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1、第七次课 岩体原位测试教学目的：要求学生熟悉岩体原位测试的含义特点，掌握载荷试验的原理和方法教学内容： 载荷试验（承压板法）重点难点：试验原理和方法本次课讲稿：作业与试验：根据老师给的试验数据，绘制压力-变形曲线，算出变形模量。岩体原位测试第一节 概述一、含义和特点 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
2、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。 岩体既不同于普通的材料，也不同于岩块，它是在漫长的地质历史中形成的，由岩块和结构面网 络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力和地下水等地质环境中的地质体。因此，岩体的 力学性质与岩块相比具有易变形、强度低的特点，并且受岩体中结构面、天然应力及地下水等因素影 响变化很大。岩体的力学属性也常具非均质、非连续及各向异性。所以，岩体原位测试应在查明岩体 工程地质条件的基础上有计划地进行，并与岩土工程勘察阶段相适应。 二 岩体原位测试一般程序：(1)试验方案制订
3、和试验大纲编写。这是岩体原位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
4、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。 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、声波试验变形试验、强度试验及天然应力量测、声波试验等。 变形试验有：载荷试验（承压板法） 、狭缝法、钻孔变形法等；强度试验有：直剪试验、三轴试 验、点荷载试验等。本章主要介绍载荷试验（承压板试验）和直剪试验 第二节第二节 载荷试验（承压板法）载荷试验（承压板法）载荷试验（承压板法）载荷试验（承压板法） ，用于测定承压板下应力影响范围，用于
5、测定承压板下应力影响范围内岩体、土体的承载力和变形特征。它是在承压板上施加内岩体、土体的承载力和变形特征。它是在承压板上施加一定的荷载，并测定其变形，然后绘制出压力一变形曲线，一定的荷载，并测定其变形，然后绘制出压力一变形曲线，计算岩土的承载力和变形。计算岩土的承载力和变形。我国承压板法一般采用刚性承压板法。该方法的优点我国承压板法一般采用刚性承压板法。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。这里仅介绍刚性承压板法。形特征。这里仅介绍刚性承压板法。( (一一) )基本原理基本原理刚性承压板法是通过刚性承压板刚性承压
6、板法是通过刚性承压板( (其弹性模量大于岩体其弹性模量大于岩体一个数量级以上一个数量级以上) )对半无限空间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。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；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，刚性承压板根据布辛湟斯克公式，刚性承压板下各点的垂直变形下各点的垂直变形(W)(W)可表示为：可表示为：W=mp(1-W=mp(1-2 2)A)A1/21/2/E/E0 0式中：式中：A A承压板
7、面积；承压板面积；E E。岩体的变形模量；岩体的变形模量；p p承压板上单位面积压力；承压板上单位面积压力；岩体的泊松比；岩体的泊松比；m m与承压板形状、刚度有关的系数。与承压板形状、刚度有关的系数。根据上式，量测出某级压力下岩体表面任一点的变形根据上式，量测出某级压力下岩体表面任一点的变形量，即可求出岩体的变形模量量，即可求出岩体的变形模量 E E。 ，刚性承压板法试验一般，刚性承压板法试验一般在试验平硐中进行，也可在勘探平硐或井巷中进行。在露在试验平硐中进行，也可在勘探平硐或井巷中进行。在露天进行试验时，其反力装置可利用地锚或重压法，但必须天进行试验时，其反力装置可利用地锚或重压法，但必
8、须注意试验时的环境温度变化对试验成果注意试验时的环境温度变化对试验成果的影响。的影响。( (二二) )试件制备与描述试件制备与描述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，在预定的试验点部试验点位置，在预定的试验点部位制备试件，具体要求如下：位制备试件，具体要求如下：(1)(1)试段开挖时，应尽可能减少对岩土体的扰动和破坏。试段开挖时，应尽可能减少对岩土体的扰动和破坏。(2)(2)试件受压方向应与建筑物基础的实际受力方向一致。试件受压方向应与建筑物基础的实际受力方向一致。(3)(3)试件的边界条件应满足下列要求：试件的
9、边界条件应满足下列要求：承压板边缘至承压板边缘至硐侧壁的距离应大于承压板直径的硐侧壁的距离应大于承压板直径的 1 15 5 倍；倍；至硐口或掌至硐口或掌子面的距离应大于承压板直径的子面的距离应大于承压板直径的 2 2 倍；倍；至临空面的距离至临空面的距离应大于承压板直径的应大于承压板直径的 6 6 倍；倍；两试件边缘问的距离应大于两试件边缘问的距离应大于承压板直径的承压板直径的 3 3 倍；倍；试件表面以下试件表面以下 3 3 倍承压板直径深度倍承压板直径深度范围内的岩性宜相同。范围内的岩性宜相同。(4)(4)试件范围内受扰动的岩体应清除干净并凿平整；岩试件范围内受扰动的岩体应清除干净并凿平整
10、；岩面起伏差不宜大于承压板直径的面起伏差不宜大于承压板直径的 1 1，承压板以外，试验影，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。响范围以内的岩面也应大致平整，无松动岩块和碎石。(5)(5)试件面积应略大于承压板，其中加压面积不宜小于试件面积应略大于承压板，其中加压面积不宜小于2 2 500cm500cm。(6)(6)试验反力装置部位应能承受足够的反力，在大约试验反力装置部位应能承受足够的反力，在大约3030cm3030cm。范围内大致平整，以便。范围内大致平整，以便浇注混凝土或安装反力装置。浇注混凝土或安装反力装置。2 2试件地质描述试件地质描述试件的地质描述是整个
11、试验工作的重要组成部分，它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：提供可靠的地质依据。包括如下内容：(1)(1)试硐编号、位置、硐底高程、方位、硐深、断面形试硐编号、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。状及尺寸、开挖方式及日期等。(2)(2)试件编号、层位、尺寸及制备方法等。试件编号、层位、尺寸及制备方法等。(3)(3)试段开挖方法及出现的岩体变形破坏等情况。试段开挖方法及出现的岩体变形破坏等情况。(4)(4)岩石类型、结构构造及主要矿物成分和风化程度。岩石类型、结构构
12、造及主要矿物成分和风化程度。(5)(5)地下水情况。地下水情况。(6)(6)岩体结构面类型、产状、性质、隙宽、延伸性、密岩体结构面类型、产状、性质、隙宽、延伸性、密度及充填物性质等情况。度及充填物性质等情况。(7)(7)地质描述应提交的图件包括：试段地质素描图、裂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。地质纵横剖面图，试件地质素描图等。( (三三) )仪器设备及其安装调试仪器设备及其安装调试1仪器设备承压板法所需仪器设备及规格要求如下：承压板法所需仪器设备及规格要求如下：（1 1）加压系统）加压系统液
13、压千斤顶液压千斤顶 1 12 2 台，其出力应根据岩体的坚硬程度、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。行率定。液压枕液压枕 1 12 2 个，单个枕出力一般应为个，单个枕出力一般应为101020MPa20MPa。油泵油泵 1 12 2 台，手摇式或电动式均可，台，手摇式或电动式均可，最大压力最大压力 404060MPa60MPa。高压油管高压油管( (铜管或软管铜管或软管) )及高压及高压快速接头。快速接头。压力表压力表 1 12 2 个，精度为一级，量程个，精度为一级，量程101060MPa60M
14、Pa。稳压装置。稳压装置。(2)(2)传力系统传力系统承压板，金属质，应具有足够的刚度，厚度承压板，金属质，应具有足够的刚度，厚度 3cm3cm，面积约，面积约2 2 0000002 2 500cm500cm。钢垫板若干块，面积等于或略小于承钢垫板若干块，面积等于或略小于承压板，厚度压板，厚度 2 23cm3cm。传力柱，应有足够的刚度和强度，传力柱，应有足够的刚度和强度，其长度视试硐尺寸而定。其长度视试硐尺寸而定。钢质楔形垫板若干块。钢质楔形垫板若干块。(3)(3)量测系统量测系统测表支架两根，钢质，应有足够的刚度和长度。测表支架两根，钢质，应有足够的刚度和长度。百分百分表表 4 48 8
15、只。只。磁性表架或万能表架磁性表架或万能表架 4 48 8 个。个。测量标点测量标点4 48 8 个，铜质或不锈钢质，标点表面应平整光滑。个，铜质或不锈钢质，标点表面应平整光滑。温度温度计一支，精度计一支，精度 0 01 1。2 2仪器设备的安装调试仪器设备的安装调试(1)(1)传力系统安装传力系统安装在制备的试件表面抹一层加有速凝剂的高标号在制备的试件表面抹一层加有速凝剂的高标号( (不低于不低于400#)400#)水泥浆，其厚度以填平岩面起伏为准，然后放上承压水泥浆，其厚度以填平岩面起伏为准，然后放上承压板，用锤轻击承压板，以使承压板与岩面紧密接触。为增板，用锤轻击承压板，以使承压板与岩面
16、紧密接触。为增大承压板的刚度，应在承压板上叠置大承压板的刚度，应在承压板上叠置 3 34 4 块厚块厚 2 23cm3cm 的的钢垫板。钢垫板。依次放上千斤顶、传力柱及钢垫板等，安装时依次放上千斤顶、传力柱及钢垫板等，安装时应注意使整个系统所有部件保持在同一轴线上且与加压方应注意使整个系统所有部件保持在同一轴线上且与加压方向一致。向一致。顶板顶板( (或称后座或称后座) )用加速凝剂的高标号水泥沙浆用加速凝剂的高标号水泥沙浆浇成，浇好后起动液压千斤顶，使整个传力系统各部位接浇成，浇好后起动液压千斤顶，使整个传力系统各部位接合紧密，并经一定时间的养护备用。合紧密，并经一定时间的养护备用。(2)(2)量测系统安装量测系统安装在承压板两侧各安放测表支架一根，支承形式以简支梁为宜，在承压板两侧各安放测表支架一根，支承形式以简支梁为宜，
