第4章 岩体变形试验.

其中， S1 、 S2为按板的最大厚度和最小厚度分 别求出的柔性指数。S1板的半径R1与整板的半 径R的比值 R1
R
Hohai University
（三）绝对刚性、柔性板的计算误差 按布西涅斯克公式，S=0时，绝对刚性 垫板下岩体的沉陷值由式（4-5）计算：
W0
R(1 ) P
——岩土工程科学研究所
孔纲强 2011年12月
Hohai University
第四章 岩体变形试验
• 岩体变形试验是指为了研究岩体变形特性， 获得岩体变形参数（弹性模量、变形模量), 在岩体原位所进行的试验。 • 岩体变形试验的方法：承压板法、狭缝法、 单（双）轴压缩法、钻孔径向加压法、液 压枕径向加压法和水压法。
图4-5 变形稳定标准 （a）逐级一次循环法；（b）逐级多次循环法
六、加压方式
主要的加压方式有如下几种（见图4-6）
Hohai University
（a）逐级一次循环加压法（b）逐级多次循环加压法 （c）大循环加压法
七、温度对岩体变形测试的影响
压力、变形、温度与时间关系曲线图（受温度 影响） 图 4-7
E
式中

2 x
2 y
x — x方向岩体所受的应力，MPa； y — y方向岩体所受的应力，MPa；
x方向岩体的平均应变； y — y方向岩体的平均应变。
x x y y

x y y x x x y y
x —
Hohai University
1 R P(1 ) Wn (arcsin ) rn RE
2
• Hohai University
令
w 随
R R w (arcsin ) 0.64(arcsin ) rn rn W0
R rn
Wn
2
的变化关系列于表4-1
二 承压板刚度问题中承压板绝对刚性和绝对 柔性的判别式（4-4）：
Hohai University
E0 R 1 S 3 3 E1 h 1
2 1 2 0
3
式中：S — 圆形承压板柔性指数； 1 、E1 —承压板的泊松比和弹性模量，MPa； 0 、E0 — 岩体的泊松比和弹性模，MPa； R — 承压板半径，cm； h — 承压板的厚度，cm。 当S< ≤S ≤10 时，承压板为有限刚性；当S>10时，为绝对柔性。
Hohai University
1 2
1 时，承压板为绝对刚性；当 2
长江科学院在湖北丹江口工程进行岩体变形 试验的一个实例。第一次和最后次试验的压 力—变形曲线分别出于图4-3和4-4如下：
Hohai University
（一）刚性承压板形式 1 当S1< 2 并满足下列三个条件之一时，可 以把整个叠置板作为绝对刚性的，这三个 条件是： （1） 0.25 ， （2） 0.5 ， （3） 0.75 ， S2≤1.0 S2≤1.5 S2≤2.0
Hohai University
第一节
E
承压板法试验
2
1.1 圆形刚性承压板法试验计算岩体的变形模量的 计算公式 （4-1）：
(1 ) pd
4 W
式中：E—岩体变形模量，MPa; w—岩体变形,cm； p—承压板下单位面积上的压力，MPa； d—承压板直径，cm； —岩体泊松比。
3.3 单（双）轴压缩法变形试验安装示意图
4-12
1- 测表；2-标点；3-液压枕；4-砂浆
Hohai University
第四节 钻孔径向加压法试验
4.1 柔性加压条件下，钻孔变形试验弹性（或变形） 模量的计算公式如4-10
pd (1 ) E d
式中
E —岩体弹性（变形)模量，MPa； d —钻孔径向弹性变形（或全变形），cm； —岩体泊松比； p —最大压力与初始应力差，MPa； d —实测点钻孔直径，cm。
2 0
2E0
1 1.57 RP E0
2 0
根据布西涅斯克公式，绝对柔性板的绝对 值为（4-6)和（4-7）：
2(1 ) PR （板中心处） W0 E0 4(1 2 0 ) PR WS （板边缘处） E0
2 0
(1 ) PR W0 W E0
2 0
Hohai University
五、变形稳定标准 采用相对变形稳定标准之后，可以使 逐级多次循环的变形稳定标准统一起 来。
相邻两次读数差 A% 100% 前后相邻两级压力下的 读数差
采用A%作相对稳定分析标准时，关键 问题在于确定A%。经过分析比较多年 的经验总结，取5%是适当的，见图4-5
Hohai University
Hohai University
压力、变形、温度与时间关系曲线图（消除温度影 响后） 图 4-8
Hohai University
不同压力下岩体的沉降见表4-3
九、岩体变形试验资料的整理
岩体变形试验所得到的压力-变形曲线的加压曲线 (或称外包线），一般可归纳为五种基本类型，如图 4-10
Hohai University
Hohai University
一 试验边界条件的规定中弹性理论计算公式 （4-2）和（4-3）：
P(1 ) W0 2 RE
2
式中
—刚性板的均匀沉降，cm； W0 —板外点n处的沉降，cm； Wn P—承压板的平均压力，MPa； E—岩体的变形模量，MPa； —岩体的泊松比； rn —板外点n距板中心的距离，cm； R—承压板的半径，cm。
Hohai University
刚性承压板法岩体变形试验安装如下图：
Hohai University
柔性承压板中心孔法试验安装如下图：
Hohai University
1.2
• • • • •
承压板变形试验的主要技术问题：
试验边界条件的规定 承压板尺寸的规定 承压板的刚度问题 测量系统刚度的要求 温度对岩体变形测试的影响
we-弹性变形；wp-残余变形；wo-全变形； Hohai University p-压力；wHale Waihona Puke Baidu变形
第二节
狭缝法试验
2.1 狭缝法试验安装示意图 4-11
Hohai University
第三节 单（双）轴压缩法试验
3.1 试验假定试验范围内的岩体为均匀、各向同性 的弹性体，按弹性介质单、双向受压公式计算 弹性模量和泊松比，如下式4-8、4-9：