岩体原位测试

2.3 狭缝法
狭缝法又称狭缝扁千斤顶法，是在选定的岩体表面 刻槽，然后在槽内安装扁千斤顶（压力枕）进行试验 （图4）。试验时，利用油泵和千斤顶对槽壁岩体分级 施加法向压力，同时利用百分表测记相应压力下的变 形值WR。岩体的变形模量Em(MPa) 按下式计算：
Em pl (1 m )(tan1 tan2 ) (1 m )(sin 21 sin 2 2 ) 2WR
2 pD(1 m )ω pD(1 m )ω Eme Em We W 式中：p：承压板上单位面积压力, MPa；D：承压
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板的直径或边长，cm； W、 We ：分别为相应于p下 的岩体总变形和弹性变形，cm；ω：与承压板形状、 刚度有关的系数。对于圆形板ω=0.785；对于方形 板ω=0.886；μm为岩体的泊松比。
岩体的原位测试
内容
1 概述 2 岩体变形实验
2.1 承压板实验
2.2 钻孔变形法
2.3 狭缝法
3 岩体强度实验
3.1 直剪试验 3.2 三轴试验
1 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。
图3 钻孔变形试验装置示意图
与承压板法相比较，钻孔变形法的优点是：
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。
图1 承压板变形试验装置示意图
2.1 承压板法
试验时，先将预定的最大荷载分为若干级，采用逐级一次 循环法加压。在加压过程中，同时测记各级压力（p）下的岩 体变形值（ W），绘制p-W曲线（图2）。通过某级压力下的 变形值，用如下的布西涅斯克公式计算岩体的变形模量 Em (MPa)和弹性模量Eme (MPa):
侧视图
俯视图
岩体三轴试验仪器设备安装示意图
中国地质大学岩体力学网络课程பைடு நூலகம்试验测试
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2 岩体变形测试
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-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。
2.1 承压板法
承压板法又分为刚性承压板法和 柔性承压板法。刚性承压板法试验 通常是在平巷中进行，其装置如图 1 所示。先在选择好的具有代表性 的岩面上清楚浮石，平整岩面。然 后依次装上承压板、千斤顶、传立 柱和变形量表。将洞顶作为反力装 置，通过油压千斤顶对岩面施加荷 载，并用百分表测试岩体变形值。
式中，p为作用于刻槽壁 上的压力，Mpa；WR为测量 点A1、A2的相对位移，cm； WR=△y2-△y1, △y2、△y1 为 A1、A2 的绝对值位移，cm。
图4 相对变形计算示意图 图5狭缝法式验示意图
3 岩体强度试验
岩体的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。 特别是在一些大型工程的详勘阶段，大型岩体力学试验占 有很重要的地位，是主要的勘察手段。 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。
图2 岩体p-W曲线
2.2 钻孔变形法
钻孔变形法是利用钻孔膨胀计等设备，通过水泵对一定长度的钻孔壁 施加均匀的径向载荷(图3)，同时测记各级压力下的径向变形U。利用厚壁 筒理论可推导出岩体的变形模量Em(MPa)与U的关系为：
dp(1 m ) Em U
式中：d—钻孔直径(cm)； p—压力(MPa)； 其余符号意义同前。
1—砂浆顶板； 2 —钢板； 3 —传力柱； 4 —压力表； 5 —液压千斤顶； 6—滚轴排； 7 —混凝土后座； 8 —斜垫板； 9 —钢筋混凝土保护罩
岩体本身抗剪强度试验安装示意图
抗剪强度试验实物图
3.2 三轴试验
基本原理
原位岩体三轴试验一般是在平硐中进行的，即在平硐中 加工试件，并施加三向压力，然后根据莫尔理论求岩体的 抗压强度及E0、μ等参数。试验又分为等围压(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。
3.1 直剪试验
该方法是在平巷中制备试件，并以两个千斤顶分别在 垂直和水平方向施加外力而进行试验。试验时，先施加垂 直荷载，待其变形稳定后，再逐级施加水平建立直至试件 劈坏。 通过试验可获取如下资料：①岩体剪应力(τ)-剪位移(u) 曲线及法向应力(σ) –法向变形(W)曲线。②剪切强度曲线 及岩体剪切强度参数Cm、φm值。