穩(wěn)破壞其破壞機(jī)理有拉張破壞和剪切破壞兩種，其中剪切破壞機(jī)理占大多數(shù)，因此，巖體的強(qiáng)度其本質(zhì)主要是抗剪切強(qiáng)度。在各種研究巖體強(qiáng)的試驗方法中，人們普遍認(rèn)為，工程巖體現(xiàn)場的原位強(qiáng)度試驗是確定巖體強(qiáng)度的最直觀和客觀有效的方法。二．試驗原理巖體的抗剪強(qiáng)度試驗一般是采用雙千斤頂法，即剪切面上的法向應(yīng)力和剪切力分別由兩個千斤頂施加。在不同的法向應(yīng)力b）作用下，巖體有與之對應(yīng)的不同的極限剪應(yīng)力Q），按照庫侖定律，建c立極限剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的相關(guān)方程：T二fO+Cc即可確定巖體的強(qiáng)度參數(shù)：f=tgu—摩擦系數(shù)（U為巖體的摩擦角）；C為巖體的內(nèi)聚力（結(jié)構(gòu)連接力）。C、U值是巖體強(qiáng)度的重要指標(biāo)，它代表著巖體抵抗剪切破壞的性能。在實踐中，巖體的剪切破壞有三種情況，一是相對完整巖體自身的剪斷破壞，這由巖體的整體強(qiáng)度所決定，包括組成巖體的巖石強(qiáng)度，巖體中節(jié)理裂隙的發(fā)育分布狀況，巖體的尺寸效應(yīng)，以及巖體賦存的環(huán)境因素（如地下水、地應(yīng)力等）；二是巖體與工程結(jié)構(gòu)物混凝土體之間的剪切滑動破壞，如混凝土壩體底面與壩基巖體之間的剪切滑動，這取決于巖體表層與混凝土結(jié)構(gòu)物之間的連接強(qiáng)度及二者的結(jié)構(gòu)關(guān)系；三是沿巖體中各類軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生的剪切滑動破壞，如巖體中的斷層面及斷層破碎帶、軟弱泥化夾層、軟弱巖脈、層間錯動帶等。絕大多數(shù)情況下，巖體的失穩(wěn)破壞是由這些軟弱結(jié)構(gòu)面控制的，因此大多數(shù)情況下巖體的強(qiáng)度實際上是巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度。針對上述三種巖體破壞的情況，開展的巖體強(qiáng)度試驗也分為：巖體抗剪斷強(qiáng)度試驗，巖體與混凝土的連接體的抗剪斷試驗，以及巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪試驗。本章終點論述軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度試驗。本章試驗按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50266—99）中對巖體強(qiáng)度試驗制定的標(biāo)準(zhǔn)和要求編寫。三.試驗儀器設(shè)備與安裝加荷系統(tǒng)1） 液壓千斤頂或液壓枕兩套，最大荷載應(yīng)不小于1000KN；2） 液壓油泵及高壓油管兩套；3） 穩(wěn)壓裝置。2.傳力系統(tǒng)1） 鋼墊板（厚度2-3cm）若干塊，包括平板或楔形板；2） 滾軸排一個；3）傳力住一套；3.測量系統(tǒng)1） 不同量程的壓力表或壓力傳感器兩套；2） 位移變形測量表（百分表量程10-30mm），或位移傳感器8-10個；3） 磁性表座8-10個；4）測表支架，一般采用工字鋼或角鋼2根，長2-3m。（具體安裝見圖2-1）圖1-1巖體剪切試驗儀器裝備四.實驗步驟（一）.試體的制備本試驗適宜在試驗平硐中進(jìn)行，試件的加工制作應(yīng)符合如下要求：1）在巖體的預(yù)定部位制備試體，試體中結(jié)構(gòu)面剪切面積應(yīng)不小于2500cm2,最小邊長應(yīng)不小于50cm,試體高度應(yīng)不小于最小邊長的1/2。2） 試體間距宜大于試體邊長。3） 采用平推法試驗時,試體應(yīng)加式成四方體,千斤頂?shù)耐屏Ψ较驊?yīng)平行于剪切面的預(yù)定方向。（如圖1-2）圖2-2平推法試驗試件受力一側(cè)與反力基座之間留有安裝千斤頂?shù)淖銐蚩臻g，采用平推法應(yīng)加工出千斤頂臥槽。對于結(jié)構(gòu)面上部巖體堅硬、完整的試體，不需要制作混凝土保護(hù)套，試體表面應(yīng)加工平整，頂面應(yīng)平行于預(yù)定剪切面；對于破裂松動的試體，需要在試體周邊澆筑鋼筋混凝土保護(hù)套，或采取其它保護(hù)措施。保護(hù)套應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，保護(hù)套底邊要高出預(yù)定剪切面的上邊緣。對剪切面為傾斜的試體或有泥化夾層的試體，在加工制作時應(yīng)采取保護(hù)措施。試驗可在試體為天然含水狀態(tài)下進(jìn)行，也可在人工浸水條件下進(jìn)行。每組試驗試體的數(shù)量應(yīng)不少于5個，并應(yīng)使用同一組試體的形狀、尺寸盡量相同或相近。.試驗裝置的安裝儀器安裝如圖2-1所示：法向荷載系統(tǒng)的安裝在試體頂面鋪設(shè)一層砂漿或橡膠板，在墊層上放置與試體頂面面積大致相同的鋼質(zhì)墊板兩塊，并用水平尺找平，兩塊鋼墊板中間放置滾排軸，然后依次放置液壓千斤頂、傳力柱。傳力柱與反力基座之間放置圓形鋼墊板1-2塊，每塊厚約3cm,反力基座表面不平時用砂漿填平。整個法向荷載系統(tǒng)須與剪切面垂直，垂直合力須應(yīng)通過剪切面中心。安裝完畢后，可起動千斤頂稍加壓力，使整個系統(tǒng)緊密接觸，以保障試驗安全。側(cè)向剪切荷載系統(tǒng)的安裝在試體受剪力一側(cè)用水泥砂漿粘貼一玦鋼墊板，墊板后依次放置傳力板、液壓千斤頂，千斤頂與反力基座之間視間距而定放置鋼墊板及傳力柱，反力基座表面不平時用水泥砂漿填平。平推法剪切荷載作用方向應(yīng)與剪切面平行，著力點與剪切面的距離不宜大于剪切方向試體邊長的5%。測量系統(tǒng)的安裝荷載量測設(shè)備的安裝在荷載系統(tǒng)安裝時一并完成。采用壓力表時，通過“三通”連接于千斤頂與油壓泵之間；采用壓力傳感器時，將傳感器放置在千斤頂與傳力柱之間。位移變形的量測可采用百分表或傳感器。首先在試體兩側(cè)（平行于剪切方向）各安放一工字鋼或角鋼支架，支架的支點應(yīng)在變形影響范圍以外。支架用螺栓固定牢固。將磁性表座固定在工字鋼或角支架上，磁性表座的支桿上安裝百分表或位移傳感器，并與試體的觸點相接觸。在試體的對稱部位分別安裝剪切位移和法向位移測表（或傳感器）各2只，用于測量試體的絕對位移變形。（三）試驗加荷設(shè)計法向加荷設(shè)計一組試驗應(yīng)設(shè)計不同法向荷載，本次試驗法向荷載o分5級：34KN,69KN,104KN,138KN,173KN。剪切面上的正應(yīng)力P由下式計算：PpA式中：A為剪切面面積。剪切荷載設(shè)計剪切荷載按預(yù)估的最大（極限）荷載分10級施加,設(shè)計出實驗的最大剪切荷載，由庫侖定律知剪切面上的極限剪應(yīng)力工與正應(yīng)力o應(yīng)c滿足下式：T=b?tg①+Cc在正應(yīng)力O由試驗設(shè)計確定的情況下，需要根據(jù)剪切結(jié)構(gòu)面的實際情況預(yù)估剪切結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角U及內(nèi)聚力C值，按預(yù)估的C、U值及確定的o值代入上式即可求得對應(yīng)的極限剪應(yīng)力T，再根據(jù)下式可c確定最大剪切荷載Q值：Q'=T?Fc本次試驗中預(yù)估C值為0.1MPa,U值為25°得到Q=2MPa.（四）.開始試驗施加法向荷載同一組試驗的每個試體分別施加不同的法向荷載，對于具有軟弱物質(zhì)充填的結(jié)構(gòu)面，最大法向荷載以不擠出充填物為宜。本組試驗設(shè)計法向荷載為：34KN,69KN,104KN,138KN,173KN。對每個試體法向荷載分4-5級施加，每間隔5分鐘施加一級，并測讀每級加荷后的法向變形。加至最后一級荷載后,仍每隔5分鐘測讀變形值，當(dāng)相鄰兩次垂直變形之差小于0.01mm時，即認(rèn)為垂直變形穩(wěn)定,然后施加剪切荷載。施加剪切荷載按預(yù)估的最大剪切荷載分10級施加，當(dāng)剪切位移明顯增大時，即某級加荷發(fā)生的位移變形大于前一級位移變形的1.5-2.0倍時，剪切荷載減半施加。剪切荷載的施加以時間控制，對于無軟弱物質(zhì)充填的結(jié)構(gòu)面，每間隔5分鐘逐級加荷；對于充填軟弱物質(zhì)的結(jié)構(gòu)面可根據(jù)位移變形大小，按10分鐘或15分鐘間隔逐加荷。加荷前后均需測讀位移變形值。試體剪斷后出現(xiàn)應(yīng)力降，這時應(yīng)持續(xù)加荷，當(dāng)試體沿剪切面基本以勻速位移運動而剪切荷載也基本穩(wěn)定時，此荷載值可作為試體的殘余強(qiáng)度，這時停止加荷，試驗結(jié)束。本組試驗設(shè)計的剪切荷載為：0.4MPa、0.85MPa、1.35MPa、1.7MPa、2.1MPa、2.5MPa、2.9MPa、3.1MPa、3.3MPa、3.7MPa。試驗后剪切面描述試驗結(jié)束后先卸掉剪切荷載，再卸掉法向荷載，拆除試驗儀器設(shè)備。將剪斷后的試樣翻轉(zhuǎn)過來，測量剪切面面積，詳細(xì)記述剪切面的破壞情況，擦痕分布、方向及長度。測定剪切面起伏差，對結(jié)構(gòu)面中的充填物質(zhì)描述其成份、厚度，必要時應(yīng)測定充填物的物理性質(zhì)。繪制剪切面素描圖及剖面圖，并照像。五.資料整理1.五試驗記錄如表1-1,表中各級法向荷載下的正應(yīng)力O和剪應(yīng)力T由下式計算得到：PfQT—f式中：F為剪切面面積，取035cm2。根據(jù)附錄3中數(shù)據(jù)繪制結(jié)構(gòu)面壓縮過程中法向應(yīng)力作用下的剪應(yīng)力與剪切位移及法向位移關(guān)系曲線（見圖1-3）。根據(jù)附錄4中數(shù)據(jù)，繪制法向應(yīng)力下的剪應(yīng)力與剪切位移及法相位移關(guān)系曲線（見圖1-4），確定比例極限、峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度，評述曲線破壞類型。4.將abed組的數(shù)據(jù)匯編如下正應(yīng)力bmpa剪應(yīng)力Tmpa由此確定試體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)C、 值。：C=0.10Mpa=25.0°。5.試驗后剪切面描述：試件破壞后，破壞面沙夾成含水率基本不變，破壞面不平整，起伏度為1cm,無碎塊。剪切過程中無沙粒擠出。如圖1-5六．試驗成果分析本次試驗采用山體土作為填充物，目的是為以測以山體土為充填物的結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，測試結(jié)果與以下幾個因素有關(guān)：山體土的鋪設(shè)厚度，若山體土鋪設(shè)較厚，則結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度為山體土顆粒本身的粘聚力和顆粒間的摩阻力，其山體土鋪設(shè)較薄，則結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度中可能包括山體土兩側(cè)試體的抗剪斷強(qiáng)度和試體的摩擦力；法向荷載的設(shè)計，若法向荷載設(shè)計過大，則試體可能被啃斷，或山體土被壓碎、試體直接被壓壞，若法向荷載設(shè)計過小，則結(jié)構(gòu)面會被輕松地剪壞，從而只能得到充填物的抗剪強(qiáng)度；剪應(yīng)力的分級施加，分級過大，且不能按試驗時水平向的變形大小隨時調(diào)整施加等級，則可能得不到準(zhǔn)確的峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度第二章巖體變形試驗一．實驗?zāi)康膸r體中由于各種結(jié)構(gòu)面的發(fā)育和分布，使其變形性質(zhì)遠(yuǎn)比巖石的變形復(fù)雜得多，因而巖體的變形不能由巖石的變形所代替，必須通過巖體變形試驗測定其變形指標(biāo)。巖體變形試驗是測定巖體在一定的荷載作用下變形特性指標(biāo)而進(jìn)行的巖體現(xiàn)場試驗。通過試驗測定巖體的變形模量（E）、彈性模量（E）及變形系數(shù)（D）等巖石工程中不可缺少0e的巖體力學(xué)參數(shù)。二．基本原理本次試驗采用剛性承壓板法。其原理是通過剛性承壓板，施力于無限空間的巖體表表面，測量巖體變形的一種方法。該方法首先將巖體假設(shè)為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性體。然后按照彈性理論中的布西涅斯克課題計算變形模量及彈性模量：(1—卩2)P?dW(W0 e)式中：E為巖體變形模量，E為巖體彈性模量；（MPa）0eW為巖體的總變形，W為巖體的彈性變形；（mm）0eP按承壓板單位面積計算的壓力；（MPa）d為承壓板的直徑；（mm）“為巖體的泊松比。三．試驗儀器設(shè)備如圖2-1共分為三部分：加壓系統(tǒng)、傳力系統(tǒng)、測試系統(tǒng):圖2-1測試儀器與設(shè)備安裝1圖2-1測試儀器與設(shè)備安裝1—反力座；2—墊板；3—傳力柱；4—千斤頂；5—高壓油管1.加壓系統(tǒng)：雙油路千斤頂1臺，電動液壓油泵1臺，高壓油管及其接頭若干；試點制備.試點巖體受力方向應(yīng)與工程巖體實際受力方向一致；.試點的邊界條件應(yīng)滿足下列條件：承壓板邊緣至洞壁的距離不小于承壓板直徑的1.5倍；相鄰試點承壓板邊緣之間的距離應(yīng)大于承壓板直徑的3倍；承壓板邊緣距洞口或掌子面的距離應(yīng)大于承壓板直徑的2倍；試點表面以下在承壓板直徑的3.0—3.5倍范圍內(nèi)的巖體巖性相同；.試點范圍內(nèi)受擾動的巖體應(yīng)盡可能清除干凈，清除的深度視巖體受擾動的程度而定；.放置承壓板處的巖體表面宜加鑿平，巖面的起伏差一般不超過5mm，當(dāng)巖體破碎而達(dá)不到要求時，應(yīng)用砂漿填平，承壓板以外的巖體表面一般只要求大致平整，沒有松動巖塊或碎石即可；.試點的頂板或后座的范圍，一般應(yīng)不小于30X30cm2的面積為宜，反力座表面應(yīng)與試點表面平行，并要求表面平整；.沖洗試點表面，對試點進(jìn)行編號，必要時進(jìn)行描述或拍照。安裝傳力系統(tǒng)(1).清洗試點巖體表面，鋪一層水泥漿，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表面；(2).在承壓板上放置千斤頂，加荷中心應(yīng)與承壓板中心重合；(3).在千斤頂上依次安裝墊板、傳力柱、墊板；(4).安裝完畢后，可走去千斤頂稍加壓力，使兩端承壓板與試點表面及反力座表面緊密接觸，以防止傳力柱晃動或傾倒；（5）.應(yīng)使整個系統(tǒng)所有部件中心，保持在同一軸線上并與加壓方一致；（6）.應(yīng)保證系統(tǒng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度。布置測量系統(tǒng)（1）首先在試點兩側(cè)平行于洞軸線方向各安放測表支架1根，支撐形式以簡支梁為宜，跨度大小滿足邊界條件又具有足夠的剛度為準(zhǔn)。所謂測桿支架的邊界條件，是指支架支點與承壓板邊緣之間的距離不小于承壓板直徑的1.5倍；（2）在支架上通過磁性表座在承壓板上對稱布置四個位移傳感器或測表，測表安放要求如下：要求測表表腿與承壓板表面垂直。表腿伸縮自如，避免夾緊或松動。根據(jù)巖體的變形位移方向，留有足夠的位移量，盡量避免在測試過程中調(diào)整。測表安裝位置適當(dāng)，便于看表讀數(shù)。磁性表座支桿懸臂應(yīng)盡可能縮短，以保證支桿有足夠的剛度。五.試驗步驟測試儀器的安裝和調(diào)試具體的安裝見圖2-1。確定加荷方式及加荷等級本次實習(xí)根據(jù)液壓千斤頂率定曲線、剛性承壓板面積并考慮到受壓巖石的強(qiáng)度，確定最大荷載值為200KN,試驗分為四級循環(huán)加荷:即：50KN、100KN、150KN、200KN，各級循環(huán)荷載的具體壓力設(shè)計如下：第一級：0，25，50，25，5（KN）第二級：5、25、50、75、100、75、50、5（KN）第三級：5、50、75、100、125、150、125、100、50、5（KN）第四級：5、50、100、125、150、175、200、175、150、100、50、0（KN）其中：25、75、125、175（KN）為加荷控制點，是為了提高試驗精度而設(shè)立的；第一、二、三級循環(huán)卸荷不回零是出于安全考慮，防止傳力柱傾倒、頂板鋼板滑塌,避免造成人身傷害。變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)以一定時間間隔變形相對變化為標(biāo)準(zhǔn)。在逐級一次循環(huán)加荷試驗中，加荷后立即測讀各點的變形量，并計算平均值，然后每隔5分鐘測讀一次變形量。各級壓力下的變形穩(wěn)定值標(biāo)準(zhǔn)為：相鄰兩次變形讀數(shù)之差△W與該級壓力下第一次變形讀數(shù)與前一級壓力下最后一次0變形讀數(shù)之差W的比值小于5%（△W/W<5%）時，即可認(rèn)為該級000荷載下的變形穩(wěn)定，繼續(xù)施加下一級荷載。RS-JYB系統(tǒng)是以一定時間內(nèi)變形的絕對變化值為標(biāo)準(zhǔn)，本次試驗中每間隔5分鐘讀一次數(shù)，相鄰兩次變形讀數(shù)之差不超過0.1mm，則視變形穩(wěn)定。六.試驗記錄試驗中所得數(shù)據(jù)見（表2-1）

表2-1巖體變形試驗數(shù)據(jù)七.試驗成果整理1.繪制曲線根據(jù)試驗數(shù)據(jù)整理，繪制出巖體變形曲線，如下圖2-2圖2-2逐級循環(huán)P-W0曲線2.參數(shù)計算按下式計算變形模量（E）、彈性模量（E）及變形系數(shù)（D）：0e(1—卩2)P?dW(W)0eWD=_pD=Wo取巖石泊松比為0.269，將各級荷載下巖體的變形模量、彈性模量及變形系數(shù)列表如下：表2-2巖體的變形指標(biāo)PlP2P3P4W00.50.80.981.13We0.050.190.190.25Wp0.450.610.790.88Ee1822.001958.9481448.2071479.911E0182.200227.750280.775327.414D0.9000.7630.8060.7793.分析曲線類型及變形機(jī)理本次實驗所得曲線為上彎型（如圖2-2所示），彈性變形較小，塑性變形較大，在壓力作用下首先是節(jié)理裂隙的壓密變形，這一過程中巖體的變形量較大，曲線斜率較緩，卸荷后有較大的塑性變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)面被壓密后，巖體轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓭r石材料變形為主，巖體剛度增大，曲線斜率變陡。每一級加壓曲線斜率隨加壓、卸壓循環(huán)次數(shù)增加而逐漸增大，各級卸荷曲線較陡，在加荷后變形大部分不能恢復(fù)。每一級加壓、卸壓的變形系數(shù)D隨加壓、卸壓循環(huán)次數(shù)增加而變小，表明結(jié)構(gòu)面的塑性變形在總變形中占的比重在減小，巖體中的彈性變形在增大。曲線表明，巖體中解理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，巖體受結(jié)構(gòu)面影響大。第三章回彈儀測巖體抗壓強(qiáng)度一試驗?zāi)康幕貜梼x是一種簡易輕便地質(zhì)人員可隨身攜帶，并能取得定量指標(biāo)的“代錘工具”。這種儀器可以對軟弱、不易取樣的巖石及風(fēng)化的裂隙壁面進(jìn)行原位測試，取得定量指標(biāo)。建立巖石表面回彈值與巖石單軸抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)曲線和經(jīng)驗公式，獲得巖石回彈值與貫入阻力、彈性模量等力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)之間的相互關(guān)系及經(jīng)驗數(shù)值，還可利用回彈值和巖體地震波速、半波長相配合來評價巖體質(zhì)量，利用巖體波速與回彈值進(jìn)行最優(yōu)地確定地下工程的開挖方式和支護(hù)類型。二．試驗原理通過回彈儀的加荷桿沖擊巖石表面，其沖擊能量的一部分轉(zhuǎn)化為使巖石產(chǎn)生塑性變形的功，而另一部分能量則是沖擊桿的回彈距離——回彈值。巖石的表面硬度不同，其回彈值亦不同，回彈值越大表明巖石表面硬度越大，其抗塑性變形能力也越強(qiáng)，利用巖石的硬度與其單軸抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，確定巖石的抗壓強(qiáng)度。三．儀器設(shè)備回彈儀又稱回彈錘，國際通用型號：L、N、M三種，是按其錘擊動能的大小劃分的，它們的錘擊能量比為1：3：40,各型號的錘擊能量為：L型為0.735J；N型為2.207J；M型為29.420J。它們分別用于不同規(guī)格尺寸的試件。我國天津建筑儀器廠也生產(chǎn)相似型號的產(chǎn)品。HT100型回彈儀的錘擊能量為0.981J,屬小型。

圖5-1HT225型回彈儀型回彈儀機(jī)構(gòu)示意圖圖中：1-彈擊桿；2—混凝土；3-體甲；4-指針滑塊；5-刻度尺；6-按鈕；7-中心導(dǎo)桿；8導(dǎo)向法蘭；9-蓋帽；10-卡環(huán)；11-尾蓋；12-壓力彈簧；13-掛鉤；14-沖擊錘；15-緩沖彈簧16-彈簧拉鉤；17-彈簧座；18-密封圈；19-調(diào)整螺絲；20-緊周螺母；21-彈簧片；22-指針軸；23-固定塊；24-掛鉤彈簧。HT225型回彈儀的錘擊能量為2.207J，屬中型回彈儀，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種。HT3000型回彈儀的錘擊能量為29.420J，屬重型回彈儀，可用于大型、重型試體和完整、堅硬的巖體。除以上三種型號外，還生產(chǎn)HT28型回彈儀：0.275J，也叫特輕型回彈儀或砂漿回彈儀。本次試驗采用HT225型回彈儀（如圖3-1所示）。四．實驗步驟（一）試驗前準(zhǔn)備回彈儀的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)檢查質(zhì)量合格的回彈儀應(yīng)符合下列標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的要求：1） 當(dāng)回彈儀水平彈擊時，彈擊錘脫鉤的瞬間、回彈儀的標(biāo)稱動能應(yīng)與其型號相符。2） 彈擊錘與彈擊桿碰撞的瞬間，彈擊拉簧應(yīng)處于自由狀態(tài)，此時彈擊錘起跳點應(yīng)相應(yīng)于刻度尺上的“0”處。3） 在洛氏硬度H為60±2的鋼砧上，回彈儀的率定值［N］應(yīng)為80土RC2。4） 當(dāng)以上標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)檢查不具備條件時，在下列情況下，應(yīng)把回彈儀送檢定單位校驗：新回彈儀啟用前；超過檢定有效期限（有效期為一年）；累計彈擊次數(shù)超過6000次；彈擊拉簧、拉簧座、彈擊桿、緩沖壓簧、中心導(dǎo)桿、導(dǎo)向法蘭彈擊錘、指針軸、指針片、掛鉤及調(diào)零螺絲等主要零件之一經(jīng)過更換后；彈擊拉簧前端不在拉簧座原孔位或調(diào)零螺絲松動；遭受嚴(yán)重撞擊或其它損壞。測試試件和測試點區(qū)的選擇1).測試試件巖塊尺寸要求：在錘擊方向上巖塊的厚度應(yīng)大于10cm，錘擊面積大于20X20cm2。巖心的尺寸要求：長度和直徑的比為2:1或2.5:1，其長度不應(yīng)小于10cm。室內(nèi)經(jīng)過加工試件的尺寸應(yīng)為u5X10cm；5X5X10cm,不宜小于相應(yīng)尺寸。2).巖體測試點區(qū)每一層位或相同巖性、同一巖體結(jié)構(gòu)類型中所選取的測試點區(qū)數(shù)應(yīng)不小于10個。測試點區(qū)的巖體表面應(yīng)盡可能清潔、平整和干燥。測試點區(qū)的面積，以能容納16個回彈測點為宜。測點不宜重復(fù)，測點距試體棱角邊緣不宜小于3cm。(二)開始試驗在做好以上試驗前的準(zhǔn)備工作以后，即可操作回彈儀按以下步驟進(jìn)行試驗。將回彈儀的彈擊桿頂住試體表面，輕壓儀器，使按鈕松開，彈擊桿緩緩緩緩伸出，并使掛鉤掛上彈擊重錘。手握回彈儀使其對測面緩慢均勻施壓，待彈擊錘脫鉤沖擊彈擊桿后，彈擊錘即帶動指針向后移動，直至到達(dá)一定位置時，即在刻度尺上指示出某一回彈值。按住回彈儀、進(jìn)行讀數(shù)并記錄回彈值，如條件不利于讀數(shù)，可按下按鈕，鎖住機(jī)心，將回彈儀移至它處讀數(shù)。換個測試位置，重復(fù)上述步驟即可進(jìn)行下個測點的測試。五．?dāng)?shù)據(jù)整理1.測點數(shù)及取舍計算方法國內(nèi)規(guī)程一般常采用的方法，舍去測點區(qū)內(nèi)測得的16個回彈值中的3個最大值和3個最小值，然后將余下的10個回彈值按下列公式計算出平均回彈值：NiN=亠10式中：N為測試點區(qū)平均回彈值，計算至0.1；N為第i個測點的回彈值。i2. 實驗回彈記錄表如下3-1測定位置(m)測占八、、編號回彈值(N)回彈平均值(N)39841434446464748505052463474747484850505152525249.72964246464647474848495046.92454040424344444546494944.21944243464646464747485146.21432324242627282828293226.9922828293636363738383834.4411618181923242425262621.92.測試值的修正產(chǎn)生誤差的原因

1） 同一測點巖石的不均勻性，使測試結(jié)果具有一定的隨機(jī)性2） 測量時回彈儀不水平，而計算時按水平計算；3） 試驗時人為操作的原因，如加壓速率等因素的影響；修正后數(shù)據(jù)見表3-2a(°)△Na修正后回彈數(shù)（Na）-190.746.7-120.35017-145.920-1.344.725-1.92516-1.333.121-2.119.8確定巖石的單軸抗壓強(qiáng)度根據(jù)每個測試點區(qū)的N值和巖石的容重值表3-1，查表3-4得巖石的單軸抗壓強(qiáng)度。結(jié)果見表3-3表4-3巖石（芯）容重測試記錄表巖性安山巖質(zhì)量（g）27.310.82.582體積（cm"3）24.89.92.505容重（g/cm3）45.418.12.508平均容重（g/cm3）2.512

巖石單軸抗壓強(qiáng)度如下表4-4測點編號87654321Rc(MPa)101130827078234021由上表3-4可得出結(jié)論：從動車向內(nèi)安山巖的強(qiáng)度呈遞增趨勢，洞口處安山巖風(fēng)化嚴(yán)重向內(nèi)微風(fēng)化。第四章巖石點荷載強(qiáng)度試驗一．試驗?zāi)康膸r石的點荷載試驗是將巖石塊體置于一對點接觸的加荷裝置上，巖石破壞主要是呈劈裂破壞的性質(zhì)，破壞的機(jī)理是張破壞。用來測定巖石的抗拉強(qiáng)度，又根據(jù)巖石的抗拉強(qiáng)度與坑壓強(qiáng)度之間的內(nèi)在聯(lián)系，由點荷載試驗結(jié)果換算出巖石的抗壓強(qiáng)度。二．試驗原理試件在一對點荷載作用下發(fā)生破壞，主要是由于加荷軸線上的拉應(yīng)力引起的，其破壞機(jī)制為張破裂。試驗表明，不同形狀的試件在點荷載作用下，其加荷軸附近的應(yīng)力狀態(tài)基本相同，這為采用不同形狀及不規(guī)則試件進(jìn)行點荷載試驗提供了理論依據(jù)。點荷載試驗得出的基本力學(xué)指標(biāo)是點荷載強(qiáng)度指數(shù)，其計算公式為：I=_￡_sD2e式中：P—作用于試件破壞時的荷載值（KN）；D—等效巖芯直徑e（mm），對于采取的鉆孔巖芯徑向試驗，D2=d2（D—巖芯直徑），e對于巖芯的軸向試驗、方塊體以及不規(guī)則巖塊試驗D2=4A/“（A=eD?W,D—試件上、下兩加荷點間距離，W—試件破裂面垂直于加荷軸的平均寬度）。試驗表明，同一種巖石當(dāng)試件尺寸不同時，對點荷載強(qiáng)度會產(chǎn)生影響，因此試驗方法標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定以D=50mm時的點荷載強(qiáng)度為基準(zhǔn)，當(dāng)D值不等于50mm時，需對點荷載強(qiáng)度進(jìn)行修正，其修正公式為：Is(50)=F*IsD、F二\——e/m50式中：F—尺寸修正系數(shù);M—修正指數(shù)，由同類巖石的經(jīng)驗值確定，1985年國際巖石力學(xué)協(xié)會（ISRM）建議m=0.45，近似取m=0.5。由點荷載強(qiáng)度指數(shù)可進(jìn)一步記算出巖石的單軸抗壓強(qiáng)度)及抗拉強(qiáng)度(。)計算公式如下：ctb二22.821 0.75c s(50)b=K-1 =2.15It1 s(50) s(50)三．實驗儀器本次試驗使用的是SDH8—2型點荷載儀。SDH8—2型點荷載儀結(jié)構(gòu)由框架、加壓系統(tǒng)和荷載測量系統(tǒng)等部分組成?？蚣艽_定容納試件的最大直徑為110mm?？蚣苤饕傻鬃⒂透住⒘⒅?、頂板和加荷錐頭組成。加荷錐頭采用國際標(biāo)準(zhǔn)，錐頂角為60，錐端部曲率半徑為5mm,油缸活塞移動的最大行程為50mm。加荷設(shè)備主要是手動油泵，通過高壓油管和快速接頭與油缸連接，手動油泵的加荷能力為70KN。荷載的量測采用壓力表，試件的尺寸量測用游標(biāo)卡尺。（具體見圖4-1)圖4-1SDH8—2型點荷載儀示意圖四．試驗步驟（一）試件制備試樣應(yīng)取自于工程巖體，具有代表性?？衫勉@孔巖芯，或在基巖露頭、勘探抗槽探硐、巷道中采取巖塊。試件應(yīng)完整，在取樣及制備過程中避免產(chǎn)生裂縫。試件尺寸應(yīng)符合下列規(guī)定：1）當(dāng)采用巖芯試件作徑向試驗時，試件的長度與直徑之比不應(yīng)小于1.0；作軸向試驗時，加荷兩點距離與試件直徑之比為0.3~1.0；2）當(dāng)采用方塊體或不規(guī)則塊體試件時，加荷兩點距離宜為30?50mm；加荷兩點間距離與垂直于加荷軸向平均寬度之比為0.3~1.0，試件長度應(yīng)小于加荷兩點間距離。若采用巖芯試件，每組試驗試件數(shù)量應(yīng)為5?10個；采用不規(guī)則試件時，每組試件數(shù)量為15?20個。同組試驗的試件應(yīng)保持基本相同的含水狀態(tài)及風(fēng)化（新鮮）狀態(tài)，以免使試驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的離散性。（二）開始試驗首先用游標(biāo)卡尺測量試件的尺寸并記錄；用高壓油管連接點荷載儀框架、壓力表、油缸與手動油泵；采用巖芯徑向試驗時，將巖芯試件放在球端圓錐之間，使上、下錐頭與試件直徑兩端緊密接觸，接觸點距試件端面的最小距離應(yīng)不小于加荷點間距的1/2。巖芯軸向試驗時，將巖芯試件放在球端圓錐之間，使上、下錐頭位于巖芯試件的圓心工與試件緊密接觸。采用方塊體或不規(guī)則巖塊試驗時，一般選擇試什最小尺寸方向為加荷方向。半試件放入球端圓錐之間，使上、下錐頭位于試件中心處并與試件緊密接觸，接觸點距試件自由端的距離應(yīng)不小于加荷點之間距的1/2。用手動油泵均勻施加荷載，使試件在10~60秒內(nèi)破壞，記錄破壞荷載。試件破壞后，確認(rèn)試驗是否有效，對于有效試件量測破壞面加荷點間距及垂直加工荷軸向的試件平均寬度。五.資料整理本次巖石點荷載強(qiáng)度試驗分別取巖芯試樣（花崗巖）和不規(guī)則塊體試樣各十六組。實驗時跟據(jù)所得的加荷點距離D（mm）和垂直加荷點距離L（mm）可由（1T）公式計算等價巖芯直徑De（mm）De八2=4*LD/3.14 （IT）然后由破壞荷載P（N）根據(jù)公式（1-2）,（1-3）可計算點荷載強(qiáng)度Is和點荷載強(qiáng)度指數(shù)Is（50）(1-2)Is二P/DeJ(1-2)Is(50)=F*P/DeJ (1-3)式中F為安全系數(shù)可由公式F二DeP.5求得。最后根據(jù)公式(1-2),(1-3)可計算巖石單軸抗壓強(qiáng)度Oc和抗拉強(qiáng)度otoc=22.82Is(50)ot=2.15Is(50)(1).巖芯試樣點荷載試驗數(shù)據(jù)見表4-1；其修正后的數(shù)據(jù)(去三個最大值和三個最小值)見表4-2；

表4-1點荷載試驗記錄表試樣編組：巖石名稱：試件形狀：試驗日期：試件編號加荷方向試件尺寸加荷點間距離荷載值Kg點荷載強(qiáng)度指標(biāo)巖石單軸抗壓強(qiáng)度巖石抗拉強(qiáng)度描述LWDIsIs(50)(cm)(Mpa)123456789101112131415161718

表4-2點荷載試驗記錄表試樣編組：巖石名稱：試件形狀：試驗日期：試件編號加荷方向試件尺寸加荷點間距離荷載值Kg點荷載強(qiáng)度指標(biāo)巖石單軸抗壓強(qiáng)度巖石抗拉強(qiáng)度描述LWDIsIs(50)(cm)(Mpa)123456789101112則巖芯的抗壓強(qiáng)度oc和抗拉強(qiáng)度Ot平均值為：oc=81.58Mpaot=11.20Mpa（2）不規(guī)則式樣點荷載實驗數(shù)據(jù)見表3-3,；修正后的數(shù)據(jù)（去三個最大值和三個最小值）見表4-4；

表4-3點荷載試驗記錄表試樣編組：巖石名稱：試件形狀：試驗日期：試件編號加荷方向試件尺寸加荷點間距離荷載值Kg點荷載強(qiáng)度指標(biāo)巖石單軸抗壓強(qiáng)度巖石抗拉強(qiáng)度描述LWDIsIs(50)(cm)(Mpa)12345678910111213141516

表4-4點荷載試驗記錄表試樣編組：巖石名稱：試件形狀：試驗日期：試件編號加荷方向試件尺寸加荷點間距離荷載值Kg點荷載強(qiáng)度指標(biāo)巖石單軸抗壓強(qiáng)度巖石抗拉強(qiáng)度描述L WDIsIs(50)(cm)(Mpa)12345678910則不規(guī)則式樣的抗壓強(qiáng)度oc和抗拉強(qiáng)度Ot平均值為:oc=23.93Mpaot=2.32Mpa第五章巖體聲波探測聲波探測技術(shù)是運用聲學(xué)的波動原理和方法，通過激發(fā)彈性波在巖體中傳播，作為巖體中各種信息的載體來反映巖體的各方面物理力學(xué)性狀。它具有測試快速、精確可靠、操作簡便、功能多樣、經(jīng)濟(jì)節(jié)省等獨特的優(yōu)點，在解決眾多巖體工程問題方面發(fā)揮了及其重要的作用。目前，應(yīng)用聲波探測技術(shù)解決工程巖體問題只要包括以下幾個方面：利用聲波參數(shù)結(jié)合地質(zhì)因素對工程巖體進(jìn)行分類、分級；測定并換算得巖體的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，如動彈性模量，泊松比；3.利用聲波來探測巖體中的各種缺陷；4.在地下工程中，對硐室圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評價，包括松動圈范圍的測定、圍巖分類、施工地質(zhì)超前預(yù)報，以及圍巖穩(wěn)定性的長期觀測。第一節(jié)聲波測井一．試驗?zāi)康穆暡y井是巖體聲波探測中的一項重要內(nèi)容，通過聲波測井，可以查明鉆孔所通過的各地層的層位、巖性、斷層破碎帶以及巖體的質(zhì)量等狀況。此外，聲波測井還對巖石風(fēng)化及裂隙發(fā)育程度作出定量評價。在一定條件下，聲波測井還可準(zhǔn)確地測出軟弱夾層的埋深和厚度。二．試驗原理聲波測井的原理是不同巖性和結(jié)構(gòu)特征的巖體具有不同的波速，與其它聲測方法一樣，聲波測井通過發(fā)射換能器向巖體發(fā)射彈性波，再由接收換能器將巖體中傳播的彈性波接收下來，獲得彈性波的傳播時間及頻譜特征，再結(jié)合被測鉆孔的地質(zhì)特征，對巖體進(jìn)行工程地質(zhì)評價。在進(jìn)行聲波測井時，把換能器放入鉆孔中的測試位置，鉆孔中注滿水或泥漿，以此作為耦合介質(zhì)。由發(fā)射換能器發(fā)出的聲波，一部分直接沿鉆孔軸線經(jīng)水傳播至接收換能器，稱為直達(dá)波。另一部分經(jīng)孔壁反射而到達(dá)接收換能器的波，稱為反射波，反射波比直達(dá)波晚些到達(dá)。第三部分聲波自發(fā)射換能器發(fā)出后，以a角斜射至孔壁巖體內(nèi)，然后又以折射角0在巖體內(nèi)傳播，當(dāng)0=90。時,則聲波沿孔壁傳播，稱為滑行波?；胁ㄓ忠詀角入射至井內(nèi)水中，然后進(jìn)入接收換能器，這種波就是我們測井中所接收的波。因為根據(jù)滑行波的波速的變化，可以了解相應(yīng)巖體的地質(zhì)特征及其物理力學(xué)性質(zhì)。為此，必須使滑行波首先到達(dá)接收換能器，才可能將它識別出來。這就需要在發(fā)射與接收換能器之間放有良好的隔音管，適當(dāng)調(diào)整發(fā)射換能器與接收換能器之間的直線距離。這是因為巖體和井液的波速差別很大，加之各種波在鉆孔中傳播的距離和經(jīng)過的介質(zhì)不同，所以只要使發(fā)射器與接收換能器之間大于某一距離，既可達(dá)到滑行波首先到達(dá)接收換能器的目的。聲波測井的方法按換能器的組合方式，可分為一發(fā)一收式，一發(fā)二收式，二發(fā)二收式及全波列單孔波測井。本次試驗采用一發(fā)二收式。一發(fā)二收法可以消除井液對測試結(jié)果的影響見圖（5-1-1）。

I-JU巖體由圖可以看出t=t=tI-JU巖體由圖可以看出abcdef?t=t+t+t=t+2ts11abcd1abt=t+t+t=t+2ts22abef2ab?It—t=t—ts2s121從而可以得到巖體的波速為：cet—從而可以得到巖體的波速為：cet—t21t—ts2 s1圖4-1-1一發(fā)雙收式測井法式中：df—兩接收器之間的距離；t—聲波由發(fā)射換能器至第一個接收換能器的走行時間；s1t—聲波由發(fā)射換能器至第二個接收換能器的走行時間；s2V—接收換能器s至s之間巖體縱波波速。p12三．試驗儀器設(shè)備本次試驗采用的是武漢巖海公司生產(chǎn)的RS-ST01C非金屬聲波檢測儀。采用單孔測井換能器，是將發(fā)射和接收的圓柱式換能器用隔場材料組裝在一起的組合式換能器，采用一發(fā)二收式，兩個接收換能器的間距為20cm。四.試驗步驟1.連接儀器，兩個接收換能器電纜插頭分別與聲波儀上的“通道1”與“通道2”插座相連。正確接通電源，并打開儀器開關(guān)預(yù)熱。2.在“參數(shù)”菜單中將“模式”設(shè)定為“跨孔聲波”，；輸入文件名，按人、機(jī)對話形式依次輸入“起點深度”、“移動方向”、“移動步距”、“收發(fā)間距”等參數(shù)，然后返回主菜單。在“狀態(tài)”菜單中設(shè)定“系統(tǒng)參數(shù)”，將“屏幕參數(shù)”中的“屏幕區(qū)數(shù)”設(shè)定為“2”，然后返回主菜單。鉆孔注滿水，以水為耦合劑；將換能器放入測孔中，點擊“采樣”功能鍵，即可進(jìn)行測試，根據(jù)屏幕上的波形，調(diào)整“采樣間隔”、“延遲時間”、“發(fā)射脈寬”以及“放大倍數(shù)”等參數(shù)，以求獲得理想的波形曲線。然后貯存測試數(shù)據(jù)。按設(shè)定的步長從上至下移動換能器，可采集“波幅”和“主頻”參數(shù)，并進(jìn)行頻譜分析；整個孔測試完畢后，關(guān)機(jī)并拔掉換能器電纜插頭，儀器裝箱。五．資料整理記錄測試深度與所測得的波速值，見下表5-1-1和圖5-1-2

表5-1-1聲波測井?dāng)?shù)據(jù)記錄表孔深(m)波速(m/s)孔深(m)波速(m/s)孔深(m)波速(m/s)孔深(m)波速(m/s)孔深(m)波速(m/s)6.013.420.828.235.66.213.621.028.435.86.413.821.228.636.06.614.021.428.836.26.814.221.629.036.47.014.421.829.236.67.214.622.029.436.87.414.822.229.637.07.615.022.429.837.27.815.222.630.037.48.015.422.830.237.68.215.623.030.437.88.415.823.230.638.08.616.023.430.838.28.816.223.631.038.49.016.423.831.238.69.216.624.031.438.89.416.824.231.639.09.617.024.431.839.29.817.224.632.039.410.017.424.832.239.610.217.625.032.439.810.417.825.232.640.010.618.025.432.840.210.818.225.633.040.411.018.425.833.240.611.218.626.033.440.811.418.826.233.641.011.619.026.433.841.211.819.226.634.041.412.019.426.834.241.612.219.627.034.441.812.419.827.234.642.012.620.027.434.842.412.820.227.635.042.613.020.427.835.242.813.220.628.035.443.0圖5-1-2：深度與波速曲線六.試驗結(jié)果分析波速與孔深曲線中波速波動的原因：不同的巖性會產(chǎn)生大的波速的波動，同種巖性的巖體中由于巖石的不均勻性而使波速產(chǎn)生波動；儀器自動判斷首波時的差別：同一種巖性的巖石中，首波強(qiáng)度可能不同，波幅超過門限的則被認(rèn)為是首波，波幅沒有超過門限則被跳過去。這樣在同一種巖性的巖石中測量時波的時強(qiáng)時弱的變化使聲時不同，計算出的波速則會不同。影響試驗結(jié)果精度的因素有：1)耦合劑的影響：測井測得的彈性波在所測巖體中傳播的時間應(yīng)滿足tVL/V的條件，當(dāng)不滿足這一條件時，必須設(shè)法降低測耦合劑井液中的波速。儀器參數(shù)調(diào)整的影響：測試時前幾個點應(yīng)注意調(diào)整放大倍數(shù)、延遲時間、采樣間隔、門限、基線等參數(shù)，以達(dá)到比較理想的參數(shù)，在同一種巖性中可利用調(diào)整好的參數(shù)測量，改變巖性后則要調(diào)整參數(shù)以重新獲得理想的參數(shù)。當(dāng)參數(shù)調(diào)整不好時，就不能讀出比較準(zhǔn)確的波速。雜波的影響：若試驗時雜波很大，則可能會被儀器接收下來，而認(rèn)為是有效波，測試結(jié)果就不真實了。第二節(jié)圍巖松動圈測定一．實驗?zāi)康膽?yīng)用聲波探測技術(shù)探測由于應(yīng)力重分布而引進(jìn)的圍巖松動圈的范圍，為硐室支護(hù)提供重要依據(jù)。二．試驗原理巖體與其他介質(zhì)一樣，當(dāng)彈性波通過巖體時要發(fā)生幾何衰減和物理衰減。巖體中不同力學(xué)性質(zhì)的結(jié)構(gòu)面?zhèn)鞑ヂ暡〞r要發(fā)生繞射、折射和熱損耗，使彈性波能量不斷得到衰減而造成波速降低。彈性波的速度和巖體的聲學(xué)特征有關(guān)，它取決于巖石或巖體的動彈性模量E、泊d松比p及密度p。巖體中縱波波速可表示為：dE（1—卩）V= ddpP（1+卩）（1-2卩）

d d硐室圍巖處在重分布應(yīng)力狀態(tài)之中，在重分布應(yīng)力作用下其動彈性模量E、動泊松比p以及密度p值都發(fā)生變化。和的改變導(dǎo)致巖dd體中縱波波速的變化。當(dāng)圍巖中應(yīng)力集中即應(yīng)力較高時，其波速相對較大，而在應(yīng)力松弛的低應(yīng)力區(qū)中巖體的波速相對降低。根據(jù)這個原理，對硐室圍巖的松動圈進(jìn)行聲波波速測試，然后結(jié)合圍巖的工程地質(zhì)條件對測得的巖體波速進(jìn)行分析，確定圍巖是否產(chǎn)生松動及松動圈的范圍。三．儀器設(shè)備聲波儀一臺；圓管式換能器，采用跨孔測試時，接收和發(fā)射器各一個；標(biāo)有長度刻度的測量桿，若干米；注水設(shè)備；止水設(shè)備。四.試驗步驟（一）試驗準(zhǔn)備首先選擇有代表性的圍巖硐段，在硐的橫剖面方向各打一組U40mm鉆孔，分布在邊墻，頂拱和拱角等部位。每個測點可打2—3個測孔。孔間距離視巖體完整情況而定，完整巖石可相距1—2m，破碎巖本可0.5—1.0m。每個測量剖面一般可打10—15個測孔，當(dāng)跨度較大可適當(dāng)增加孔數(shù)量。測孔深度應(yīng)根據(jù)硐室圍巖的巖性、完整程度、地應(yīng)力大小、硐室斷面等因素而定，一般應(yīng)穿過重分布應(yīng)力區(qū)，深入到巖體的天然應(yīng)力區(qū)內(nèi)的一段距離。向測孔內(nèi)注水，注滿測孔為止。（二）開始試驗將聲波儀與換能器實行正確連接，若發(fā)射和接收換能器有標(biāo)記時，不可互用。正確接通電源，若用外接電源，注意一定不能正、負(fù)極接反，否則會燒壞儀器。開機(jī)并設(shè)定測試參數(shù)，根據(jù)硐室圍巖地質(zhì)情況選擇發(fā)射脈寬及發(fā)射電壓，圍巖較完整時可選擇較小脈寬及低電壓，否則選用大脈寬及高電壓。先將發(fā)射及接收換能器插入測孔內(nèi)并注入耦合水，進(jìn)行“采樣”后，顯示屏出現(xiàn)波形，調(diào)整“采樣間隔”及“掃描延時”及“放大倍數(shù)”，使波形穩(wěn)定。將換能器從測孔中拔出，測孔中重新注水，然后從孔口向里每隔20cm進(jìn)尺，測讀聲時。測試過程中，應(yīng)始終保持測孔中注滿水，因為水是控頭與孔壁巖體間的耦合劑。待整個測孔測試完畢后，不拔出測桿和探頭，用軟盤沿測桿測量孔的產(chǎn)狀，即測孔的方位角和傾角，記下兩測孔之間的方位角差(a)和傾角差(丫)及孔口距離(s)。測試結(jié)束后，拔出探頭及測桿，按上述步驟，測試不同方向分布的其它測孔。五．試驗數(shù)據(jù)及處理本次試驗選擇測點一個，共三個測孔，分布如圖4-2-11號孑L\]< 53.3mm 廠2號孔3號孔°圖4-2-1.測點分布圖由圖知：①②號孔的方位角差a為2°,傾角差丫為4°:①③號孔12的方位角差a為2°,傾角差丫為2°。1313按以下修正公式對孔距進(jìn)行修正：S=\：(S'+\：Z2+Lcos2y-2Lcosycosa)++Lsin2y式中：S為修正測距；S'為孔口距離；L為測試深度。

由式：V SP計算縱波波速，其中t為縱波聲時。試驗數(shù)據(jù)記錄pt pp及計算結(jié)果見表5-2-1：表5-2-1硐室圍巖松動圈測試記錄表方位角差a:測孔號：1-2號孔方位角差a:測孔號：1-3號孔傾角差、(:孔口間距：53.3mm傾角差Y：孔口間距：48.0mm孔深L/m距離S/cm聲時t/》sp波速V/m/sp孔深L/m距離S/cm聲時t/》sp波速V/m/sp根據(jù)上表所計算得的波速，繪制縱波波速V與測點深度L的關(guān)系曲p線（見圖5-2-2）分析圖中曲線可知：S1和S2之間的巖體的完整性受開挖爆破和應(yīng)力集中影響較小。故可將其視為在彈性范圍內(nèi)沒有塑性松動區(qū)得巖體。S1和S3硐口縱波波速較小，塑區(qū)松動區(qū)，厚度為）.3m。隨深度增加波速不再有明顯增加，為天然應(yīng)力區(qū)。1-1-sin申2sin申(o+c-cot申)(1一sin申)oP+c-cot申式中：a式中：R—硐室半徑，取值為lm；0O—天然應(yīng)力，取值為500KPa；0U—結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角，取值為25°；c—結(jié)構(gòu)面內(nèi)聚力，取值為100kPa；P—硐室支護(hù)反力，取值為0。代入數(shù)值得：R為1.5634m。1影響試驗結(jié)果精度的因素：試驗點需選取具有代表性的試點，盡可能地反映硐室圍巖的特征，如不能選取具有代表性的試點，則不能得到與實際情形想近的試驗結(jié)果，最終給工程帶來損失；波形判讀時參數(shù)調(diào)整的影響：在巖體中測波速，波形比較復(fù)雜，有時候儀器自動判讀的數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，需人工根據(jù)波形情況進(jìn)行調(diào)整，這時會產(chǎn)生由于參數(shù)的選取不同、首波波形判讀的不同而帶來的差別。第六章圍巖的收斂變形試驗第六章圍巖的收斂變形試驗試驗?zāi)康闹苓呂灰飘a(chǎn)生的變形是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化最直觀的反映，測量周邊位移可謂判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠地信息。根據(jù)變形速率判斷隧道圍巖穩(wěn)定程度，為二次砌襯提供合理的支護(hù)時間。指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)計和施工。試驗原理圍巖同一斷面會隨著時間的增長還產(chǎn)生位移，故使用收斂計測量其間的位移，由于不同時間的位移不同，可以根據(jù)需要讀出某兩歌時間的位移。計算其差值為其時間間隔的位移量，在比上時間為其變形的速率。試驗儀器設(shè)備KM-1型收斂計，主要由連接，測力，測距，三部分組成。試驗步驟設(shè)置監(jiān)測斷面，最好靠近工作斷面設(shè)置，但不宜太緊（避免別斷面處碎石破壞到測試點）也不宜太遠(yuǎn)否則會漏掉該測量斷面的位移值。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，測點應(yīng)在開挖面2米范圍內(nèi)安設(shè)，并保證爆破后20h內(nèi)火下一次爆破前側(cè)初次讀數(shù)。斷面間隔應(yīng)根據(jù)相關(guān)工程規(guī)范和其屬于的圍巖類別進(jìn)行設(shè)置。測點的安設(shè)和測線的布置，在全面開挖時一般設(shè)置5個點，四條線如圖6-1所示測點盡量滿足五個點在同一垂直平面1號和2號，5號和4號在以同一水平線上3號在拱頂中央。1.2號在起拱線附近，4.5號在施工地面1.5m左右。測量頻度可根據(jù)具體工程特點和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)定。然后按規(guī)定的事件頻度進(jìn)行測量試驗數(shù)據(jù)整理測量數(shù)據(jù)如表6-1所示,根據(jù)表6-1可畫出圍巖收斂S-1曲線圖（圖6-1）,S為累計收斂值。由S-1曲線圖（見6-2）可知：圍巖在32天后趨于穩(wěn)定，此時根據(jù)適時支護(hù)”原理,需要采取支護(hù)措適。

表6-1圍巖收斂B組數(shù)據(jù)收斂B組累計時間(天)測試日期尺孔長度(m)溫度(°C)讀數(shù)值(mm)修正值(mm)每次變形(mm)累計變形(mm)測試點距掌子面的距離(米)07.225.75018.428.4328.4328.4328.70006.517.235.75021.227.3427.1027.3327.321.381.389.227.245.75017.521.3921.5721.5021.822.503.9611.537.255.75016.821.7421.4921.3721.930.114.7711.54尺孔拉穿，暫停測量5尺孔拉穿，暫停測量67.285.70016.025.5325.4325.4325.910.555.3277.295.7017.325.5325.5525.4225.850.065.468收斂環(huán)損壞9重新埋設(shè)收斂環(huán)118.25.87518.56.896.426.987.030.475.93128.35.87518.37.597.387.567.790.766.0713-16換收斂計178.85.75017.611.6911.7211.7012.030.106.1735.5188.95.75018.111.4811.4911.5011.7800.66.23鋼環(huán)被壓扁，重置198.105.75015.07.897.907.648.340.036.26218.125.75017.212.2012.1512.1512.530.056.31鋼環(huán)拉直228.135.60017.01.241.251.261.620.016.32重新布環(huán)248.155.60015.91.161.251.281.680.066.33298.205.60017.31.511.541.571.890.216.36第七章地下硐室的圍巖分類一．試驗?zāi)康乃淼兰案黝惖叵麻_挖工程（硐室）的圍巖由于巖石（巖性）、巖體結(jié)構(gòu)特征、地質(zhì)構(gòu)造、地下水以及地應(yīng)力作用、風(fēng)化作用等地質(zhì)條件上復(fù)雜變化，使得圍巖巖體的質(zhì)量及工程地質(zhì)性質(zhì)各不相同，甚至差別懸殊，因而也使圍巖的穩(wěn)定性存在差別。從工程設(shè)計及施工的需要出發(fā)，有必要對圍巖的質(zhì)量及穩(wěn)定性進(jìn)行工程地質(zhì)分類。這種圍巖分類是經(jīng)濟(jì)有效地對圍巖進(jìn)行支護(hù)襯砌設(shè)計的重要依據(jù)，也是指導(dǎo)施工，保障施工安全并順利進(jìn)展的先決條件。聲波測試的應(yīng)用，使得圍巖分類由依賴于定性走向定量化，建立在系列化量化指標(biāo)基礎(chǔ)上的工程巖體分類更加科學(xué)合理，使工程建設(shè)科學(xué)決策、優(yōu)化設(shè)計、安全施工、效益經(jīng)濟(jì)。二．試驗原理聲波（彈性波）在巖體中傳播時，其速度、振幅頻率、波形等聲學(xué)特征對巖體的巖性、結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度、風(fēng)化及應(yīng)力情況有比較靈敏的反映。巖體愈堅硬、完整、新鮮、地應(yīng)力越高，巖體波速愈高，反之亦反。目前在巖體分類的聲測中主要聲學(xué)指標(biāo)是聲波波速，根據(jù)波速可以計算出一系列分類指標(biāo)，如巖體的完整性系數(shù)K，動彈性模v量巖體風(fēng)華系數(shù)、巖石濕潤系數(shù)等。三．儀器設(shè)備巖體分類的主要聲測儀器是聲波檢測儀和喇叭式換能器。

1）螺栓；21）螺栓；3）屏蔽罩4）配重；5）鎖環(huán)；6）輻射體圖7-1喇叭式夾心換能器四．試驗步驟（一）.試驗準(zhǔn)備測試前根據(jù)巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、巖體結(jié)構(gòu)及風(fēng)化程度等地質(zhì)情況，將巖體分成有代表性地段。然后根據(jù)典型的范圍，確定測點數(shù)量及間距。（二）.開始試驗1.對于較松散的巖體，應(yīng)采用外觸發(fā)發(fā)射方式，而較完整、新鮮的巖體，可采用脈沖發(fā)射方式；采用脈沖發(fā)射方式時，對巖體的測試應(yīng)選擇大功率、低頻率的換能器，而測試巖石時要選擇小功率、高頻率的換能器；將聲波儀與換能器實行正確連接，開機(jī)預(yù)熱；在“參數(shù)”菜單中將“模式”設(shè)定為“測砼強(qiáng)度”，輸入文件名和“收發(fā)間距”，然后返回主菜單；在“狀態(tài)”菜單中設(shè)定“系統(tǒng)參數(shù)”，將“屏幕參數(shù)”中“屏幕區(qū)數(shù)”設(shè)定為“1”，然后返回主菜單；將黃油作為耦合劑涂抹在換能器前表面上，然后將換能器與巖體表面緊密接觸；兩個換能器之間的距離：測試巖體波速時大于20cm；測試巖塊波速時小于10cm，遇到裂隙密集和軟弱巖體時其間距可近些；點擊“采樣”功能鍵，即可進(jìn)行測試，根據(jù)屏幕上的波形，調(diào)整“采樣間隔”、“延遲時間”、“發(fā)射脈寬”以及“放大倍數(shù)”等參數(shù)，以求獲得理想的波形圖象。用尺子量取發(fā)射與接收換能器之間的距離，輸入聲波儀，計算出波速；按上述步驟7—9逐點進(jìn)行測量，并做測試記錄；在各典型地段采取完整巖石，測試其波速，以便計算各種參數(shù)。五．資料整理試驗記錄表如下表7-1;.按下列公式計算巖體縱波波速和橫波波速：V色ptV=Ist

s.按下列公式計算巖體的完整性系數(shù)VK=(—pm)2vVpr.下列公式計算巖體(巖石)的動泊松比和動彈性模量V2—2V2卩=p2(V2—V2)psTOC\o"1-5"\h\zP2(1+卩)(1一當(dāng)K〉0.04O+0.4時，按K=當(dāng)K〉0.04O+0.4時，按K=0.04O+0.4進(jìn)行計算。v cw v cwdgp 1—d.按照我國《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》(GB50218—94)，按下式計算巖石的抗壓強(qiáng)度：\o"CurrentDocument"b=22.821 0-75c s(50).按照我國《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》(GB50218—94)，按下式計算巖石基本質(zhì)量指標(biāo)BQ:BQ=90+3R+250Kcv式中：BQ—巖石基本質(zhì)量指標(biāo)R—巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度(MPa)cK—巖體完整性系數(shù)v注意：使用本公式時，應(yīng)遵照下列條件：當(dāng)O〉90K+30時，按O=90K+30進(jìn)行計算；cwv cwv

回彈記錄表7-1、實驗記錄表7-2點號傾角平均Na修正值A(chǔ)Na平均回彈值NO12425.3-2.223.1322-630.21.231.446.532042.5-1.241.37842335.3-1.833.552.553426.8-2.923.933.561634.6-1.333.351.674157.7-2.355.4160.085053.8-2.851.0128.69-3252.51.353.8146.4測占八、、編號測點位置(m)巖性收發(fā)間距L(cm)彈性波走時縱波波速Vp(km/s)平均Vp橫波波速Vs(km/s)平均VsKvMEd(Mpa)修正RcBQK1K2K3修正后的BQ巖體分級t(us)t(us)140砂巖44.5107.9189.34.1243.3072.3511.8890.4790.2582300.030146.46490.00.40609I28106.8172.82.6221.62032.5102.4191.53.1741.697235砂3795.8179.43.8623.0962.0621.6970.4200.2851896.422128.65810.00.30551I31138.7239.92.2351.292巖2681.5149.73.1901.737330砂2792.5168.42.9193.0721.6031.6740.4130.2891850.1151606730.00.30643I3097.6181.33.0741.655巖33102.4187.13.2231.764425安山巖22.552.993.64.2534.2692.4042.3670.7990.2783668.87751.64440.10.30404m2767.2121.14.0182.2302555.1101.34.5372.468520安山巖3188.1160.73.5193.3011.9291.7970.7100.2892132.64833.53680.10.30328閃32118.92192.6911.46124651203.6922.000615安山巖2671.61313.6313.3281.9851.8180.7220.2872179.43552.54280.10.30388m2166.11203.1771.7502166.1122.23.1771.718710安山巖22100.2182.72.1962.0941.2041.1190.2860.300833.742783950.10.30355m2499.1187.12.4221.28322132.1253.11.6650.86985安山巖2152.9983.9703.4052.1431.8680.7560.2852296.69246.54180.10.30378m2263.9118.93.4431.8502589.2155.22.8031.611第八章路基沉降觀測試驗一.實驗?zāi)康碾S著對道橋等各項建筑工程的要求不斷的提高，工程基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和變形等各方面引起技術(shù)人員的高度重視。而在修建道路以及邊坡大壩的工程項目中，其地基的沉降無疑是各個方面的重中之重。因此，為防止因地基的不均勻沉降而影響工程的施工進(jìn)程及以后的使用，即防止因沉降引起的變形過大而造成的建筑構(gòu)件斷裂，失穩(wěn)倒塌等破壞，在工程開始及在以后的使用過程中都要進(jìn)行沉降觀測，以保證其安全性。一.試驗原理在預(yù)先在工程項目的地基鉆孔中的不同深度按置沉降環(huán)（其上只有磁環(huán)，使探頭順著鉆孔向下移動，由于鉆頭上置也有磁鐵，在下移動過程中兩個磁鐵感應(yīng)而發(fā)出警報來提示你進(jìn)行讀數(shù)，對于同一個點在時間A和時間B所讀出的數(shù)值不同，兩點的差值即為該點的沉降值。實驗儀器設(shè)備沉降環(huán)：（包括磁環(huán)，探頭，軸桿，測量尺-用于讀數(shù)值）試驗步驟在需要沉降觀測的地點進(jìn)行沉降點布置。地面水準(zhǔn)點每隔200米布一個；監(jiān)測斷面中，對于軟土地基每隔100-200布置點，非軟土每隔500-1000布置一個；每個斷面布置3個監(jiān)測點。在每個點的位置埋置沉降環(huán)。實驗前的準(zhǔn)備：包括清理場地，連接電源，檢查設(shè)備儀器是否可以正常使用等。進(jìn)行試驗：將電源全部連接正確后開始試驗。首先，將探頭緩慢勻速的向鉆孔中放置，當(dāng)發(fā)出穩(wěn)定警報聲后方可讀數(shù)（繼續(xù)向下移動過程中不多讀取數(shù)據(jù)直至底部）；然后使探頭向上移動，還是有穩(wěn)定的警報聲讀數(shù)