岩体力学性能的现场测试

岩体力学性能的现场测试

由于室内的岩样存在体积小、脱离岩体的地质力学性能的全貌等缺点，因而不能充分反映岩体的力学性能。而岩体的野外现场测试就较为全面的反映岩体力学性能的全貌，这是室内试验所不及的。本节我们讨论岩体的变形性能和强度特性的现场试验。

一、岩体的变形试验

岩体的变形试验有静力法和动力法两种。

静力法是指岩体现场变形试验时以静力荷载进行加载。动力法是指施加于岩体上的荷载为动力荷载。动力法的现场测定在第三章已介绍，这里介绍静力法求现场岩体的变形模量。常用的静力法有千斤顶法荷载试验（或称平板荷载法）、径向荷载试验（如双筒法）和水压法。通常求算岩体的弹性模量及变形模量用千斤顶法，求岩石的弹性抗力系数采用双筒法。1.定义：用千斤顶加荷于垫板上，使荷载传到岩体中，也称千斤顶法。2.设备装置的主要组成（图4－32)：（1）垫板（承压板);一般为方形或圆形，面积为0.25-1.20mm2、材料弹性也可为刚性。（2）加荷装置（千斤顶或压力枕）;加荷为500kN-3000kN，加荷方法有小循环和大循环两种。小循环分为多次循环和单次循环,见图4-33。多次小循环加载比相同荷载下常规加载岩体产生的总变形大(蠕变现象)（3）传力装置（传力支柱、传力柱垫板）;（4）变形量测装置（测微计）;（一）千斤顶法荷载试验顶、底板加载边墙加载图4-33岩体现场变形试验加荷过程示意图3.测试岩体的变形可在垫板下面测定，也可在通过垫板中心的轴线上距垫板一定距离处量测单次小循环大循环多次小循环P-压力T-时间4.算式(测出压力和位移，由下列公式计算岩体的变形模量E)把岩体看作一个弹性半无限空间，用布辛涅斯克方程求得岩体表面的垂直向位移。(1)垫板为柔性垫板(3种位移)a.岩体表面上垫板的中点处垂直位移（4-80）式中：p-荷载;r-垫板的半径;μ-岩体的泊松比;E——岩体的弹性模量b.垫板的平均位移（4－81）式中，A-受荷表面的面积；m-系数它取决于垫板的形状、刚度以及荷载分布等情况，其m值可见表4－5c.带孔柔性垫板(中心有孔的压力枕)中心点的垂直位移（4－83)注：在圆形板下不同荷载类型时，其相应的m值可见表4－6（2）垫板为刚性垫板时（4－82）式中：a和b为垫板的边长（二）径向荷载试验（求抗力系数K和弹模E）要点：在岩体中开挖一个圆筒形洞室，然后在这个洞室的某一段长度上施加垂直于岩体表面的均匀压力。水施加压力的为水压法；用压力枕施加压的为压力枕法(又称奥地利荷载试验)图4-35所示试验是靠一钢支承圆筒的四周的压力枕同步对岩体施加荷载，造成洞中一定长度内的岩体产生径向压缩，岩体变形控制在弹性阶段。变形模量可按弹性厚壁圆筒理论（图4－36）求得：式中--半径为岩体内的径向位移

AA-AA推算弹性抗力系数K定义：洞室表面产生单位位移的应力利用弹性厚壁圆筒理论推出：注：K随洞的半径的大小而变化，一般，半径越大K值越小。K愈大岩体弹性抗力愈大，愈有利于衬砌的稳定。既（三翁）狭策缝压吹力枕虽荷载县试验浆(2应种)方法外1要理点：将岩修体切生割成妥槽，榨把压歉力枕秀埋于删槽内疯，并粗用水枪泥砂枝浆浇璃注，桌使压刻力枕锋的两滤个面特皆能帝很好娃地与劝槽的脾两侧迈岩面证接触蚂（图题4-朱37跑）。变形处模量访为式中剪：p-差压力雅枕给感岩面滋的总违荷载烤；A-粒圆形肚加载债面的蜻半径芒；Vs-岩出面的海平均套位移方法街2要掉点：在垂铃直岩蹄壁上辅刻槽小布置名，图闷4－奶38存。搭则岩送体的暑变形爸模量简E可摊按布加辛涅威斯克滥的弹丑性理姑论求称得。悦当实没测位廊移已讨知时助，变形顶模量为：式中翻：p驶-压膝力枕蚊施加掘的单百位压起力（炊MP冠a）—直枕槽宽市度（壶近似续用压颈力枕帽的宽慕度代抬替）锐(c脑m)仿y-楚x轴那到测妨点的疏距离袋(c爪m）甩—部-节测点子的位棵移（意cm脏）1.趟要点鸡：可按迈施加出的推布力与祖剪切惯面之腐间的闲夹角张的大兄小而档采用匀不同爪的加仁荷方悲法。征双千屠斤顶茂试验料中，萄一组孕试验宫不少童于五丹块试球件。二、叫现场其岩体蓝直剪岔试验(2庄种)（一坝）双演千斤拌顶法p—咸垂直斧千斤衰顶压遇力表巾读数歼（M穷Pa厚）t宾—横慢向千艰斤顶诸压力敢表读汇数（刊MP仇a）F1—垂词直千楚斤顶喊活塞咸面积注(若骄为压赌力枕篇，应侵乘以尝出力树系数穴)（樱cm2）2.吉在不围同p也力作劝用下场剪切面上抖的正朽应力筐和剪秤应力F2-横棒向千售斤顶分活塞浙面积能(若肺为压括力枕粒，应齐乘以忍出逢力系纵数)繁（c屡m2）私F甜-试睛件剪良切面衫面积讯（c车m2）势α—为横向说推力学与剪踢切面记的夹些角（慢通常称取1壮50)式中菜：注1当剪捎切面帝上存裙在裂收隙、管节理娘等滑守面时菊，抗剪艰面积宁将分饲为剪拒断破祸坏和岛滑动郊破坏晕两部仪分，串而把平剪断嘱破坏阴当作功有效皆抗剪宏面积引Fa，滑到动破邻坏时监的滑钥动面邪积为除Fb。3.绘制羡应力替与位终移特耗性曲定线和瓦剪应核力与骄正应诞力碑强度闲曲线有效荣抗剪阀面积正压袖力仍钉由全加部面敲积承减担总面帖积：（二劝）单帅千斤程顶法1、情要点泥：单千境斤顶游法是丝式现场载无法诵施加遇垂直赠应力落的情朝况下测采用足的。夫在山警坡上本或平四洞内赛的预谷定剪饼切面蚁上挖倒成各峡种主疾应力径方向遭与固优定剪高切面送成不啦同倾铃角的之试件排（通奴常剪每切面稻倾角盆为1下50-3馒50）注2施加倚于试瓦件剪丘切面构上的性压力责应该政包括秋千斤患顶施挠加的英荷重津、设口备和朝试件熄的重薯量。注3在计躲算剪间应力挥时，伟应扣毅除由稿于垂扑直压泼力而零产生度的滚喊轴滚哭动摩此擦力弦。注4如果跳剪切册面为饭倾斜撒面时思，上耀述破限坏面非上的无正、愁剪应溉力的烈计算司公式锹还应柄根据守倾角会的大荷小进鸭行修始正。2.揪破坏歌面上连的正岂、剪境应力征计算(如滤图4偏－4慌2)而故3.摔绘制副岩体泉正-占剪应车力强晌度曲带线三、墙现场躺三轴怨强度桶试验在一咱个随房诚机性轮节理端的岩怀体中侍，破哗坏面堡位置肉的预定盆是有牲困难仍的，红用三夜轴试贤验可途以量铜测岩巷体的券抗剪强锋度和油破坏薯面的警位置惨及形嘴态，择这时永，破夫坏面甘会沿最间弱的番面破桶坏。1.触试件矩形火块体创，在允试洞顿底板隆或洞欢壁的做试验朽位置焰上，堪经过威仔细嗓凿刻旋和整呀平而圾成的棕，此较矩形租试件揪三边呜脱离述原地绢岩体驾，而冒仅一梳边与饺岩体津相连咏。目搭前，讯试件仿的大勺小可讲达2苦.8博0m逆×1哈.4救0m锡×2辈.8黑0m追,试亿件的究基底他与岩听体相遇连的屈面积插为2责.8抢0m经×1失.4殖0m笋.（图歇4－炸43宋）2.躲加载抬与测全试试件闭准备萝好后轮，把记压力恐枕埋桑置在束刻槽带内，程以便奴施加岔σ2和σ3，而脊σ1是通季过垂厅直千劳斤顶棚或压障力枕设施加者的。堤在试忙验中稼量测刻和记止录试僚件的虹位移粘。3.绘制杏岩体栗试验啄应力惩圆包阻络线镇、强蛾度曲雄线和框岩体理特征坟曲线从而旗测定恋应力遍－位晃移关贤系曲塘线。返确定勺应力容的比中例极旁限、赶屈服嫂极限票和破水坏极乐限。关于魔不同罚应力盯状态矮下，桑现场流三轴玩试验肃成果介的计算宜分述堆如下细：1.老三轴谷应力霞在终状态博下应倒力满足：上式愤中，欺L,题M,衔N分童别是陪某平糊面的皮法向挨方向迷余弦矩。令厘L丝式,