岩体变形的原位测试.
03岩土体的原位测试技术
§3.3原位测试进展
4.岩体应力测试技术，在测试元件和套钻技术 (应力解除法)有很多发展。水电部门进行了声发射法) 刻槽)和应力解除法的对比研究，取得进展。声波法 可用于测定岩体历史上受过最大地应力值，而应力解 除法是测定现存应力值。 5.钻孔压水实验方法，由原来的前苏联压水试验 体系向国际通用压水试验方法改进，采用Lugeon(刘 让或吕荣)单位体制。此外，还研究了一些特殊的压 水试验方法，如：多孔压水试验、压气试验等。
§3.1原位测试概念
3.1.3岩土工程原位测试目的 1.在岩土体处于天然状态下，利用原地切割的 较大尺寸的试件进行各种测试取得可靠的岩土体物理、 力学、水理性质指标。 2.对于某些因无法采取原状样品进行室内实验 的岩土体的测试。 如：裂隙化岩石、液态粘性土(低液限粘土、淤 泥)、砂砾。 3.完成或实现室内无法测定的实验内容。 如：地下洞室围岩应力、岩体裂隙的连通性、 透水性、含水层的渗透性等。 4.为施工(基坑开挖、地基处理)提供可靠的数 据。
§3.2原位测试分类
岩土工程原位测试一般可以分成以下几类： 1.岩土力学性质的野外测定 (1)土体力学性质试验——载荷试验、旁压试验、 静、动触探试验、十字板剪切试验。 (2)岩体力学性质试验——岩体变形静力法试验、 声波测试（动力法）试验、岩体抗剪试验、点荷载强 度试验、回弹锤测试、便携式弱面剪试验。 2.岩体应力测定 测定岩体天然应力状态下及工程开挖过程中应 力的变化。如：地下洞室开挖。
§3.4本课程原位测试内容
岩土工程原位测试很多项目并不直接测定土层 的物理力学指标，其成果的应用依赖于经验或半经验 公式。 因此学习时需要了解土体原位测试技术的基本 原理、操作方法、适用范围、试验要点及其试验资料 的整理及成果的应用。尤其要注意各土体原位测试的 测定指标与岩土体性质之间的转换方法。 各种原位测试方法都具有其自身的适用性，一 些原位测试手段只能适用于一定的地基条件，应用时 需注意选择，学习时也应注意各种方法的适用性。
岩土工程原位测试施工作业指导书
作业指导书(岩土原位测试)编写审核：批准：版号：第1版文件编号：生效日期目录1适用范围 (5)2岩体变（弹）性模量测试 (5)2.1试验依据、技术标准 (5)2.2试验目的 (5)2.3试验原理 (5)2.4试验仪器设备 (5)2.5试验准备 (6)2.6现场试验 (7)2.7资料整理与成果分析 (7)2.8报告内容 (8)3岩体抗剪强度测试 (9)3.1试验依据、技术标准 (9)3.2试验目的 (9)3.3试验原理 (9)3.4试验仪器设备 (9)3.5试验准备 (9)3.6现场试验 (10)3.7资料整理与成果分析 (12)3.8报告内容 (13)4岩体地应力测试 (13)4.1引言 (13)4.2测试依据、技术标准 (13)4.3测试目的 (14)4.4测试原理 (14)4.5测试仪器设备 (14)4.6测试准备 (14)4.8地应力值计算与成果分析 (16)4.9报告内容 (20)5洞室收敛变形测试 (21)5.1适用范围 (21)5.2检验所遵循的依据、技术标准 (21)5.3检测目的 (21)5.3检测原理 (21)5.4仪器设备 (21)5.5检测准备 (22)5.6现场检测 (22)5.7资料整理与成果分析 (23)5.8报告内容 (23)6地基土十字板剪切强度测试 (24)6.1适用范围 (24)6.2检验所遵循的依据、技术标准 (24)6.3检测原理 (24)6.4仪器设备 (24)6.5仪器操作步骤 (24)6.6资料整理与成果分析 (25)6.7报告内容 (26)7土体深层竖向变形测试 (26)7.1适用范围 (26)7.2检验所遵循的依据、技术 (26)7.3检测目的 (26)7.4检测原理 (27)7.5仪器设备 (27)7.6检测准备 (27)7.7现场检测 (27)7.8资料整理与成果分析 (28)8岩体深层变形测试 (28)8.1钻孔轴向岩体位移观测 (28)8.2钻孔横向岩体位移观测 (31)9土体深层水平位移测试 (34)9.1适用范围 (34)9.2检验所遵循的依据、技术标准 (34)9.3仪器设备 (34)9.4检测准备 (34)9.5现场检测 (35)9.6资料整理与成果分析 (35)9.7报告内容 (35)10地基土孔隙水压力 (35)10.1适用范围 (35)10.2检验所遵循的依据、技术标准 (35)10.3仪器设备 (36)10.4检测准备 (36)10.5现场检测 (38)10.6资料整理与成果分析 (38)10.7报告内容 (39)11地基土剪切波测试 (39)11.1适用范围 (39)11.2检测依据 (39)11.3仪器功能 (39)11.3仪器的主要部件 (39)11.4检测原理 (39)11.5测试步骤 (40)11.6资料整理与成果分析 (41)11.7仪器的保养 (42)1 适用范围本指导书适用于以下项目的测试：（1）岩体变（弹）性模量测试（2）岩体抗剪强度测试（3）岩体地应力测试（4）洞室收敛变形测试（5）地基土十字板剪切强度测试（6）土体深层竖向变形测试（7）岩体深层变形测试（8）土体深层水平位移测试（9）地基土孔隙水压力（10）地基土剪切波测试2 岩体变（弹）性模量测试2.1试验依据、技术标准（1）中华人民共和国行业标准《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）；（2）检测任务单要求。
原位测试(动力触探-标准贯入等)
原位测试（GB 50021-2009）原位测试：在岩土层原来所处的位置，基本保持的天然结构,天然含水量以及天然应力状态下，测定岩土的工程力学性质指标。
原位测试包括静力触探、动力触探、标准贯入试验、十字板剪切、旁压试验、静载试验、扁板侧胀试验、应力铲试验、现场直剪试验、岩体应力试验、岩土波速测试等。
适用条件：1. 当原位测试比较简单，而室内试验条件与工程实际相差较大时。
2. 当基础的受力状态比较复杂，计算不准确而又无成熟经验，或整体基础的原位真型试验比较简单。
3. 重要工程必须进行必要的原位试验。
优点：可以测定难于取得不扰动土样的有关工程力学性质；可避免取样过程中应力释放的影响；影响范围大，代表性强。
缺点：各种原位测试有其适用条件；有些理论往往建立在统计经验的关系上等。
影响原位测试成果的因素较为复杂,使得对测定值的准确判定造成一定的困难.软土原位测试的一般规定第1条软土地区工程地质勘察应增加原位测试工作量，其布置应与钻探、室内试验的配合和对比，以提高勘察质量。
原位测试成果的使用应考虑地区性和经验性。
第2条原位测试一般包括静力触探试验、十字板剪切试验，标准贯入试验、旁压试验、载荷试验及波速试验等。
选用原位测试方法应以土层情况、设计参数的要求以及建筑物等级等因素确定。
第3条采用静力触探方法评价土的强度和变形指标时，应结合本地区经验取值。
应用静力触探曲线分层时，应综合考虑土的类别，成因和地下水条件等因素。
第4条十字板剪切试验适用于测定软土的抗剪强度。
对重荷载的大型建筑，应测定其残余强度并计算其灵敏度。
第5条标准贯入试验可用于评价土的均匀性和定性地划分不同性质的土层，以及软土中夹砂层的密实度和承载力。
第6条旁压试验宜采用自钻式旁压仪。
依据仪器设备和土质条件，选择适当的钻头、转速、进速、泥浆压力和流量、刃口的距离等以确定最佳自钻方式。
第7条用载荷试验确定地基承载力时，承压板面积不宜小于5000。
承载力基本值的选用，应根据压力和沉降、沉降与时间关系曲线的特征，结合地区经验取值。
岩土工程原位测试
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。
1.5岩土工程原位测试
1.5.1载荷试验 载荷试验 载荷试验是在天然地基上模拟建筑物的基 础荷载条件， 础荷载条件，通过承压板向地基施加竖 向荷载， 向荷载，借以确定在承压板下应力主要 影响范围内的承载力和变形特征。 影响范围内的承载力和变形特征。载荷 试验的主要设备有三个部分： 试验的主要设备有三个部分：加荷与传 压装置、变形观测系统及承压板。 压装置、变形观测系统及承压板。试验 将试坑挖到基础的预计埋置深度、 时，将试坑挖到基础的预计埋置深度、 整平坑底、放置承压板， 整平坑底、放置承压板，在承压板上施 加荷重来进行试验。 加荷重来进行试验。
1.6.1地基基础检验和监测 1.天然地基基坑检验 天然地基基坑检验又称验槽， 天然地基基坑检验又称验槽，是岩土工程 中必须做的常规工作， 中必须做的常规工作，也是勘察工作的 最后一个环节。当基槽开挖完毕后， 最后一个环节。当基槽开挖完毕后，由 勘察、设计、 勘察、设计、施工和监理几个方面的技 术负责人，共同到施工现场进行验槽。 术负责人，共同到施工现场进行验槽。
标准贯入试验的锤击数N可直接标在工程 标准贯入试验的锤击数 可直接标在工程 地质剖面图上， 地质剖面图上，也可绘制单孔标准贯入 试验的锤击数N与深度关系曲线或直方图 与深度关系曲线或直方图。 试验的锤击数 与深度关系曲线或直方图。 根据标准贯入试验的锤击数， 根据标准贯入试验的锤击数，可以评价砂 土的密实程度， 土的密实程度，结合地区经验可以确定 地基土承载力，判定粘性土的物理状态， 地基土承载力，判定粘性土的物理状态， 土的强度、变形参数、单桩承载力， 土的强度、变形参数、单桩承载力，砂 土和粉土的液化， 土和粉土的液化，成桩的可能性等做出 评价。 评价。
验槽的目的是检验有限的钻孔与实际开挖的地基 是否一致，勘察报告的结论与建议是否准确， 是否一致，勘察报告的结论与建议是否准确， 并根据基槽开挖实际情况， 并根据基槽开挖实际情况，研究解决新发现的 问题和勘察报告遗留的问题。 问题和勘察报告遗留的问题。 验槽的基本内容包括核对验槽开挖平面位置和槽 底标高是否与勘察、设计要求相符； 底标高是否与勘察、设计要求相符；检验槽底 持力层土质与勘探是否相符； 持力层土质与勘探是否相符；当基槽土质显著 不均匀或局部有古井、墓穴时， 不均匀或局部有古井、墓穴时，可用铁钎探查 明平面范围与深度； 明平面范围与深度；研究决定地基基础方案是 否有必要修改或作局部处理。 否有必要修改或作局部处理。 验槽方法以肉眼观察或使用袖珍贯入仪等简便易 行的方法为主，必要时可辅以夯、 行的方法为主，必要时可辅以夯、拍或轻便触 探。
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
2
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。
第四章 岩体原位测试(岩土测试技术)
4. 安装完毕后，起动千斤 稍加压力或在传力柱
板间楔进楔形垫块，
系统结合紧密
顶 与垫 使整个
5. 加压与稳定标准
1）试验压力要分成5级施加 2）加压前要对千分表进行初始稳定读数观测 3）采用逐级一次循环法或逐级多次循环法 4）每级压力加压后，立即读数，以后每10分钟读一次 5）稳定标准：相邻两次读数差与该级压力的初始读数和上 一级压力的最后读数之差的比值小于5%
一、千斤顶法（承压板法）
基本原理
该法就是通过刚性或柔性承压板将 荷载加在无限空间的岩面上，测量 岩体变形，并把岩体视为均质、连 续、各向同性的理想弹性体按半 无限弹性体表面受局部荷载的布西 涅斯克(Boussniesg)解，根据所采用 的承压板的刚度和形状求解岩体的 变形模量等。
试验装置
1）承压板 2）加压装置 3）反力装置 4）量测装置
水压法是在岩体内开挖一个试洞，形成一个封闭 的空间，用高压水泵将水压入其中，向试洞围岩 表面施加均匀的水压力，使岩体发生变形，可根 据压力与变形的关系，求出岩体的变形参数
膨胀计
Em
dp (1 U
m)
E m — 变形模量
d — 钻孔直径
U — 径向位移
p — 压力（加静水压力）
第二节 岩体强度测试
5）试件顶面和剪力面务必要与反力面平行 6）试件尺寸宜选用2500~10000cm2，最小边长应大
于50cm，试件高度应大于最小边长的一半 7）试件间距要大于最小边长 8）制备好试件后，不要放置太长时间 9）位移观测要求
试验要求
最大垂直荷载为工程设计最大应力的1.2倍 每组试验试件的数量不少于5个 法向荷载一次施加完毕，加荷后立即读数，以后
4. 试点表面应垂直预定的受力方向 5. 承压板的边缘距洞侧壁应大于承压板直径D的1.5倍，至洞
岩体原位测试
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。
岩体变形的原位测试
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-变形曲线，
计算岩体的变形参数。
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。
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
约2 000～2 500cm2。
② 钢垫板若干块，面积等于或略小于承压板，厚度2～3cm。 ③ 传力柱，应有足够的刚度和强度，其长度视试硐尺寸而定。 ④ 钢质楔形垫板若干块。
(3)量测系统
① 测量支架，两根具有足够刚度和满足边界条件要求长度的钢
在国内测定岩体变形性的试验方法较多，按荷载的性质可分 为两大类：静力法和动力法。 静力法： （1）承压板法（刚性承压板法和柔性承压板法）； （2）狭缝法（刻槽法）； （3）单（双）轴压缩法； （4）隧洞水压变形法（封闭硐室法）； （5）钻孔变形测试法； （6）径向液压枕法或双筒法； （7）钢索锚固加荷法； （8）三轴压缩试验； 动力法： •地震试验； •声波试验； •超声波试验。
承压板法又分为刚性承压板法和柔性承压板法，我国 多采用刚性承压板法。该方法的优点是简便、直观，能 较好地模拟建筑物基础的受力状态和变形特征。除常规 的承压板法外，还有一种承压板下中心孔变形测试的方 法，即在承压板下试验体中心打一测量孔，采用多点位 移计测定岩体不同深度处的变形值。此外，国际岩石力 学学会测试委员会还推荐了一种现场孔底承压板法变形 试验。
(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。
岩土工程原位测试
中 国 地 质 大 学 环 境 学 院 School of Environmental Studies-CUG
二、土体原位测试
3、静力触探试验成果整理
对原始数据进行检查与校正，如深度和零飘校正。按照《静 力触探技术规则》TBJ37-93进行。 计算比贯入阻力ps、锥尖阻力qc、侧壁摩擦力fs、摩阻比Fr及 空隙水压力U。
二、土体原位测试
4、静力触探试验成果应用
中 国 地 质 大 学 环 境 学 院 School of Environmental Studies-CUG
二、土体原位测试
4、静力触探试验成果应用
中 国 地 质 大 学 环 境 学 院 School of Environmental Studies-CUG
中 国 地 质 大 学 环 境 学 院 School of Environmental Studies-CUG
二、土体原位测试
1、圆锥动力触探试验
（2）圆锥动力触探测试要点
② 重型动力触探
试验前将触探架安装平稳，使触探保持铅直，铅直度最大偏 差不超过2%，连接杆保持平直，连接牢固。 贯入时，穿心锤自由落距（0.76±0.02）m。地面上触探杆高 度不宜过高，以免倾斜与摆动过大。
第六讲
岩土工程原位测试
提纲
一、概述
二、土体原位测试
三、岩体原位测试
中 国 地 质 大 学 环 境 学 院 School of Environmental Studies-CUG
一、概述
（一）原位测试的必要性
为了取得工程设计所需要的反映地基岩土体物理、力学、水理 性质指标，以及含水层参数等定量指标。
（1）某一级压力沉降量大于前一级压力沉降量2倍。 （2）lgP-lgS或P-△S/ △P曲线拐点。
原位试验的方法和目的
原位试验的方法和目的
原位试验是直接在岩土体原来所处的位置上或基本上在原位状态和应力条件下对岩土性质进行的测试。
这种方法能够最大程度地保持岩土体的天然结构和应力环境，对岩土体本身的扰动很小，使得测出的岩土体力学参数更直观、准确。
原位试验的常用方法有平板载荷试验、旁压试验、十字板试验、大型直剪试验、压水和注水试验等。
其中，确定岩体变形模量最常用的原位试验是平板载荷试验。
这类试验经常通过测量承载板的位移量来计算变形模量，但可能造成结果不够准确，其原因有承载板的偏斜、板与岩体之间空隙的闭合及承载板下面卸荷裂隙与爆破所形成裂隙的闭合。
因此，应尽可能用埋于岩体中的多点应变计来量测变形量。
原位试验的目的是获取岩土体工程特性的参数，如地应力、变形特性（模量）、抗剪强度以及软弱夹层或结构面的残余应力等。
此外，当室内试验条件与工程实际相差较大，或整体基础的原位真型试验比较简单，或基础的受力状态比较复杂且计算不准确时，也需要进行原位试验。
总的来说，原位试验在地质工程、岩土工程等领域中具有重要的应用价值，能够为工程设计和施工提供可靠的地质参数和技术支持。
第11章岩体原位变形测试
传统的岩体承压板法变形试验以假定岩体为半无限 均质弹性介质为前提，只能得出一个综合(等效)的 弹性(或变形)模量，对于水电工程中经常遇到的薄 的软弱层带的模量不能测定。为此，需要在传统的 岩体变形承压板法试验的基础上发展浙的层状岩体 承压板法变形试验，它可以利用分层弹模计算的方 法测定出软弱层带及其他各个岩层的模量，是岩石 力学试验方法上的一次突破。
岩体原位变形测试是通过加压设备将力(荷载)施加 在选定的岩体面上并测定岩体的变形。测试方法有 静力法和动力法两类。本章介绍各种静力测试方法。
岩体变形特性指标，通常包括变形模量、弹性模 量、泊松比。岩体模量分切线模量和割线模量(又 称变形模量)。 岩体原位变形测试的目的是为工程设计中地(坝) 基、地下建筑物和边坡稳定分析，提供变形特性 参数(变形、弹性模量和泊松比等)，并研究其变 形特性。
1.6 试验成果整理 (1)绘制压力与变形关系曲线 (2)计算岩体变形(弹性)模量
1.7 影响因素 承压板的大小，刚度； 加压方式 变形稳定标准 试点的边界条件 磁性表架、测量支架的刚度影响 温度影响
2.1试验原理和适用范围 狭缝法又称狭槽法，它是在岩体中挖凿一狭槽， 埋入压力枕，通过压力枕向狭缝两侧岩体加压，同 时测量岩体的变形，按均匀、连续、各向同性的无 限弹性平面问题，计算岩体的变形特性指标。 本试验方法适用于工程建设中的坚硬、半坚硬岩体。
1.3试点制备与描述 (1)试点制备 试点受压力方向应尽可能与建筑物基础实际受 力方向一致。试点范围内岩体表面用人工凿平， 起伏差一般不超过3-5mm。若岩体较破碎，可 用薄层砂浆抹平。 试点的顶板(或后座)30cm x 30cm范围内浇注 砂浆(或混凝土)。采用柔性承压板时，可将后座 岩壁按测点要求制备，以便同时布置量表测试。 (2)试点布置 试点距洞壁一般不小于1.5倍承压板直径(或矩 形的最大边长)。承压板边缘距掌子面不小于2倍 承压板直径(或矩形的最大边长)。试点与试点的 距离应大于2m。
第五章 岩体的原位测试
②通过安放在测表支架上的磁性表座或万能表架在承 压板及其以外石呵对弥部位上安装测表(百分表)。测表 安装时应注意：(a)测表表腿与承压板或岩面标点垂直且 俯镣自如，避免被夹过紧或松动；(b)采用大量程测表时， 应调整好初始读数，尽量避免或域少在斌验过程中凋表， c)测表应安在适当位置，便于读数和调表；(磁性表架的 悬臂杆应尽量缩短，以保证表架有足够的刚度。 5.1.2.4 试验要求 1、试验一般在平硐中进行（承压板法、环形加压 法），狭缝法可在地面进行。 2、试验最大荷载Pmax<P0（比例极限）， Pmax=1.2P， P为建筑物基础底面设计压力。 3、试验荷载分级， Pi =(0.1-0.2)Pmax，等分取整。 4、加卸荷方法与工程荷载作用于工程岩体的方式一 致。
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。
岩体的强度参数是工程岩体破坏机理分析及稳定
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。 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。据弹性波的 激发方式不同，又分为声波法和地震法。
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
岩体变形的原位测试
（2）加压 ① 将确定的最大压力分为5-10级并分级施加压力；加压方式一般
采用逐级一次循环加压法，必要时可采用逐级多次循环法。
② 加压后立即读数一次，此后每隔10min读一次数，直到变形稳
定后卸压；卸压过程中的读数要求与加压相同；在加卸压过 程中，压力下的变形也应测读一次；板外测点可在板上测表 读数达到稳定后一次性读数。 ③ 变形稳定标准，当所有承压板上测表相邻两次读数之差△W0 与同级压力下第一次读数与前一级压力下最后一次变形读数 差W0之比，即△W0/ W0，比值小于5%时，认为变形已稳定。 ④ 某级压力加完后卸压，卸压时应注意除最后一级压力卸至零 外，其他各级压力均应保留接触压力(0.1～0.05MPa)，以保证 安全操作，避免传力柱倾倒及顶板坍塌。
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
约2 000～2 500cm2。
② 钢垫板若干块，面积等于或略小于承压板，厚度2～3cm。 ③ 传力柱，应有足够的刚度和强度，其长度视试硐尺寸而定。 ④ 钢质楔形垫板若干块。
(3)量测系统
① 测量支架，两根具有足够刚度和满足边界条件要求长度的钢
• 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：
岩体变形的原位测试
主讲人：王伟 wwwiem@ 勘查技术与工程教研室
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
岩体原位测试
(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。
②加压后立即读数一次，此后每隔10min读一次数，直到变形稳定后卸压； 卸压过程中的读数要求与加压同；在加卸压过程中，过程压力下的变形也应测 读一次；板外测点可在板上测表读数达到稳定后一次性读数。
③变形稳定标准，当所有承压板上测表相邻两次读数之差与同级压力下第一 次读数与前一级压力下最后一次读数差的比值<5％时，可认为变形达到了稳定。
据弹性波的激发方式不同，又分为声波法和地震法。
第2节 岩体变形试验
一、 承压板法
1、基本原理 刚性承压板法是通过刚性承压板(其弹性横量大于岩体一个数量级以上)对
半无限空间岩体表面施加压力并量测各级压力下岩体的变形；按弹性理论公式 计算岩体变形参数的方法。该方法视岩体为均质、连续、各向同性的半无限弹 性体；根据布辛湟斯克公式，刚性承压板下各点的垂直变形(W)可表示为：
2、试件制备与描述 应根据工程需要和工程地质条件选择代表性试验地段和试验点位置，在
预定的试验点部位制备试件，具体要求如下： (1)试段开挖时，应尽可能减少对岩体的扰动和破坏。 (2)试件受压方向应与建筑物基础的实际受力方向一致。
(3)试件的边界条件应满足下列要求：
①承压板边缘至硐侧壁的距离应大于承压板直径的1.5倍； ②至硐口或掌子面的距离应大于承压板直径的2倍； ③至临空面的距离应大于承压板直径的6倍； ④两试件边缘间的距离应大于承压板直径的3倍； ⑤试件表面以下3倍承压板直径深度范围内的岩性宜相同。 (4)试件范围内受扰动的岩体应清除干净并凿平整；岩面起伏差不宜大于承 压板直径的1％，承压板以外，试验影响范围以内的岩面也应大致平整，无松动 岩块和碎石。 (5)试件面积应略大于承压板，其中加压面积不宜小于2 500cm2。 (6)试验反力装置部位应能承受足够的反力，在大约30×30cm2范围内大致平 整，以便浇注混凝土或安装反力装置。 3、仪器设备及安装调试 包括如下内容： (1)试硐编号、位置、硐底高程、方位、硐深、断面形状及尺寸、开挖方式 及日期等。
岩土工程原位测试方法概括与分析
岩土工程原位测试方法概括与分析及其应用做一细化并提出合理化建议，具有较强的理论性和实用性。
关键词】岩土工程；原位测试；试验方法正文1、原位测试方法分类所谓的原位测试法就是在岩土层原来所处的位置，基本保持的天然结构，天然含水量以及天然应力状态下，测定岩土的工程力学性质指标。
原位测试包括静力触探、动力触探、标准贯入试验、十字板剪切、旁压试验、静载试验、扁板侧胀试验、应力铲试验、现场直剪试验、岩体原位应力测试、岩土波速测试等。
1.1 静力触探静力触探测试简称静探（CPT：static cone penetration test），是把一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压人土中，并测定探头阻力等的一种测试方法，实际上是一种准静力触探试验。
试验是用机械装置把带有双层管的圆锥形探头压人土中，在地面上用压力表分别量测套筒侧壁与周围土层间的摩阻力（fs）和探头锥尖贯入土层时所受的阻力（qc）。
1.2动力触探圆锥动力触探试验习惯上称为动力触探试验（DPT：dynamic penetration test）或简称动探，它是利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥形探头打入土中，根据每打入土中一定深度的锤击数（或贯入能量）来判定土的物理力学特性和相关参数的一种原位测试方法。
1.3标准贯入试验标准贯入试验（SPT：standard penetration test）标准贯入试验习惯上简称为标贯。
它使用SPT锤将钻杆底部的对开管式贯入器打入钻孔孔底的土中，取得土样。
贯入300mm（1英尺）所需要的锤击数称为N值，其与土体强度有关。
1.4十字板剪切试验野外十字板剪切试验（FVST：Field Vane Shear Test）习惯上称为十字板剪切试验，是用插入软黏土中的十字板头，以一定得速率旋转，测出土的抵抗力矩，换算地基土不排水抗剪强度的现场试验。
1.5旁压试验旁压试验（LLT：Lateral Loading Test）是将圆柱形旁压器竖直放入土中，通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给周围的土体（岩体），使土体（岩体）产生变形直至破坏，通过量测施加的压力和土变形之间的关系，即可得到地基土在水平方向的应力应变关系。
岩体变形的原位测试
(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
约2 000～2 500cm2。
② 钢垫板若干块，面积等于或略小于承压板，厚度2～3cm。 ③ 传力柱，应有足够的刚度和强度，其长度视试硐尺寸而定。 ④ 钢质楔形垫板若干块。
(3)量测系统
① 测量支架，两根具有足够刚度和满足边界条件要求长度的钢
实验步骤
（1）试验压力确定 ① 试验最大压力一般按设计压力的1.2倍确定，压力分5-10 级，用最大压力等分并取整的分级方法。
② 据液压千斤顶(或液压枕)的率定曲线，标准压力表刻度，
活塞及承压板面积，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。
1 12 E0 R3 S 3 2 1 0 E1 h3
式中，
1 为承压板的泊松比； E 为承压板的弹性模量，MPa； 1 0 为岩体的泊松比； E0 为岩体的弹性模量，MPa；
R
为承压板半径，cm； h 为承压板厚度，cm；
S为圆形承压板的柔性指数；
当
S 1 2
时，为绝对刚性；
当 1 2 S 10 时，为有限刚度；
( 一) 刚性承压板法是通过刚性承压板(其弹性模量大于岩体一个
数量级以上)对半无限空间 岩体表面施加压力并量测各级
压力下岩体的变形；按弹性理论公式计算岩体变形参数的
方法。该方法视岩体为均质、连续、各向同性的半无限弹 性体；根据布辛涅斯克公式，可推导出测点在板内的圆形
板计算公式：
Eo ( Ee )
w0=wp+we
wp为永久变形（残余变形），裂隙及充填物的变形。 p p0
岩土工程原位测试59节
岩土工程原位测试59节概述原位测试是评估岩土工程结构承载力和变形性能的必要手段之一。
在原位测试方法中，岩土样品的性质会得到准确地确定，以便进行合适的设计和建造。
原位测试包括两种类型：静态和动态，其中静态原位测试是一种常用的测试方法。
本文将介绍一些与岩土工程原位测试相关的基本概念和常见测试方法。
原位测试的基本概念岩土工程的基本定义岩土工程是涉及土壤和岩石力学特性的工程学科，旨在应用工程方法解决地球物理问题。
岩土工程涉及土壤和岩石基础、坑道、挖掘物的基础、堆放场地和填方等，因此在设计和建造大型工程结构时十分重要。
原位测试原位测试是指直接在岩土中进行实际测试。
原位测试的主要目的是确定岩土层的物理和力学性质，并与实验室测定的岩土样品进行比较。
原位测试的常用方法包括静动力触探法、土工位移仪法、孔压力计法等。
原位测试方法静力触探法静力触探测试是一种用力器设备直接访问地下层并测定其性质的方法。
这种测试方法主要适用于测定土层内的松散层、混凝土层和燃料池，以及确定地面承载力和导向桩的承重力。
静力触探法通过地下桩塔变形与作用力的比例确定地球物理特征，通过对岩土样品的处理进行测量。
本方法准确简便，因此广泛应用于岩土工程的现场和实验室测定。
水平位移计法水平位移计是一种测定本构特性的方便工具。
它可以通过调整测试时为试样预设的受力和位移，以构建样品的荷载位移曲线。
水平位移计是一种简单的仪器，使用便捷易懂，准确可靠，因此被广泛应用于现场建筑、桥梁工程、高速公路工程等领域。
孔压力计法孔压力计是一种测定土体水平相应、应变和压缩的工具。
孔压力计根据岩土的类型和用途不同而发生变化，但其测定原理都基于装有测量器的膨胀器压缩所引起的压力变化。
孔压力计法具有操作简单、测量结果可靠、适用性较广等特点，因此也被广泛用于现场测试和研究岩土工程材料力学等问题。
本文介绍了岩土工程原位测试方法的基本概念以及常见测试方法。
岩土工程的设计和建造需要准确地评估材料的物理、机械性质。
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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
约2 000～2 500cm2。
② 钢垫板若干块，面积等于或略小于承压板，厚度2～3cm。 ③ 传力柱，应有足够的刚度和强度，其长度视试硐尺寸而定。 ④ 钢质楔形垫板若干块。
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
缺点: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行：
(1)试验方案制订和试验大纲编写。这是岩体原位试验
岩体变形的原位测试
主讲人：王伟 wwwiem@ 勘查技术与工程教研室
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。 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；
一、承压板法 承压板法又分为刚性承压板法和柔性承压板法，我 国多采用刚性承压板法。该方法的优点是简便、直观， 能较好地模拟建筑物基础的受力状态和变形特征。除常 规的承压板法外，还有一种承压板下中心孔变形测试的 方法，即在承压板下试验体中心打一测量孔，采用多点 位移计测定岩体不同深度处的变形值。此外，国际岩石 力学学会测试委员会还推荐了一种现场孔底承压板法变 形试验。
当
S 10
时，为绝对柔度；
刚性承压板法试验安装示意图 1-砂浆顶板；2-钢垫板；3-传力柱；4-圆形钢垫板；5-标准压力表；6-液 压千斤顶；7-高压管（接油泵）；8-磁性表架；9-工字钢梁；10-钢板；11刚性承压板；12-标点；13-千分表；14-滚排轴；15-混凝土支墩；16-木桩 ；17-油泵（接千斤顶）18-木垫板；19-木梁
在国内测定岩体变形性的试验方法较多，按荷载的性质可分 为两大类：静力法和动力法。 静力法： （1）承压板法（刚性承压板法和柔性承压板法）； （2）狭缝法（刻槽法）； （3）单（双）轴压缩法； （4）隧洞水压变形法（封闭硐室法）； （5）钻孔变形测试法； （6）径向液压枕法或双筒法； （7）钢索锚固加荷法； （8）三轴压缩试验； 动力法： •地震试验； •声波试验； •超声波试验。
(一)基本原理 刚性承压板法是通过刚性承压板(其弹性模量大于岩体一个
数量级以上)对半无限空间 岩体表面施加压力并量测各级
压力下岩体的变形；按弹性理论公式计算岩体变形参数的
方法。该方法视岩体为均质、连续、各向同性的半无限弹 性体；根据布辛涅斯克公式，可推导出测点在板内的圆形
板计算公式：
Eo ( Ee )
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-变形曲
线，计算岩体的变形参数。
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。
1 12 E0 R3 S 3 2 1 0 E1 h3
式中，
1 为承压板的泊松比； E 为承压板的弹性模量，MPa； 1 0 为岩体的泊松比； E0 为岩体的弹性模量，MPa；
R
为承压板半径，cm； h 为承压板厚度，cm；
S为圆形承压板的柔性指数；
当
S 1 2
时，为绝对刚性；
当 1 2 S 10 时，为有限刚度；