第5章 岩体原位测试分析

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。

第5章岩体原位测试
（二）试验孔施工与地质描述
(1)试验孔施工。试验孔应使用金刚石钻头钻进。钻孔深度可视工程需要及岩体 条件而定，孔径需略大于测量压力计或膨胀计直径，且孔壁光滑平直。在受压范 围内，岩性不应有突变或大的构造不连续，4d范围内的岩性应相同；加压段边缘 距孔口不小于l倍加压段长，距孔底不小于0.5倍加压段长，两试点之间距离不小 于1倍加压段长。
第5章岩体原位测试
试体制备
同一组试验的试体不少小于5块。试体剪切面积一般为70 cmX70 cm，并不小于50 cmX50 cm。试体高度为其边长之半 试体间距应便于试体制备和仪器设备安装，但不应小于剪切面边长 的1.5倍，以免试验过程中互相影响 在岩洞内进行试验时，试验部位的洞顶应先开挖成大致平整的岩面， 以便浇注混凝土（或砂浆)反力垫层。在施加剪力的后座部位，应按 液压千斤顶（或液压钢枕）的形状和尺寸开挖。
(2)试件编号、层位、尺寸及制备方法等。 (3)试段开挖方法及出现的岩体变形破坏等情况。 (4)岩石类型、结构构造及主要矿物成分和风化程度。 (5)地下水情况。 (6)岩体结构面类型、产状、性质、隙宽、延伸性、密度及充填物性质等情况。 (7)地质描述应提交的图件包括；试段地质素描图、裂隙统计图表及相应的照 片，试段地质纵横剖面图，试件地质素描图等。 4、试验步骤 (1)准备工作 ① 按设计压力的1．2倍确定最大试验压力。 ② 根据千斤顶(或液压枕)的率定曲线及承压板面积计算出施加压力与压力表 读数关系的加压表。 ③ 测读各测表的初始读数，加压前每10min读数一次，连续三次读数不变， 即可开始加压。
第5章 岩体原位测试
本章重点：岩体原位测试技术的种类；岩体变形试验、岩体强度试验、岩体 应力测试和岩体现场简易测试等各试验的种类、特点、适应对象、仪器设备、操 作过程及试验结果的应用等。（本章在岩体力学中将详细讲到）

岩土工程原位测试技术
第5章 波速试验 章
1
第5章 内 章
5.1 试验设备和方法 5.2 基本测试原理 5.3 试验成果的整理分析 5.4 试验成果的应用 讨 论
容
2
5.1 试验设备和方法
5.1.1 试验设备 试验设备一般包含激振系统、信号接收系统（传感器） 试验设备一般包含激振系统、 信号接收系统（传感器 ）和信 号处理系统。 号处理系统。 测试方法不同，使用的仪器设备也各不相同。 测试方法不同，使用的仪器设备也各不相同。 5.1.2 测试方法 由于土中的纵波速度受到含水量的影响， 由于土中的纵波速度受到含水量的影响， 不能真实地反映土 的动力特性，故通常测试土中的剪切波速， 的动力特性 ，故通常测试土中的剪切波速，测试的方法有单孔法 （检层法）、跨孔法以及面波法（瑞利波法）等。 检层法） 跨孔法以及面波法（瑞利波法）
6
激振控 制器
记录仪
7
跨孔法的测试场地宜平坦，测试孔宜布置在一条直线上。 跨孔法的测试场地宜平坦，测试孔宜布置在一条直线上。测试 孔的间距在土层中宜取2~5m， 在岩层中宜取 ， 在岩层中宜取8~15m； 测试时 ， 应 孔的间距在土层中宜取 ； 测试时， 根据工程情况及地质分层，沿深度方向每隔 布置一个测点。 根据工程情况及地质分层，沿深度方向每隔1~2m布置一个测点。 布置一个测点 钻孔时应注意保持井孔垂直，并宜用泥浆护壁或下套管， 钻孔时应注意保持井孔垂直，并宜用泥浆护壁或下套管，套管 壁与孔壁应紧密接触。测试时， 壁与孔壁应紧密接触。测试时，振源与接收孔内的传感器应设置在 同一水平面。 同一水平面。 现场测试方法： 现场测试方法： （1）当振源采用剪切波锤时，宜采用一次成孔法； ）当振源采用剪切波锤时，宜采用一次成孔法； （2）当振源采用标准贯入试验装置时，宜采用分段测试法。 ）当振源采用标准贯入试验装置时，宜采用分段测试法。 当测试深度大于15m时，必须对所有测试孔进行倾斜度及倾斜 时 当测试深度大于 方位的测试；测点间距不应大于 。 方位的测试；测点间距不应大于1m。 当采用一次成孔法测试时，测试工作结束后， 当采用一次成孔法测试时，测试工作结束后，应选择部分测点 作重复观测，其数量不应少于测点总数的 作重复观测，其数量不应少于测点总数的10%；也可采用振源孔和 ； 接收孔互换的方法进行复测。 接收孔互换的方法进行复测。

求，承压面积则较小(直径30～40cm)。
（2）柔性垫板 压力传递较均匀，承压面积也较大(直径80cm)，有利于反映 试点的裂隙影响，但相应要增大加载设备的容量。
• 当基岩较好、裂隙较少时，宜采用柔性垫板法，但测试操
作较复杂；
• 当基岩破碎，裂隙发育时，宜采用刚性垫板法。虽然刚性 垫板法的测试操作简单，但因设备较笨重，安装往往会带 来困难；且在测定荷载时，不能消除千斤顶的摩擦阻力和 承压板边缘易引起的应力集中。
(1 2 ) p d
4W0 (We )
式中： E0——岩体的变形模量（Ee——岩体的弹性模量）； W0——岩体的总变形；（We——岩体的弹性变形） p——承压板上单位面积压力； μ——岩体的泊松比； d——承压板的直径。
承压板的刚度问题
（1）刚性垫板 要求有足够的刚度，即承压板的厚度与基岩的弹性模量成正 比，弹模愈大，板的厚度也愈大，否则难以满足压力均匀要
承压板法所需仪器设备及规格要求如下：
（1）加压系统
①液压千斤顶1台，其出力应根据岩体的坚硬程度、最大试 验压力及承压板面积等选定，并按规范要求进行率定。 ②油泵1台，手摇式或电动式均可，最大压力40～100MPa。 ③高压油管(铜管或软管)及高压快速接头。
④压力表1个，精度为一级，量程10～100MPa。
• 承压板的荷载面积与岩石的弹模相关关系是比较复杂的。
据日本研究的结果认为：当基岩裂隙间距小于10cm时，采 用直径为80cm的柔性承压板与直径30cm的刚性承压板在
同一基岩部位测试，其结果两者相当一致。
压板的刚度对试验的结果影响较大。承压板的刚度是相对岩体而 言的，判断压板是刚性还是柔性，可用下式：
⑤稳压装置。
(2)传力系统 ① 刚性承压板，金属质，应具有足够的刚度，厚度3cm，面积