岩土工程原位测试

岩土工程原位测试第1页/共113页提纲

一、概述二、土体原位测试三、岩体原位测试第2页/共113页（一）原位测试的必要性为了取得工程设计所需要的反映地基岩土体物理、力学、水理性质指标，以及含水层参数等定量指标。弥补实验室小尺寸试件，不能完全确切地反映天然状态下的岩土性质的不足。在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学性质及其他指标。一、概述第3页/共113页（二）原位测试目的

1、在岩土体处于天然状态下，利用原地切割的较大尺寸的试件进行各种测试取得可靠的岩土体物理、力学、水理性质指标。

2、对于某些因无法采取原状样品进行室内实验的岩土体的测试。如：裂隙化岩石、液态粘性土（低液限粘土、淤泥）、砂砾。

3、完成或实现室内无法测定的实验内容。如：地下洞室围岩应力、岩体裂隙的连通性、透水性、含水层的渗透性等。

4、为施工（基坑开挖、地基处理）提供可靠的数据。一、概述第4页/共113页（三）原位测试的分类

1、岩土力学性质的野外测定

（1）土体力学性质试验载荷试验、旁压试验、静、动触探试验、十字板剪切试验（2）岩体力学性质试验岩体变形静力法试验、声波测试（动力法）试验、岩体抗剪试验、点荷载强度试验、回弹锤测试、便携式弱面剪试验

2、岩体应力测定

测定岩体天然应力状态下及工程开挖过程中应力的变化。如：地下洞室开挖一、概述第5页/共113页3、水文地质试验钻孔压水试验（裂隙岩体）、抽水试验（中、强富水性含水层）、注水试验（干、松散透水层）、岩溶裂隙连通试验等。4、改善土、石性能的试验为地基改良和加固处理提供依据。如：灌浆试验、桩基试验等。一、概述第6页/共113页二、土体原位测试（一）静力载荷试验模拟建筑物基础工作条件的测试方法。保持土体天然状态，采用承压板逐级施加荷载，获得应力、变形曲线，测试承压板宽度1.5~2.0倍深度范围内土层的应力—应变—时间关系的综合性状。成果可直接用于地基承载力设计。按试验深度分为：浅层和深层；按承压板形状分为：平板和螺旋板；按照用途分为：一般载荷试验和桩载荷试验；按荷载性质分为：静力和动力载荷试验。第7页/共113页二、土体原位测试1、仪器设备承压板加荷装备沉降观测设备第8页/共113页二、土体原位测试2、试验要点载荷试验在方形试坑中进行，坑底宽度不小于承压板宽度的3倍。保持测试时地基土的天然湿度和原状结构。设备安装顺序：坑底整平、安装承压板、安装千斤顶、载荷台架、反力构架、安装沉降观测设备。分级加荷：第一级至卸荷土自重（包括试验设备），以后每级增加土层极限压力的1/8~1/10。观测每级荷载下的沉降。尽量能使最终荷载达到地基土极限承载力。如达不到极限荷载，则最大压力达设计压力两倍或超过第一个拐点至少三级荷载。需要观测卸荷回弹时，每级卸荷量为加荷量2倍。第9页/共113页3、试验资料整理载荷试验原始数据整理、制表，绘制压力P和沉降量S关系曲线。

P-S曲线校正，原点归零，找出界限点。曲线特征点确定：比例界限值、极限界限值。当直线段不明显时如何确定比例界线值？（1）某一级压力沉降量大于前一级压力沉降量2倍。（2）lgP-lgS或P-△S/△P曲线拐点。计算变形模量E0。二、土体原位测试地表时：地表以下：第10页/共113页二、土体原位测试（二）静力触探试验将圆锥形探头匀速压入土中，测定锥头阻力等参数。静力触探设备组成：触探主机和反力装备；测量与记录显示装备；探头；探杆。第11页/共113页二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备第12页/共113页触探主机为液压传动式的，反力装置为自重式。二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备第13页/共113页触探主机为液压传动式的，反力装置为地锚式。二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备第14页/共113页触探主机为机械传动式的，反力装置为地锚式。二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备第15页/共113页二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备第16页/共113页国际标准探头的规格：锥头顶角60°、底面积10cm2、侧壁摩擦筒面积150cm2、透水石在锥底二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备第17页/共113页二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备第18页/共113页二、土体原位测试2、静力触探试验要点率定探头：求出地层阻力和仪表读书之间的关系，在室内进行。新探头或使用一个月后的探头应及时进行率定。整平试验现场，固定试验主机，使探头与地面垂直。电缆线穿入探杆，接通电路，调整好仪器。1~2cm/S匀速贯入，记录读书。当测量孔隙水压力消散时，在测量土层停留，记录孔压随时间的变化。第19页/共113页二、土体原位测试3、静力触探试验成果整理对原始数据进行检查与校正，如深度和零飘校正。按照《静力触探技术规则》TBJ37-93进行。计算比贯入阻力ps、锥尖阻力qc、侧壁摩擦力fs、摩阻比Fr及空隙水压力U。分别绘制qc、fs、ps、Fr、U随深度变化曲线。第20页/共113页二、土体原位测试3、静力触探试验成果整理第21页/共113页二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用（1）划分土层及土类判别①将静力触探探头阻力与深度曲线分段。②按临界深度等概念判定各土层界面深度。③将每一层土的探头阻力等参数进行算术平均，用于界定土层类型。当分层厚度大于1m，土质均匀时，应扣除上部滞后深度和下部超前深度范围的触探值。当分层厚度不足1m的均匀土层，如为软层，取最小值为层平均值；如为硬层取最大值上下各20cm范围内大值的平均值。分层曲线中遇特殊大值，应剔除。第22页/共113页

单桥探头

根据Ps，Ps大的一般为砂层，Ps小的一般为粘土层。双桥探头

在划分土类时，以qc为主，结合fs（或FR），并在同一层内的触探参数值基本相近为原则。不同的土有不同的FR，砂类土FR通常小于或等于1，粘性土FR常大于2。常用的有以下几种方法:二、土体原位测试第23页/共113页二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用第24页/共113页二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用第25页/共113页二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用（1）求土层工程性质指标①判断土的潮湿程度和液性指数。②饱和土重力密度γsat。③土的抗剪强度参数。

粘性土：第26页/共113页二、土体原位测试第27页/共113页二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用（1）求土层工程性质指标④求地基土基本承载力f0。⑤求土层压缩模量Es与变形模量E0。⑥用孔压触探求饱和土层固结系数及渗透系数。固结系数：渗透系数：第28页/共113页二、土体原位测试4、静力触探试验成果应用（2）在桩基勘察中的应用①确定单桩承载力。②确定桩端持力层层位、厚度和埋深。第29页/共113页二、土体原位测试（三）动力触探试验利用锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入一定深度的锤击数判定土的性质。优点：设备坚固耐用；操作测试方法容易；适用范围广；快速、经济、能连续测试土层；有些动力触探可同时取样观察描述。动力触探分类：圆锥动力触探试验和标准贯入试验。第30页/共113页第31页/共113页二、土体原位测试第32页/共113页二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（1）圆锥动力触探试验的仪器设备导向杆提引器穿心锤锤座探杆探头第33页/共113页二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（2）圆锥动力触探测试要点①轻型动力触探钻至试验土层标高以上0.30m，然后对所需试验土层连续进行触探。试验时，穿心锤落距为(0.5±0.02)m,自由下落，记录每打入0.30m所需锤击数（最初0.30m可不记）。遇坚硬土层，当贯入0.30m锤击数大于100或贯入0.15m大于50击，即可停止试验。本试验一般用于贯入深度小于4m土层，必要时，也可在贯入4m后，用钻具清孔后继续贯入2m。第34页/共113页二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（2）圆锥动力触探测试要点②重型动力触探试验前将触探架安装平稳，使触探保持铅直，铅直度最大偏差不超过2%，连接杆保持平直，连接牢固。贯入时，穿心锤自由落距（0.76±0.02）m。地面上触探杆高度不宜过高，以免倾斜与摆动过大。锤击速率宜为15-30击/min，贯入过程连续。记录每贯入0.10m所需锤击数，最初贯入的1m可不记。第35页/共113页二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（2）圆锥动力触探测试要点②重型动力触探对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过12-15m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响；每贯入0.1m所需锤击数连续三次超过50击时，即停止试验。第36页/共113页二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（2）圆锥动力触探测试要点②重型动力触探对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过12-15m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响；每贯入0.1m所需锤击数连续三次超过50击时，即停止试验。第37页/共113页①实测击数的统计分析a.每层实测击数的算术平均值。x-脚标代表锤重。式中，--Nx的平均值；

Nx—实测锤击数；

n——参加统计的测点数。对于轻型动力触探为每贯入30cm的锤击数中型、重型为每贯入10cm的锤击数分别为10，28，63.5，120等二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（3）测试数据处理第38页/共113页中型动力触探杆长修正系数探杆长度l（m）12345681012151.000.960.900.850.830.810.780.760.750.74②击数的杆长修正（对于中、重型动力触探）二、土体原位测试③绘制动力触探锤击数与贯入深度关系曲线第39页/共113页二、土体原位测试2、标准贯入试验（1）试验特点和设备探头为空心圆柱形非连续贯入、不宜在碎石层中进行，只宜用于粘性土、粉土和砂土中。每次贯入0.45m，只计贯入0.30m的锤击数N。动力设备要有钻机配合标贯穿心锤质量：63.5Kg,自由落距76m。第40页/共113页二、土体原位测试2、标准贯入试验（2）试验要点钻孔至试验土层0.15m，清除残土。当试验位于地下水位以下，应防治涌沙和塌孔。贯入器放入孔内，保持贯入器、钻杆、导向杆联结后铅直度。以15-30击/min的频率贯入，前0.15m不记录；然后记录每打入0.1m和打入0.3m的锤击数。当遇硬土层无法贯入，记录50击的贯入深度。提出贯入器，观察、描述贯入器内土样。第41页/共113页二、土体原位测试2、标准贯入试验

式中，N—土层标贯锤击数；

n—实际贯入深度的实测击数；

s—实际贯入深度。（3）试验成果整理若土层不硬，已贯穿0.30m，则取0.30m的锤击数N，如果土层很硬，完全贯入困难，则：第42页/共113页（1）划分土类或土层剖面锤击数越少，土的颗粒越细；锤击数越多，土的颗粒越粗二、土体原位测试3、动力触探试验成果的应用第43页/共113页（2）确定地基土承载力二、土体原位测试3、动力触探试验成果的应用第44页/共113页N土类10153050中、粗砂180250340500粉、细砂140180250340砂土地基容许承载力（kPa）（标贯法）粘性土、粉土地基承载力（中型动力触探）N28234681012fk(kPa)120150180240290350400二、土体原位测试第45页/共113页（3）求桩基承载力和确定桩基持力层二、土体原位测试3、动力触探试验成果的应用通过地区的经验公式桩基承载力；桩端持力层一般应该选择在N大于30击的密实砂层。对于厚度小于2m的土层作为持力层，N63.5应大于20击，卵石土N120应大于8击。第46页/共113页（4）确定砂土密实度及液化性二、土体原位测试3、动力触探试验成果的应用第47页/共113页地震烈度7度8度9度N0值近震区（基本烈度比震中小2度以上）61016远震区（基本烈度比震中小2度以内）812——标准贯入锤击数基准值N0二、土体原位测试（4）砂土液化性第48页/共113页（5）确定粘土稠度及值二、土体原位测试3、动力触探试验成果的应用第49页/共113页（四）旁压试验

旁压测试（PMT:pressuremetertest）是利用钻孔做的原位横向载荷试验，是工程勘察中的一种常用原位测试技术。二、土体原位测试第50页/共113页测试原理：通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给周围土体，使土体产生变形直至破坏，并通过量测装置测出施加的压力和土体变形之间的关系，然后绘制应力—应变关系曲线。根据这种关系对孔周所测土体的承载力、变形性质等进行评价。优点：可在不同深度上进行测试，所求基本承载力精度高。缺点：受成孔质量影响大，在软土中测试精度不高。1、试验原理及特点二、土体原位测试第51页/共113页2、旁压测试的仪器设备分为两类：预钻式旁压仪自钻式旁压仪预钻式旁压仪由4部分组成1.旁压器2.压力和体积控制箱3.管路系统4.成孔工具等二、土体原位测试第52页/共113页旁压器是旁压仪中的最重要部件，由圆形金属骨架和包在其外的橡皮膜组成。分为三个腔中间为主腔（测试腔）上、下为护腔二、土体原位测试第53页/共113页（1）仪器校正（率定）

率定旁压仪的目的是为了校正弹性膜和管路系统所引起的压力损失或体积损失。分为旁压器弹性膜约束和旁压器综合变形的率定。①弹性膜约束力的率定

方法：旁压器竖立于地面，让弹性膜在自由膨胀状态下率定，对弹性膜分级加压，稳定后读取测管水位下降值。绘制P-V(S)曲线。3、试验步骤及要点二、土体原位测试第54页/共113页

在压力作用下，连接控制箱和旁压器的管路会膨胀，造成测管中液体的体积损失，所以要进行综合变形的率定。 方法：将旁压器放在无缝钢管或有机玻璃管内，使旁压器的横向变形受到约束，分级加压，测量管路变形与压力的关系。

求仪器综合变形校正系数

②仪器综合变形的率定二、土体原位测试第55页/共113页（2）开孔至预定深度以下35cm处（3）把旁压器放入孔中（4）测试

分级加压，记录测管中的水位下降值

注意加压等级和变形稳定标准（5）终止试验

标准为：a.压力达到仪器的最大额定值

b.测管水位下降值接近最大容许值（S35cm）3、试验步骤及要点二、土体原位测试第56页/共113页4、数据处理（1）绘制弹性膜约束曲线和仪器综合变形曲线（2）数据校正

把测试数据Pm,Sm校正为P,S二、土体原位测试第57页/共113页二、土体原位测试第58页/共113页（3）绘制旁压测试曲线

曲线可以分为三部分：

①第一曲线段

②直线段

③尾段曲线段两个特征点：PL，PfP0（静止土压力）二、土体原位测试第59页/共113页（1）确定地基土的承载力（2）确定单桩的轴向承载力

旁压器周围的土体受的作用为剪切为主，与桩的作用机理相近5、测试成果应用二、土体原位测试第60页/共113页（3）确定地基土层旁压模量

地基土层旁压模量是反映土层中应力和体积变形（可表达为应变的形式）之间的关系的一个重要指标，代表地基土水平方向的变形性质。二、土体原位测试第61页/共113页

十字板剪切试验(FVST：fieldvanesheartest)是用插入软粘土中的十字板头，以一定的速率旋转，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪强度的一种测试方法。（五）十字板剪切试验二、土体原位测试第62页/共113页FVST主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。它具有下列优点：(1)不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的粘性土，可以在现场对基本上处于天然应力状态下的土层进行扭剪。所求软土抗剪强度指标比其他方法都可靠。(2)野外测试设备轻便，操作容易。(3)测试速度较快，效率高，成果整理简单。其缺点是仅适用于江河湖海的沿岸地带的软土，适应范围有限，对硬塑粘性土和含有砾石杂物的土不宜采用，否则会损伤十字板头。二、土体原位测试1、十字板剪切试验特点第63页/共113页①压入主机②十字板头③扭力传感器④量测扭力的仪表⑤施加扭力装置⑥其它（探杆等）2、十字板剪切试验设备二、土体原位测试第64页/共113页（１）扭力传感器率定将板头与传感器连接，拧紧后，把板头插入率定仪的规定座内；逐级施加扭矩，并记录仪表的读数，直到传感器的最大容许扭矩；绘制扭矩与读数的关系曲线，确定传感器的率定系数。３、测试要点二、土体原位测试第65页/共113页（２）现场测试平整场地，安装机架，并固定把板头压至测试深度卡住钻杆，并调零转动手柄，旋转钻杆，使板头产生扭矩(每10秒使摇柄转动一圈，每转动一圈测记应变读数一次。)测量扭矩直至峰值出现松动钻杆完全扰动测试土体，重复2-5测量扰动土的剪切强度。二、土体原位测试３、测试要点第66页/共113页应先将电缆穿过施加扭力装置的中心孔，然后再穿入探杆；在扭剪前，应读取初始读数或将仪器调零；匀速转动手摇柄，摇柄每转一圈，十字板头旋转一度。测试重塑土时，用扳手或管钳快速将探杆顺时针方向旋转6圈，使十字板头周围的土充分扰动后，立即拧紧钻杆夹具二、土体原位测试３、测试要点（3）测试注意事项第67页/共113页计算土的抗剪强度Cu二、土体原位测试4、测试成果的整理与应用第68页/共113页计算重塑土的抗剪强度Cu/计算土的灵敏度St二、土体原位测试第69页/共113页绘制抗剪强度与转角的关系曲线绘制抗剪强度与深度的关系曲线二、土体原位测试第70页/共113页估算地基容许承载力

对于内摩擦角为零的饱和软粘土，可以用下式估算地基容许承载力[R][R]=2Cu+h

式中：—基础底面以上土的容重；

h—基础埋深。预估单桩承载力

在饱和软粘土中，单桩的极限端阻力qp和极限侧摩阻力qf可由下式计算二、土体原位测试第71页/共113页求软粘土灵敏度

野外十字板剪切实验是确定软粘土灵敏度的最可靠的方法其它

如确定地基土的强度二、土体原位测试第72页/共113页（一）概述岩体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。岩体原位测试的最大优点是尽可能地保持了岩体的天然结构和环境状态，使测出的岩体力学参数直观、准确；其缺点是试验设备笨重、操作复杂、工期长、费用高。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的岩体力学性质。73三、岩体原位测试第73页/共113页岩体原位测试一般应遵循以下程序进行：(1)试验方案制订和试验大纲编写。

(2)试验。包括试验准备、试验及原始资料检查、校核等项工作。

(3)试验资料整理与综合分析。试验所取得的各种原始数据，需经数理统计、回归分析等方法进行处理，并且综合各方面数据(如经验数据、室内试验数据、经验估算数据及反算数据等)提出岩体力学计算参数的建议值，提交试验报告。三、岩体原位测试第74页/共113页(二)岩体变形试验岩体变形参数测试方法有静力法和动力法两种：静力法：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；然后绘制出压力～变形曲线，计算岩体的变形参数。静力法主要方法有承压板法、狭缝法、钻孔变形法及水压法等；动力法：用人工方法对岩体发射或激发弹性波，并测定弹性波在岩体中的传播速度，然后通过一定的关系式求岩体的变形参数。据弹性波的激发方式不同，又分为声波法和地震法。三、岩体原位测试第75页/共113页1、承压板法承压板法又分为刚性承压板法和柔性承压板法，我国多采用刚性承压板法。

图1

刚性承压板试验示意图1-砂浆顶板;2-垫板;3-传力柱;4-圆垫板;5-标准压力表;6-液压千斤顶;7-高压管(接油泵);8-磁性表架;9-工字钢梁;10-钢板;11-刚性承压板;12-标点;13-千分表;14-滚轴;15-混凝土支墩;16-木柱;17-油泵(接千斤顶);18-木垫;19-木梁三、岩体原位测试第76页/共113页

基本原理刚性承压板法是通过刚性承压板(其弹性模量大于岩体一个数量级以上)对半无限空间岩体表面施加压力并量测各级压力下岩体的变形；按弹性理论公式计算岩体变形参数的方法。该方法视岩体为均质、连续、各向同性的半无限弹性体；根据布辛涅斯克(Boussinesq)公式，刚性承压板下各点的垂直变形(W)可表示为：式中：A：承压板面积；E0：岩体的变形模量；p：承压板上单位面积压力；μ：岩体的泊松比；m：与承压板形状、刚度有关的系数。772023/4/2三、岩体原位测试第77页/共113页

通过现场静力加卸荷，测定P—w曲线，取得岩体变形比例极限（P0）以内的某一定压力下的总变形量（w0）及弹性变形量（we）。然后计算E0、Es.w0=wp+wewp为永久变形（残余变形），裂隙及充填物的变形。pwwpwep0三、岩体原位测试第78页/共113页

试验点岩体地质描述应包括下列内容：试段开挖和试点制备的方法及出现的情况；岩石名称结构及主要矿物成分；岩体结构面的类型产状宽度延伸性密度充填物性质以及与受力方向的关系等；试段岩体风化状态及地下水情况；应提供试段地质展示图试段地质纵横剖面图试点地质素描图和试点中心钻孔柱状图。三、岩体原位测试第79页/共113页

试验方法①平面加荷法：承压板法、狭缝法（液压枕）②环形加荷法（水压洞室试验）试验设备①加压系统：油压千斤顶、液压枕、圆形水压室，油泵、高压胶管②传力系统：承压板（45#钢，3cm厚）、垫板（A3

钢，2-3cm）、传力柱（厚壁钢管）③量测系统：压力表、千分表、测表支架、测量标点三、岩体原位测试第80页/共113页

试验要求①试验一般在平硐中进行（承压板法、环形加压法），狭缝法可在地面进行。②试验最大荷载Pmax<P0（比例极限），Pmax=1.2P，其中

P为建筑物基础底面设计压力。③试验荷载分级，Pi=(0.1-0.2)Pmax，等分取整。④加卸荷方法与工程荷载作用于工程岩体的方式一致。

a、逐级一次循环加卸荷pw2023/4/2三、岩体原位测试第81页/共113页b、逐级多次循环加卸荷pwc、一级多次循环加卸荷pw⑤变形稳定标准：w/w5%w—相邻两次读数差（10分钟读数一次）

w—同级压力下第一次变形读数和前一级压力下最后一次变形读数差三、岩体原位测试第82页/共113页

试验成果

①绘制p—w曲线②平面加荷法的E0、Es计算832023/4/2式中：E0、Es—岩体变形模量、弹性模量（MPa）

P—按承压板面积计算的压力（MPa)D—承压板直径（cm）—泊松比，w0总变形（cm），we弹性变形（cm）.三、岩体原位测试第83页/共113页③环形法计算公式（用于深部岩体有压洞室）

a、E0=p(1+µ)r/yp—试洞内水压力（105Pa），r—半径（cm），

y—试洞表面平均位移（cm）。

b、岩石抗力系数为便于比较，单位抗力系数K0=E0/100(1+µ)意义：半径为100厘米隧洞围岩抗力系数（抵抗变形的能力）三、岩体原位测试第84页/共113页2、狭缝法狭缝法又称刻槽法。一般是在巷道或试验平硐底板或侧壁岩面上进行（图2）。图2狭缝法试验安装示意图1—液压枕；2—槽壁；3—油管；4—测表支架；5—百分表(绝对测量)；6—磁性表架；7—测量标点；8—砂浆；9—标准压力表；10—百分表(相对测量)；11—油泵三、岩体原位测试第85页/共113页862023/4/2优点：是设备轻便、安装较简单，对岩体扰动小，能适应于各种方向加压，且适合于各类坚硬完整岩体，是目前工程上经常采用的方法之一。缺点：是假定条件与实际岩体有一定的出入，将导致计算结果误差较大，且随测量位置不同而异。

三、岩体原位测试第86页/共113页钻孔变形法是利用钻孔膨胀计或压力计，对孔壁施加径向水压力(图3)，测记各级压力下的钻孔径向变形(U)。按弹性力学中厚壁筒理论，钻孔径向变形U为:式中：d—钻孔直径(cm);p—压力(MPa)；其余符号意义同前。图3钻孔变形试验3、钻孔变形法（简介）三、岩体原位测试第87页/共113页利用上式可求得岩体的变形模量。与承压板法相比较，钻孔变形法的优缺点是：①对岩体扰动小；②可以在地下水位以下和较深的部位进行；③试验方向基本不受限制，且试验压力可以达到很大；④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；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。三、岩体原位测试第88页/共113页（三）岩体强度试验岩体强度是指岩体抵抗外力破坏的能力。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。原位岩体强度试验主要有直剪试验、单轴和三轴抗压试验等。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。三、岩体原位测试第89页/共113页

岩体强度包括压缩强度、抗拉强度、剪切强度

岩体的剪切强度是指岩体内任一方向剪切面，在法向应力作用下所能抵抗的最大剪应力。剪切强度分为抗剪断强度、抗剪强度和抗切强度。抗剪断强度是指在任一法向应力下，沿某一剪切面剪切破坏时岩体能抵抗的最大剪应力。抗剪强度是指在任一法向应力下，岩体沿已有破裂面剪切破坏时的最大应力。抗切强度是指剪切面上的法向应力为零时的抗剪断强度。岩体的压缩强度分为单轴抗压强度和三轴压缩强度。三、岩体原位测试第90页/共113页1、直剪试验(1)基本原理与方法岩体原位直剪试验(图1)通常包括岩体本身、岩体沿结构面及岩体与混凝土接触面的三种剪切。每种试验又可细分为抗剪断试验、摩擦试验及抗切试验：抗剪断试验是试件在一定法向应力作用下沿某一剪切面剪切破坏的试验；摩擦试验是试件在一定法向应力剪断后沿剪切面继续剪切的试验，求得剪切面的残余剪切强度（抗剪强度）；抗切试验是法向应力为零时试件沿某一剪切面破坏的试验。三、岩体原位测试第91页/共113页图1岩体本身抗剪强度试验安装示意图三、岩体原位测试第92页/共113页

直剪试验一般在平硐中进行，如在试坑或大口径钻孔内进行，则需设置反力装置。图2为常见的直剪试验布置方案：

图2常见的直剪试验布置方案(a)、(b)、(c)平推法；(d)斜推法；(e)、(f)沿倾斜软弱面剪切的楔形试体。三、岩体原位测试第93页/共113页(2)试件制备与地质描述

试件制备，要求如下：①同一组试件的地质条件应基本相同且尽可能不受开挖的扰动；每组试件宜不少于5块；每块试件面积不小于2500cm2，最小边长不小于50cm，高度为最小边长的1/2，试件之间的距离应大于最小边长的1.5倍；②试件各面需凿平整；对裂隙岩体、软弱岩体或结构面试件应设置钢筋混凝土保护罩，罩底预留0.5～2cm的剪切缝；③对斜推法试件，在施加剪应力的一面应用混凝土浇注成斜面，也可在试件受剪力面放置一块夹角约15°的楔形钢垫板。942023/4/2三、岩体原位测试第94页/共113页地质描述。内容与要求如下：①试验及开挖、试件制备的方法及其情况；②岩石类型、结构构造及主要矿物成分；③岩体结构面类型、产状、宽度、延伸性、密度及充填物性质等；④试验段岩体风化程度及地下水情况；⑤应提交的图件为试验地段工程地质图及试体展示图、照片等。三、岩体原位测试第95页/共113页（3）资料整理①按下式计算各级荷载作用下剪切面上的应力：P-法向荷载(N)Q-斜向荷载(N)A-剪切面面积(mm2)α-斜向荷载作用线与剪切面的夹角σ、τ-作用于剪切面上的法向应力和剪应力(MPa)三、岩体原位测试第96页/共113页①绘制各法向应力下的剪应力(τ)与剪位移关系曲线，根据曲线特征确定岩体的比例极限、屈服强度、峰值强度及残余强度等参数。岩体由弹性变形阶段进入塑性变形阶段的临界应力称为岩体的屈服强度峰值强度屈服强度残余强度三、岩体原位测试第97页/共113页③绘制法向应力与比例极限、屈服强度、峰值强度及残余强度关系曲线，并按库仑表达式确定相应的c、φ

值。在工程岩体稳定性分析中，可根据岩体性质、工程特点，并结合地区经验等对试验成果进行综合分析，选取适当的岩体抗剪强度参数。H-B准则、GSI等方法计算岩体强度。三、岩体原位测试第98页/共113页2、三轴试验(1)基本原理原位岩体三轴试验（图3）一般是在平硐中进行的。根据莫尔理论求岩体的抗压强度及E0、μ等参数。试验分为等围压(σ1＞σ2=σ3)三轴试验和真三轴(σ1＞σ2＞σ3)试验两种，可根据实际情况选用。为了确定围压和轴向压力的大小和加荷方式，试验前应了解岩体的天然应力状态及工程荷载情况。图3野外原位三轴试验方案三、岩体原位测试第99页/共113页(2)试件制备、地质描述与资料整理①试件制备。在选定的试验部位，切割出立方体或方柱形试件，一面与岩体相连，试件的最小边长应不小于30cm，每组5块。同一组试件的地质条件应基本相同且尽可能不受开挖扰动。②地质描述。同直剪试验。③成果整理包括：a.在τ-σ坐标系中绘制极限应力圆包络线，并求出c、φ值；b.绘制(σ1-σ3)-ε曲线，求出E0、μ。三、岩体原位测试第100页/共113页（四）

岩体应力测试岩体应力主要靠实测求得，特别是构造活动较强烈及地形起伏复杂的地区，自重应力理论将无力解决岩体应力问题。岩体应力不能直接测得，只能通过量测应力变化而引起的诸如位移、应变等物理量的变化值，然后基于某种假设反算出应力值。常用的应力量测方法主要有：应力解除法、应力恢复法和水压致裂法等。这些方法