第5章 岩体原位测试

第五章岩体原位测试

5.1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。

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。(2)试验。(3)试验资料整理与综合分析。

岩体原位测试的方法种类繁多，主要有变形试验、强度试验及天然应力量测等类型。

5.2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。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。

5.2.1承压板法

承压板法又分为刚性承压板法和揉性承压板法，我国多采用刚性承压板法。

(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；

(二)试件制备与描述

1)试件制备：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。

试件制备具体要求如下：(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2500cm2。(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。

2)试件地质描述：试件的地质描述是整个试验工作的重要组成部分，它可为试验成果分析整理和指标选择提供可靠的地质依据。

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。

(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。

(三) 仪器设备及其安装调试

1)仪器设备：(1)加压系统(2)传力系统(3)量测系统

2)仪器设备的安装调试：(1)传力系统安装(2)量测系统安装

(四) 试验步骤：(1) 准备工作(2) 加压 (3)重复加压

(4)测表调整与调换(5)记录(6)试验设备拆卸

(五) 成果整理

(1) 参照试验现场点绘的测表压力-变形曲线，检查、核对试验数据，剔除或纠正错误的数据。

(2) 变形值计算(3) 以压力p(MPa)为纵坐标、变形值W(10-4cm)为横坐标，绘制p-W关系曲线。在曲线上求取某压力下岩体的弹性变形、塑性变形及总变形值。(4)按公式计算岩体的变形模量或弹性模量。

5.2.2狭缝法

狭缝法又称刻槽法。一般是在巷道或试验平硐底板或侧壁岩面上进行。

狭缝法的优点是设备轻便、安装较简单，对岩体扰动小，能适应于各种方向加压，且适合于各类坚硬完整岩体，是目前工程上经常采用的方法之一。

它的缺点是假定条件与实际岩体有一定的出入，将导致计算结果误差较大，且随测量位置不同而异。

(一)基本原理：在岩面上开一狭缝，将液压枕放入，再用水泥砂浆填实；待砂浆达到一定的强度

后，对液压枕加压；利用布置在狭缝中垂线上的测点量测岩体的变形，进而根据弹性力学公式计算岩体的变形模量。

该方法假定岩体为连续、各向同性、均质的弹性体;狭缝视为半无限平面内的椭圆形(长短轴比视为无限大)孔洞，按平面应力状态下椭圆周边应力与变形的关系计算岩体的变形模量。

(二)试件制备与地质描述

1)试件制备

应根据需要和地质条件选择有代表性的试验地段，确定试验位置和制备试件。

具体要求如下：

(1) 清除掉试件范围内的浮石和松动岩块。(2) 试件的边界条件应满足下列要求：狭缝边缘至洞壁的距离大于1.5l(l为狭缝长度)，距洞口和掌子面的距离大于2l,两狭缝间的距离大于3l。(3)在选定的试验部位开凿一条狭缝(或称直槽)，切缝方向应与工程受力方向垂直，狭缝尺寸应视液压枕大小而定，一般约60×55×6cm。

2)地质描述

内容与要求同承压板法。

(三) 仪器设备及安装调试

1)仪器设备

(1)加压系统(2)测量系统

2)仪器设备的安装调试

(1)埋设液压枕(2)测量系统安装

(四) 试验步骤

(1)准备工作(2)加压(3)重复加压(4)测表调整与调换(5)试验设备拆卸

(五) 成果整理

(1)原始数据的检查与校对。同承压板法。(2)变形值计算。同承压板法。(3)绘制压力-变形曲线。同承压板法。(4)按公式计算岩体的变形模量或弹性模量。

5.2.3钻孔变形法

(一) 基本原理

钻孔变形法是利用钻孔膨胀计或压力计，对孔壁施加径向水压力(图5-8)，测记各级压力下的钻孔径向变形(U)。

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。