第10章岩体原位应力测试
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第一节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,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动小,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。
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。
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。
这是岩体原位试验工作中最重要的一环。
其基本原则是尽量使试验条件符合工程岩体的实际情况。
因此,应在充分了解岩体工程地质特征及工程设计要求的基础上,根据国家有关规范、规程和标准要求制订试验方案和编写试验大纲。
试验大纲应对岩体力学试验项目、组数、试验点布置、试件数量、尺寸、制备要求及试验内容、要求、步骤和资料整理方法作出具体规定,以作为整个试验工作中贯彻执行的技术规程。
(2)试验。
包括试验准备、试验及原始资料检查、校核等项工作。
这是原位岩体力学试验最繁重和重要的工作。
整个试验应遵循试验大纲中规定的内容、要求和步骤逐项实施并取得最基本的原始数据和资料。
(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。
第二节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;然后绘制出压力[CD*2]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、钻孔变形法及水压法等。
动力法是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。
岩土工程原位测试岩土工程原位测试是岩土工程领域中常用的一种测试方法,主要用于研究土体和岩石的力学性质,包括密度、强度、变形等方面。
原位测试可分为静态和动态两种,常用的测试方法包括压缩试验、剪切试验、钻孔取心和动力触探等。
1. 压缩试验压缩试验是岩土工程中最常用的一种试验方法,主要用于研究土体和岩石在静态荷载作用下的应变和应力关系,以及其力学性质。
压缩试验一般采用圆柱形或立方体样品,常见的试验设备包括固定底板试验机和振动底板试验机两种。
固定底板试验机的测试原理是将试样放在机器的底板上,通过上下移动试验头,施加垂直向下的载荷,以产生压缩变形。
振动底板试验机是一种新型试验方法,通过在底板上施加振动载荷以促进试样的变形。
2. 剪切试验剪切试验主要用于研究土体和岩石的剪切性能,可分为单轴剪切试验和三轴剪切试验两种。
单轴剪切试验是将试样置于试验机的水平底板上,施加垂直向下的压力,同时在试样的表面产生水平力,使试样进行剪切。
三轴剪切试验是利用三个气室将试样完全包裹,分别施加三个方向的应力,以研究土体和岩石在三个方向上的切向应力和法向应力。
3. 钻孔取心钻孔取心试验是一种非破坏性的试验,主要用于评估岩土中存在的裂隙、结构和岩石类型。
在取样过程中需要特别注意制取的样品应具有代表性,应取样选择典型的岩土层位。
在岩石钻探中,常使用的钻探机械有手动旋转式钻机、电机转向钻机和系统化泥浆钻机。
对于深层地层和硬质岩体,通常使用钻探机械逐层取心,以便对结构和裂隙进行详细的剖分。
4. 动力触探动力触探试验是一种快速、简单且准确的测试方法,可以在不破坏土体的情况下测定岩土体的强度。
试验的原理是将一定质量的重锤从一定高度自由落下,击打位于土层内部的钻杆顶端,并测定沉击钻杆的下沉度以及反弹度,从而评估土层的类型和压缩性质。
动力触探试验设备通常由锤头、钻杆、压力计和数据采集器组成。
触探数据经过处理后,可以用于制作地下剖面图,为地勘、基础工程和岩土工程提供可靠的数据支持。
目录前言 (Ⅱ)第一章岩体变形试验 ................................................................... - 1 -第二章岩体强度试验 ................................................................... - 9 -第三章岩石点荷载强度试验 ..................................................... - 19 -第四章岩体声波探测 ..................................... 错误!未定义书签。
第五章回弹仪测岩体抗压强度 ................................................. - 38 -第六章地下硐室的围岩分类 ......................... 错误!未定义书签。
地七章地下硐室工程地质展示图 ............................................. - 50 -第八章围岩的收敛变形试验…………………………………- 64 -第九章路基沉降观测试验……………………………………- 67 -结束语 ....................................................................................... - 59 -附录 1 ............................................................. 错误!未定义书签。
前言本次实习针对岩石岩体的工程地质特征,岩体(石)基本力学性质及地下开挖工程中岩体力学问题进行验证和试验探索。
目的是巩固加深理解课堂上所学知识,培养运用理论知识解决实践问题的能力;掌握实践工作的方法,如勘察、地质调查、测绘等的方法;培养在实践中分析问题、解决问题的综合能力。
岩体应力测试包括:孔壁应变法测试、孔径变形法测试、孔底应变法测试、表面应变法测试岩体应力是泛指岩体内部存在的应力。
在天然状态下,岩体内部存在的应力,称为岩体初始应力(或天然应力、原始应力);在岩体被扰动后,扰动范围内重分布的应力,称为岩体二次应力。
岩体初始应力,不仅与岩体自重、地质构造运动有关;而且与成岩过程的物理化学变化、地形地貌、地温梯度、岩性特性等有着密切关系,是一种复杂的、综合性的应力状态。
为了了解岩体初始应力状态,最有效的方法就是在现场进行测试。
岩体应力的测试方法很多,且各有利弊。
常用的是套钻岩芯应变解除法。
岩体应力测试是以弹性理论为基础,假定岩体为均质、连续、各向同性的线弹性体基础上进行的。
(一)孔壁应变法测试孔壁应变法测试,是通过在钻孔套钻应力解除过程中,量测某点的孔壁应变,反算该点的三向应力大小和方向,据此计算岩体初始应力。
本测试方法适用于无水、完整或较完整岩体。
应力测试段内,岩件府均一、完整。
测点应选在应力扰动区外。
应力扰动区范围,一般为洞室直径的 2 倍。
测试前后应对试段、钻孔、岩芯及解除岩芯进行地质描述。
主要内容为:钻孔钻进情况、岩性、岩体结构面性状、测点应力现象等,并收集相关地质图。
1、测试孔主要要求用大孔径钻头钻至预定测试深度,并磨平孔底。
取出岩芯,进行描述。
用小孔径钻头钻测试孔,与大孔同轴,深 50cm。
取出岩芯并描述。
当孔壁不光滑时,应采用扩孔器扩孔。
清洗测试孔,并对孔壁进行干燥处理。
试前需进行应变计安装。
用安装器将应变计送入测试孔,就位定向,并施加一定的预压力,使应变计牢固地黏结在孔壁上,取出安装器,量测测点方位及深度。
2、测试要点向钻孔注水,每隔 10min 读数一次,连续 3 次读数相差不超过5με时,即认为稳定,并将此读数作为初始值。
按预定分级深度钻进,进行套钻解除,每级深度宜为 2cm。
每解除一级深度,停钻读数,连续读取 2 次。
套钻解除深度应超过孔底应力集中影响区。
前言本次实习针对岩石岩体的工程地质特征,岩体(石)基本力学性质及地下开挖工程中岩体力学问题进行验证和试验探索。
目的是巩固加深理解课堂上所学知识,培养运用理论知识解决实践问题的能力;掌握实践工作的方法,如勘察、地质调查、测绘等的方法;培养在实践中分析问题、解决问题的综合能力。
本次实习进行的主要试验及项目有:岩体变形试验、岩体强度试验、岩石点荷载强度试验、岩体声波探测(硐室围岩松动圈的声波测试、声波测井、围岩分类的声波测试)、路基沉降观测试验、围岩收敛变形试验、利用回弹仪测定岩石强度试验、硐室的工程地质展示图10项内容。
由于本人水平有限,报告中难免存在的不足与错误,请各位老师批评指正。
目录绪言 (1)第一章岩体强度试验 (2)第二章岩体变形试验 (14)第三章回弹仪测岩体抗压强度 (22)第四章岩石点荷载强度试验 (29)第五章岩体声波探测 (38)第六章围岩的收敛变形试验 (51)第七章地下硐室的围岩分类 (54)第八章路基沉降观测试验 (59)第九章地下硐室工程地质展示图 (61)结束语 (65)附录 (66)第一章岩体强度试验一.试验目的岩体在工程荷载及地应力作用下所发生的失稳破坏其破坏机理有拉张破坏和剪切破坏两种,其中剪切破坏机理占大多数,因此,岩体的强度其本质主要是抗剪切强度。
在各种研究岩体强的试验方法中,人们普遍认为,工程岩体现场的原位强度试验是确定岩体强度的最直观和客观有效的方法。
二. 试验原理岩体的抗剪强度试验一般是采用双千斤顶法,即剪切面上的法向应力和剪切力分别由两个千斤顶施加。
在不同的法向应力(σ)作用下,岩体有与之对应的不同的极限剪应力(c τ),按照库仑定律,建立极限剪应力与法向应力的相关方程:c f c +=στ即可确定岩体的强度参数:f=tg υ—摩擦系数(υ为岩体的摩擦角);C 为岩体的内聚力(结构连接力)。
C 、υ值是岩体强度的重要指标,它代表着岩体抵抗剪切破坏的性能。
岩体应力测试6.1 浅孔孔壁应变法测试6.1.1 完整和较完整岩体可采用浅孔孔壁应变法测试,测试深度不宜大于30m。
6.1.2 测点布置应符合下列要求:1 在同一测段内,岩性应均一、完整。
2 同一测段内,有效测点不应少于2个。
6.1.3 地质描述应包括下列内容:1 钻孔钻进过程中的情况。
2 岩石名称、结构、构造及主要矿物成分。
3 岩体结构面的类型、产状、宽度、充填物性质。
4 测区的岩体应力现象。
5 区域地质图、测区工程地质图、测点工程地质剖面图和钻孔柱状图。
6.1.4 应包括下列主要仪器和设备:1 浅孔孔壁应变计或空心包体式孔壁应变计。
2 钻机。
3 金刚石钻头包括小孔径钻头、套钻解除钻头、扩孔器、磨平钻头和锥形钻头。
各类钻头规格应与应变计配套。
4 静态电阻应变仪。
5 安装器。
6 岩心围压率定器。
7 钻孔烘烤设备。
6.1.5 测试准备应符合下列要求:1 应根据测试要求,选择适当场地,安装并固定好钻机,并应按预定的方位角和倾角进行钻进。
2 应用套钻解除钻头钻至预定的测试深度,并应取出岩心,进行描述。
3 应用磨平钻头磨平孔底,并应用锥形钻头打喇叭口。
4 应用小孔径钻头钻中心测试孔,深度应视应变计要求长度而定。
中心测试孔应与解除孔同轴,两孔孔轴允许偏差不应大于2mm。
5 中心测试孔钻进过程中,应施力均匀并一次完成,取出岩心进行描述。
当孔壁不光滑时,应采用金刚石扩孔器扩孔;当岩心不能满足测试要求时,应重复本条第2款~第4款步骤,直至找到完整岩心位置。
6 应用水冲洗中心测试孔直至回水不含岩粉为止。
7 应根据所选类型的孔壁应变计和黏结剂要求,对中心测试孔孔壁进行干燥处理或清洗。
6.1.6 浅孔孔壁应变计安装应符合下列要求:1 在中心测试孔孔壁和应变计上应均匀涂上黏结剂。
2 应用安装器将应变计送入中心测试孔,就位定向,施加并保持一定的预压力,应使应变计牢固地黏结在孔壁上。
3 待黏结剂充分固化后,应取出安装器,记录测点方位角、倾角及埋设深度。
目录前言 (Ⅱ)第一章岩体变形试验................................................................... - 1 - 第二章岩体强度试验................................................................. - 11 - 第三章岩石点荷载强度试验..................................................... - 25 - 第四章岩体声波探测................................................................. - 32 - 第五章回弹仪测岩体抗压强度................................................. - 46 - 第六章地下硐室的围岩分类..................................................... - 53 - 地七章地下硐室工程地质展示图............................................. - 60 -第八章围岩的收敛变形试验…………………………………- 64 -第九章路基沉降观测试验……………………………………- 67 -结束语....................................................................................... - 70 - 附录 1................................................................ 错误!未定义书签。
前言本次实习针对岩石岩体的工程地质特征,岩体(石)基本力学性质及地下开挖工程中岩体力学问题进行验证和试验探索。