岩体变形的原位测试.

(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Hale Waihona Puke Baidu：
Eo ( Ee )
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；
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。
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。
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。
岩体变形的原位测试
主讲人：王伟 wwwiem@163.com 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；
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
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。
(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
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。
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。
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
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。
• 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：
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