岩体原位测试

1、岩体的原位测试内容内容 1 1 概述概述 2 2 岩体变形实验岩体变形实验l 2.1 2.1 承压板实验承压板实验l 2.2 2.2 钻孔变形法钻孔变形法l 2.3 2.3 狭缝法狭缝法 3 3 岩体强度实验岩体强度实验l 3.1 3.1 直剪试验直剪试验l 3.2 3.2 三轴试验三轴试验1 概述 岩体岩体原位测试是在现场制备试件模拟工程作用对岩体施原位测试是在现场制备试件模拟工程作用对岩体施加外荷载，进而求取岩体力学参数的试验方法，是岩土工程加外荷载，进而求取岩体力学参数的试验方法，是岩土工程勘察的重要手段之一。岩体原位测试的最大优点是对岩体扰勘察的重要手段之一。岩体原位测试的最大优点是对

2、岩体扰动小，动小，尽可能地保持了岩体的天然结构和环境状态尽可能地保持了岩体的天然结构和环境状态，使测出，使测出的岩体力学参数直观、准确；其缺点是试验的岩体力学参数直观、准确；其缺点是试验设备笨重、操作设备笨重、操作复杂、工期长、费用高复杂、工期长、费用高。另外，原位测试的试件与工程岩体。另外，原位测试的试件与工程岩体相比，其尺寸还是小得多，所测参数也只能代表一定范围内相比，其尺寸还是小得多，所测参数也只能代表一定范围内的岩体力学性质。因此，要取得整个工程岩体的力学参数，的岩体力学性质。因此，要取得整个工程岩体的力学参数，必须有一定数量试件的试验数据用统计方法求得。必须有一定数量试件的试验数据用

3、统计方法求得。 岩体变形参数测试方法有岩体变形参数测试方法有静力法静力法和和动力法动力法两种。两种。 静力法的基本原理是：在选定的岩体表面、槽壁静力法的基本原理是：在选定的岩体表面、槽壁或钻孔壁面上施加一定的荷载，并测定其变形；然或钻孔壁面上施加一定的荷载，并测定其变形；然后绘制出压力后绘制出压力- -变形曲线，计算岩体的变形参数。据变形曲线，计算岩体的变形参数。据其方法不同，静力法又可分为承压板法、狭缝法、其方法不同，静力法又可分为承压板法、狭缝法、钻孔变形法及水压法等。钻孔变形法及水压法等。 2 岩体变形测试2.1 承压板法 承压板法又分为承压板法又分为刚性承压板法刚性承压板法和和柔性承压

4、板法柔性承压板法。刚性承压板法试。刚性承压板法试验通常是在平巷中进行，其装置如验通常是在平巷中进行，其装置如图图1 1所示。先在选择好的具有代表所示。先在选择好的具有代表性的岩面上清楚浮石，平整岩面。性的岩面上清楚浮石，平整岩面。然后依次装上承压板、千斤顶、传然后依次装上承压板、千斤顶、传立柱和变形量表。将洞顶作为反力立柱和变形量表。将洞顶作为反力装置，通过油压千斤顶对岩面施加装置，通过油压千斤顶对岩面施加荷载，并用百分表测试岩体变形值。荷载，并用百分表测试岩体变形值。图图1 承压板变形试验装置示意图承压板变形试验装置示意图2.1 承压板法 试验时，先将预定的最大荷载分为若干级，采用逐级一次试

5、验时，先将预定的最大荷载分为若干级，采用逐级一次循环法加压。在加压过程中，同时测记各级压力（循环法加压。在加压过程中，同时测记各级压力（p）下的岩）下的岩体变形值（体变形值（W），绘制），绘制p-W曲线（图曲线（图2）。通过某级压力下的）。通过某级压力下的变形值，用如下的布西涅斯克公式计算岩体的变形模量变形值，用如下的布西涅斯克公式计算岩体的变形模量Em (MPa)和弹性模量和弹性模量Eme (MPa):图图2 2 岩体岩体p-Wp-W曲线曲线WpDEmm)1 (2emmeWpDE)1 (2式中式中：p：承压板上单位面积压力：承压板上单位面积压力, MPa, MPa；D：承压：承压板的直径或边

6、长，板的直径或边长，cmcm； W、 We ：分别为相应于：分别为相应于p下下的岩体总变形和弹性变形，的岩体总变形和弹性变形，cmcm；：与承压板形状、：与承压板形状、刚度有关的系数。对于圆形板刚度有关的系数。对于圆形板=0.785=0.785；对于方形；对于方形板板=0.886=0.886；m为岩体的泊松比。为岩体的泊松比。2.2 钻孔变形法钻孔变形法是利用钻孔膨胀计等设备，通过水泵对一定长度的钻孔壁钻孔变形法是利用钻孔膨胀计等设备，通过水泵对一定长度的钻孔壁施加均匀的径向载荷施加均匀的径向载荷(图图3)，同时测记各级压力下的径向变形，同时测记各级压力下的径向变形U。利用厚壁。利用厚壁筒理论

7、可推导出岩体的变形模量筒理论可推导出岩体的变形模量Em(MPa)与与U的关系为：的关系为：图图3 3 钻孔变形试验装置示意图钻孔变形试验装置示意图式中：式中：d钻孔直径钻孔直径( (cm) )； p压力压力( (MPa) )； 其余符号意义同前。其余符号意义同前。(1)mmdpEU与承压板法相比较，与承压板法相比较，钻孔变形法的优点是钻孔变形法的优点是： 对岩体扰动小。对岩体扰动小。 可以在地下水位以下和较深的部位进行。可以在地下水位以下和较深的部位进行。 试验方向基本不受限制，且试验压力可以达到很大。试验方向基本不受限制，且试验压力可以达到很大。 在一次试验中可以同时量测几个不同方向的变形，

8、便于在一次试验中可以同时量测几个不同方向的变形，便于研究岩体的各向异性。研究岩体的各向异性。 其主要缺点是试验涉及的岩体体积较小。该方法较适合于软岩或半坚硬岩体。 2.3 狭缝法狭缝法又称狭缝扁千斤顶法，是在选定的岩体表面狭缝法又称狭缝扁千斤顶法，是在选定的岩体表面刻槽，然后在槽内安装扁千斤顶（压力枕）进行试验刻槽，然后在槽内安装扁千斤顶（压力枕）进行试验（图（图4 4）。试验时，利用油泵和千斤顶对槽壁岩体分级）。试验时，利用油泵和千斤顶对槽壁岩体分级施加法向压力，同时利用百分表测记相应压力下的变施加法向压力，同时利用百分表测记相应压力下的变形值形值WR。岩体的变形模量。岩体的变形模量Em(M

9、Pa) 按下式计算：按下式计算：式中，式中，p为作用于刻槽壁为作用于刻槽壁上的压力，上的压力，Mpa；WR为测量为测量点点A1、A2的相对位移，的相对位移，cm；WR=y2-y1, y2、y1 为为A1、A2 的绝对值位移，的绝对值位移，cm。1212(1)(tantan)(1)(sin2sin2)2mmmRplEW图图4 相对变形计算示意图相对变形计算示意图图图5狭缝法式验示意图狭缝法式验示意图3 岩体强度试验岩体的强度参数是工程岩体破坏机理分析及稳定性计算岩体的强度参数是工程岩体破坏机理分析及稳定性计算不可缺少的参数，目前主要依据现场岩体力学试验求得。不可缺少的参数，目前主要依据现场岩体力

10、学试验求得。特别是在一些大型工程的详勘阶段，大型岩体力学试验占特别是在一些大型工程的详勘阶段，大型岩体力学试验占有很重要的地位，是主要的勘察手段。有很重要的地位，是主要的勘察手段。 原位岩体强度试验主要有原位岩体强度试验主要有直剪试验、直剪试验、单轴和单轴和三轴抗压试三轴抗压试验验等。由于原位岩体试验考虑了岩体结构及其结构面的影等。由于原位岩体试验考虑了岩体结构及其结构面的影响，因此其试验成果较室内岩块试验更符合实际。响，因此其试验成果较室内岩块试验更符合实际。 该方法是在平巷中制备试件，并以两个千斤顶分别在该方法是在平巷中制备试件，并以两个千斤顶分别在垂直和水平方向施加外力而进行试验。试验时

11、，先施加垂垂直和水平方向施加外力而进行试验。试验时，先施加垂直荷载，待其变形稳定后，再逐级施加水平建立直至试件直荷载，待其变形稳定后，再逐级施加水平建立直至试件劈坏。劈坏。 通过试验可获取如下资料：岩体剪应力通过试验可获取如下资料：岩体剪应力()-剪位移剪位移(u)曲线及法向应力曲线及法向应力() 法向变形法向变形(W)曲线。剪切强度曲线曲线。剪切强度曲线及岩体剪切强度参数及岩体剪切强度参数Cm、m值。值。3.1 直剪试验 岩体本身抗剪强度试验安装示意图岩体本身抗剪强度试验安装示意图 1砂浆顶板；砂浆顶板；2 钢板；钢板；3 传力柱；传力柱；4 压力表；压力表；5 液压千斤顶；液压千斤顶；6滚轴排；滚轴排；7 混凝土后座；混凝土后座；8 斜垫板；斜垫板；9 钢筋混凝土保护罩钢筋混凝土保护罩 抗剪强度试验实物图抗剪强度试验实物图基本原理基本原理 原位岩体三轴试验一般是在平硐中进行的，即在平硐原位岩体三轴试验一般是在平硐中进行的，即在平硐中加工试件，并施加三向压力，然后根据莫尔理论求岩体中加工试件，并施加三向压力，然后根据莫尔理论求岩体的抗压强度及