7-岩体变形测试幻灯片

岩体变形测试普遍性：岩体中建造各种工程（边坡、地下空间和建筑物基础）都会改变原岩应力场，同时引起岩体变形岩体变形测量：包括应变测量和位移测量应变测量：第四章内容，比较困难，多在研究中使用位移测量：本章内容，容易，广泛应用位移测量特点和应用方法特点：位移(变形)监测方法简单，精度高结果直观、综合反映岩体状态在工程中占据主要位置应用安全监测：用于分析变形发展规律，掌握围岩所处的状态，预测围岩发展趋势，评价岩体稳定性（趋于稳定还是有失稳隐患），对安全性作出判断，如有问题，及时发现，以避免或减少不安全带来的损失施工监测，信息化施工：用于指导下一步的施工开挖和支护等工作、检验支护效果设计研究：用于位移反分析，验证理论7.1位移测量分类表面位移测量(表面收敛、沉降)地面工程：边坡、大坝变形、基础沉降、裂纹扩展使用仪器：表面位移测量仪器包括大地测量光学仪器和各种位移计（如经纬仪、水准仪、电子测距仪、激光准直仪）地下工程：峒室、隧道、巷道等表面(相对位移测量)

使用仪器：收敛计内部位移测量(钻孔位移法)指岩体内部的位移测量

使用仪器：钻孔位移计倾斜测量—水平倾斜和垂直倾斜测量钻孔中测量斜倾—测斜仪地表测量倾斜—倾斜仪7.2收敛位移测量收敛位移—地下隧洞周边或结构物内部净空尺寸的变化收敛位移是判断围岩稳定性的比较直观和明确的指标7.2.1收敛测量仪表

收敛计(ConvergenceGauge)是最常用的仪器（1）杆式收敛计（2）带式收敛计（3）丝式收敛计

收敛计分类

按两测点之间的连接方式分（1）带式收敛计：如QJ-85型收敛计，钢带长度有15m和30m。最常用（2）杆式收敛计：如GY-1型杆式收敛计，它的精度为0.04mm，量程为25mm，用于小跨度洞室测量（3）丝式收敛计：连接收敛计两测点的钢丝用热稳定很好的铟钢丝做成，测量精度较高，但价格也高，用大跨度洞室测量按所用位移传感器分机械、电阻、电容、电感、振弦收敛计带式收敛仪样本技术参数

测量跨度：15，30m重复性：±0.127mm尺寸：533×254×127mm7.2.2收敛位移测量步骤测点结构通常是向围岩打直径40mm，深为250mm的小孔，孔中注入水泥砂浆，然后把球铰支座插入初读数测点埋设后，安装收敛计，调整钢尺拉力，待钢尺平稳后，测取相对两点距离的初读数。每条测线应量测三次，取其平均值中间读数每隔一定时间测量一次，收敛值是间隔时间内的位移相对变化量记录将测点号、测线长、环境温度及操作人员等记录在表格内测点保护，防止被损坏测点布置依据工程断面大小，选择3个或多个测点布置在同一断面内，组成闭合的三角形7.2.3收敛位移计算和成果整理

位移量计算问题实际需要测点水平（x）和垂直（y）相对位移收敛测量得到的是两固定点联线方向上的相对位移工程计算方法以单一闭合三角形为例说明计算方法收敛值测量和计算简图收敛位移测量计算1工程中一般假设：(1)围岩变形均发生在与巷道轴线相垂直的断面内(2)顶点A只有竖向位移，横向位移很小，即认为ΔAx＝0；(3)侧帮上两测点B和C处在同一水平上，两点的竖向位移分量忽略不计，即ΔBy＝0，ΔCy＝0。在测量中需求出的未知量是ΔAY、ΔBx、ΔCx计算中规定向巷道内位移为正收敛测量数据如下：初始基线长度：a1、b1、c1任意时刻的基线长度为：at、bt、ct收敛位移测量计算2A、B、C三点移动后所构成的三角形仍是闭合时按假设：AD垂直BC，且D点为不动点．它到各测点的距离分别为h、xb和xc。根据勾股定理有同理求出t时刻的收敛位移测量成果整理测量结果根据测量结果绘成u—t曲线以显示位移变化规律作出变化速度和加速度

于是各点位移为7.3钻孔孔位移测量钻孔位移测量是指沿钻孔轴线方向测量岩体内部相对位移的测量

7.3.1钻孔测量仪器钻孔伸长计Boreholeextensometers

钻孔伸长计组成和工作原理测点锚固装置使测杆的一端与围岩牢固结合在一起，保证它们具有相同的位移锚固方式有注浆式、涨壳式、油压式等测杆(丝)测杆一端锚在围岩上，另一端自由，将锚固点的位移传递至孔口（参考点）测读装置测读装置的外壳固定在孔口的洞壁上，测量头顶在测杆自由端上机械式位移计：如千分表、百分表电测式位移计：如电阻式、电感式、振弦式、差动变压器式钻孔位移计图环式锚头多点位移计样本技术参数

标准量程达300mm最小读数0.025mm钻孔直径38～76mm最大孔深50m7.3.2钻孔位移步骤根据测试目的要求布置钻孔一个测试断面内孔数不少于3个，钻孔深度2～l0m，每个孔中测点不少于3个钻孔孔径大小取决于位移计结构和测点数目，通常为φ40~φ120mm打好的钻孔要经过清洗和检查，孔深、孔径要符合要求，并记录钻孔岩性的变化安装位移计测量出各个测点的实际位置位移计全部安装完毕，测取初读数保护孔口测读装置测试钻孔布置7.3.3钻孔位移计算与数据整理位移计算由孔口测得各测点的数据，是各点与孔口之间的相对位移孔内A点的绝对位移为uA，巷道表面(孔口)位移uF＞uA孔口上实际测得的A点位移(相对位移)为uxA（读数）；即

同样，孔中B、C、D各点观测值为钻孔测量数据整理当钻孔足够深，超出应力影响范围以外，认为uA＝0时，则可计算各测点的绝对位移为方便计，规定向巷道内位移为正，向围岩方向位移为负测试数据整理绘出各测点的u—t曲线计算时间变化率7.4位移测试结果与应用位移测试成果是围岩位移的时空分布结果成果应用理论研究（例如用于位移反分析法）动态设计信息化施工中评价岩体稳定性和支护效果7.4.1岩体变形特征变形机理岩体变形包括组成岩体骨格的岩块变形和结构面的变形两种一般岩块变形以弹性变形为主，且占总变形量比例较小结构面的变形占很大比例，构成了粘塑性变形的主要部分对于节理的蠕变，主要是剪切流变，并且与节理面的粗糙度有关根据大量岩土工程的位移观测，位移变形一般具备以下三类

岩体变形类型

(3)岩土在恒定荷载作用下变形随时间不断增加，直至岩石破坏流变曲线可分三个阶段，在流变初始阶段，流变速度随时间递减，逐步过渡到稳定流变阶段；在稳定流变阶段，流变速率随时间不变；当流变的总变形量达到某一数值后，岩石内形成滑动面，并且流变速率迅速增加，最后发展到岩石破坏，如页岩。(1)荷载施加后，位移很小，随后变形量不再增加如花岗岩，这类岩体工程中只要保证其强度指标满足要求，不会造成工程后患(2)岩土受荷载后，开始变形增长较快，一定时间后变形趋于稳定如砂岩，稳定后的变形量可能比初始变形量(即t=0时瞬时弹性变形量)增大40%7.4.2位移测试结果与应用依据测试结果可以给出如下信息得到断面内围岩位移分布，直观判断围岩状态用位移量、位移变化进度、位移稳定时间等物理量可判断围岩状态位移量大小是选择支护型式的重要依据之一位移变化速度反映了围岩动态变化位移稳定时间则表明围岩所具有的自稳能力在岩石工程设计或施工管理应用例如：在选择支架、确定围岩松动范围、确定二次支护时间以及判断岩稳定性等方面应用例子1—新奥法原因施工中开挖卸载使围岩径向应力降至零，伴随着大量回弹能释放，岩体质点向临空面方向移动若设置刚性支护，会在强大的变形压力破坏，若设置临时柔性支护，那么既容许围岩回弹变形，又维护围岩整体性，控制裂隙的扩展，防止水的侵入及各种理化作用，所以采用喷射砼层封闭围岩，并用一定数量的锚杆维护围岩的完整性新奥法由测量变形量、速率确定开挖工艺参数、支护类型、二次支护时间（永久支护时间）应用例子2—位移反分析法基本原理：假设一系列组合荷载作用在地层—结构模型上，通过有限单元法计算得到一系列相