岩土工程详细勘察报告岩土工程原位测试PPT_详细

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1、水文地质与工程地质勘察第二部分工程地质勘察曾 斌中国地质大学（武汉）环境学院中国地质大学（武汉）环境学院zengbin_ 第四讲岩土工程原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG提 纲l 一、概述l二、土体原位测试l三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu（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、水理物理、力学、水理性质指标性质指标，以及，以及含水层参数含水层参数等定量指标。等定量指标。 弥补实验室小尺

2、寸试件，不能完全确切地反映天然状态下的岩弥补实验室小尺寸试件，不能完全确切地反映天然状态下的岩土性质的不足。土性质的不足。 在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学性质及其他在现场进行试验，测定岩土体在原位状态下的力学性质及其他指标。指标。一、概述中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu（二）原位测试目的1 1、在岩土体处于天然状态下，利用、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原地切割的较大尺寸的试件进行各种测试取进行各种测试取得可靠的岩土体物理、力学、水理性质指标。得可靠的岩土体物理、力学、水理性质指标。 2 2、对于某

3、些因、对于某些因无法采取原状样品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。石、液态粘性土（低液限粘土、淤泥）、砂砾。 3 3、完成或实现、完成或实现室内无法测定的实验内容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。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。连通性、透水性、含水层的渗透性等。 4 4、为施工（基坑开挖、地基处理）提供可靠的数据。、为施工（基坑开挖、地基处理）提供可靠的数据。一、概述中国地质大学环境学院School of Environmental

4、Studies-CUGu（三）原位测试的分类1 1、岩土、岩土力学性质力学性质的野外测定的野外测定 （1 1）土体土体力学性质试验力学性质试验 载荷试验、旁压试验、静、动触探试验、十字板剪切试验载荷试验、旁压试验、静、动触探试验、十字板剪切试验 （2 2）岩体岩体力学性质试验力学性质试验 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、便携式弱面剪试验验、回弹锤测试、便携式弱面剪试验 2 2、岩体、岩体应力应力测定测定 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：地下洞室开挖测

5、定岩体天然应力状态下及工程开挖过程中应力的变化。如：地下洞室开挖一、概述中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG3 3、水文水文地质试验地质试验 钻孔压水试验（裂隙岩体）、抽水试验（中、强富水性含水层）、注钻孔压水试验（裂隙岩体）、抽水试验（中、强富水性含水层）、注水试验（干、松散透水层）、岩溶裂隙连通试验等。水试验（干、松散透水层）、岩溶裂隙连通试验等。4 4、改善土、石性能的试验、改善土、石性能的试验 为地基改良和加固处理提供依据。如：灌浆试验、桩基试验等。为地基改良和加固处理提供依据。如：灌浆试验、桩基试验等。一、概述中国地质大学环境学院

6、School of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试u（一）静力载荷试验l模拟建筑物基础工作条件的测试方法。模拟建筑物基础工作条件的测试方法。l保持土体天然状态，采用保持土体天然状态，采用承压板逐级施加荷载承压板逐级施加荷载，获得应力、变形曲线，测试承压，获得应力、变形曲线，测试承压板宽度板宽度1.52.01.52.0倍深度范围内土层的倍深度范围内土层的应力应力应变应变时间时间关系的综合性状。关系的综合性状。l成果可直接用于地基承载力设计。成果可直接用于地基承载力设计。 按试验深度分为：浅层和深层；按试验深度分为：浅层和深层； 按承压板形状分为：平板和螺旋板；

7、按承压板形状分为：平板和螺旋板； 按照用途分为：一般载荷试验和桩载荷试验；按照用途分为：一般载荷试验和桩载荷试验； 按荷载性质分为：静力和动力载荷试验。按荷载性质分为：静力和动力载荷试验。中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试1、仪器设备l承压板承压板l加荷装备加荷装备l沉降观测设备沉降观测设备中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试2、试验要点l载荷试验在方形试坑中进行，坑底宽度不小于承压板宽度的载荷试验在方形试坑中进行，坑底宽度不小于承压板宽度的3倍倍。l保

8、持测试时地基土的保持测试时地基土的天然湿度和原状结构天然湿度和原状结构。l设备安装顺序：坑底整平、安装承压板、安装千斤顶、载荷台架、反力构架、安设备安装顺序：坑底整平、安装承压板、安装千斤顶、载荷台架、反力构架、安装沉降观测设备。装沉降观测设备。l分级加荷：第一级至卸荷土自重（包括试验设备），以后每级增加土层极限压力的分级加荷：第一级至卸荷土自重（包括试验设备），以后每级增加土层极限压力的1/81/10。l观测观测每级每级荷载下的荷载下的沉降沉降。l尽量能尽量能使最终荷载达到地基土极限承载力使最终荷载达到地基土极限承载力。如达不到极限荷载，则最大压力达设计。如达不到极限荷载，则最大压力达设计压

9、力两倍或超过第一个拐点至少三级荷载。压力两倍或超过第一个拐点至少三级荷载。l需要观测卸荷回弹时，每级卸荷量为加荷量需要观测卸荷回弹时，每级卸荷量为加荷量2倍。倍。中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG3、试验资料整理l载荷试验原始数据整理、制表，绘制载荷试验原始数据整理、制表，绘制压力压力P和沉和沉降量降量S关系曲线。关系曲线。lP-S曲线校正，原点归零，找出界限点。曲线校正，原点归零，找出界限点。l曲线特征点确定：比例界限值、极限界限值。当曲线特征点确定：比例界限值、极限界限值。当直线段不明显时如何确定比例界线值？直线段不明显时如何确定比例

10、界线值？（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。l计算变形模量计算变形模量E0。二、土体原位测试地表时： 地表以下：中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试u（二）静力触探试验l将将圆锥形探头匀速压入土中圆锥形探头匀速压入土中，测定，测定锥头阻力锥头阻力等参数。等参数。l静力触探设备组成：静力触探设备组成： 触探主机和反力装备；触探主机和反力装备； 测量与记录显示装备；测量与记录显示装备； 探头；探头； 探杆。探杆。中国地质大学环境学院School of Environment

11、al Studies-CUG二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG触探触探主机主机为为液压传动式液压传动式的的反力装置反力装置为为自重式。自重式。二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG触探主机为触探主机为液压传动式液压传动式的的反力装置为反力装置为地锚式。地锚式。二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG触探主机为触探主机为机

12、械传动式机械传动式的的反力装置为反力装置为地锚式。地锚式。二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG国际标准探头的规格：锥头顶角国际标准探头的规格：锥头顶角6060、底面积、底面积10cm10cm2 2、侧壁摩、侧壁摩擦筒面积擦筒面积150cm150cm2 2、透水石在锥底、透水石在锥底二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备中国地质大学环境学院School of Environ

13、mental Studies-CUG二、土体原位测试1、静力触探试验仪器设备中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试2、静力触探试验要点l率定探头：求出地层阻力和仪表读书之间的关系，在室内进行。率定探头：求出地层阻力和仪表读书之间的关系，在室内进行。新探头或使用一个月后的探头应及时进行率定。新探头或使用一个月后的探头应及时进行率定。l整平试验现场，固定试验主机，使探头与地面整平试验现场，固定试验主机，使探头与地面垂直垂直。l电缆线穿入探杆，接通电路，调整好仪器。电缆线穿入探杆，接通电路，调整好仪器。l12cm/S匀速贯入匀速贯入

14、，记录读书。当测量孔隙水压力消散时，在测，记录读书。当测量孔隙水压力消散时，在测量土层停留，记录孔压随时间的变化。量土层停留，记录孔压随时间的变化。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l对原始数据进行检查与校正，如深度和零飘校正。按照对原始数据进行检查与校正，如深度和零飘校正。按照静力静力触探技术规则触探技术规则TBJ37-93进行进行。l计算比贯入阻力计算比贯入阻力ps、锥尖阻力、锥尖阻力qc、侧壁摩擦力、侧壁摩擦力fs、摩阻比、摩阻比Fr及及空隙水压力空隙水压力U。l分别绘制分别绘制qc、fs、p

15、s、Fr、U随深度变化曲线。随深度变化曲线。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（1）划分土层及土类判别划分土层及土类判别将静力触探探头阻力与深度曲线分段。将静力触探探头阻力与深度曲线分段。按按临界深度临界深度等概念判定各土层界面深度。等概念判定各土层界面深度。将每一层土的探头阻力等参数进行算术平均，用于界定土层类型。将每一层土的探头阻力等参数进行算术平均，用于界定土层类型

16、。当分层厚度大于1m，土质均匀时，应扣除上部滞后深度和下部超前深度范围的触探值。当分层厚度不足1m的均匀土层，如为软层，取最小值为层平均值；如为硬层取最大值上下各20cm范围内大值的平均值。分层曲线中遇特殊大值，应剔除。中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试u（三）动力触探试验l利用利用锤击动能锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每，将一定规格的探头打入土中，根据每打入一定深度的锤击打入一定深度的锤击数判定土的性质数判定土的性质。l优点：设备坚固耐用；优点：设备坚固耐用； 操作测试方法容易；操作测试方法容易； 适用范围广；

17、适用范围广； 快速、经济、能连续测试土层；快速、经济、能连续测试土层； 有些动力触探可同时取样观察描述。有些动力触探可同时取样观察描述。l动力触探分类：圆锥动力触探试验和标准贯入试验。动力触探分类：圆锥动力触探试验和标准贯入试验。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（1 1）圆锥动力触探试验的）圆锥动力触探试验的

18、仪器设备仪器设备l导向杆导向杆l提引器提引器l穿心锤穿心锤l锤座锤座l探杆探杆l探头探头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 2）圆锥动力触探测试要点）圆锥动力触探测试要点 轻型轻型动力触探动力触探l钻至试验土层标高以上钻至试验土层标高以上0.30m0.30m，然后对所需试验土层，然后对所需试验土层连续进行触探连续进行触探。l试验时，穿心锤试验时，穿心锤落距落距为为(0.5(0.50.02)m,0.02)m,自由下落，记录自由下落，记录每打入每打入0.30m0.30m所需所需锤锤击数击数（最初（最初0

19、.30m0.30m可不记）。可不记）。l遇坚硬土层，当贯入遇坚硬土层，当贯入0.30m0.30m锤击数大于锤击数大于100100或贯入或贯入0.15m0.15m大于大于5050击，即可停止击，即可停止试验。试验。l本试验一般用于贯入深度小于本试验一般用于贯入深度小于4m4m土层，必要时，也可在贯入土层，必要时，也可在贯入4m4m后，用钻具后，用钻具清孔后继续贯入清孔后继续贯入2m2m。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 2）圆锥动力触探测试要点）圆锥动力触探测试要点 重型动力触探重型动力触探l试验前

20、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%2%，连接杆保持平直，连接牢固。连接杆保持平直，连接牢固。l贯入时，穿心锤自由贯入时，穿心锤自由落距落距（0.760.760.020.02）m m。地面上触探杆高度不宜过高，。地面上触探杆高度不宜过高，以免倾斜与摆动过大。以免倾斜与摆动过大。l锤击速率宜为锤击速率宜为15-3015-30击击/min/min，贯入过程连续。，贯入过程连续。l记录记录每贯入每贯入0.10m0.10m所需锤击数所需锤击数，最初贯入的，最初贯入的1m1m可不记。可不记。中国地质大学环境学院School

21、 of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试1、圆锥动力触探试验（2 2）圆锥动力触探测试要点）圆锥动力触探测试要点 重型动力触探重型动力触探l对于一般砂、圆砾和卵石，对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过触探深度不宜超过12-15m12-15m；超过该深度时，需；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响；考虑触探杆的侧壁摩阻的影响；l每贯入每贯入0.1m0.1m所需锤击数连续三次超过所需锤击数连续三次超过5050击时，即击时，即停止试验停止试验。 中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试2、标

22、准贯入试验（1 1）试验特点和设备）试验特点和设备l探头为空心圆柱形探头为空心圆柱形l非连续贯入、非连续贯入、不宜不宜在碎石层中进行，在碎石层中进行，只宜只宜用于粘性土、粉土和砂土中。用于粘性土、粉土和砂土中。l每次贯入每次贯入0.45m0.45m，只计贯入，只计贯入0.30m0.30m的锤击数的锤击数N N。l动力设备要有钻机配合动力设备要有钻机配合l标贯穿心锤质量：标贯穿心锤质量：63.5Kg,63.5Kg,自由落距自由落距76m76m。中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试2、标准贯入试验（2 2）试验要点）试验要点l钻

23、孔至试验土层钻孔至试验土层0.15m0.15m，清除残土。当试验位于地下水位以下，应防，清除残土。当试验位于地下水位以下，应防治涌沙和塌孔。治涌沙和塌孔。l贯入器放入孔内，保持贯入器、钻杆、导向杆联结后铅直度。贯入器放入孔内，保持贯入器、钻杆、导向杆联结后铅直度。l以以15-3015-30击击/min/min的频率贯入，前的频率贯入，前0.15m0.15m不记录；然后记录每打入不记录；然后记录每打入0.1m0.1m和和打入打入0.3m0.3m的锤击数。当遇硬土层无法贯入，记录的锤击数。当遇硬土层无法贯入，记录5050击的贯入深度。击的贯入深度。l提出贯入器，观察、描述贯入器内土样。提出贯入器，

24、观察、描述贯入器内土样。中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试2、标准贯入试验 式中，式中， N N土层标贯锤击数；土层标贯锤击数； n n实际贯入深度的实测击数；实际贯入深度的实测击数； s s实际贯入深度。实际贯入深度。（3 3）试验成果整理）试验成果整理l若土层不硬，已贯穿若土层不硬，已贯穿0.30m0.30m，则取，则取0.30m0.30m的锤击数的锤击数N N，如果土层，如果土层很硬，完全贯入困难，则：很硬，完全贯入困难，则：中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG（

25、1 1） 划分土类或土层剖面划分土类或土层剖面l锤击数越少，土的颗粒越细；锤击数越少，土的颗粒越细；锤击数越多，土的颗粒越粗锤击数越多，土的颗粒越粗二、土体原位测试3、动力触探试验成果的应用中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG（2 2） 确定地基土承载力确定地基土承载力二、土体原位测试3、动力触探试验成果的应用中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu（四）旁压试验 旁压测试旁压测试（PMT: pressuremeter test）是利用钻孔做的原位横向载荷试验，是工程勘察中的一种常用原位测

26、试技术。二、土体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGl测测试试原原理理：通通过过旁旁压压器器在在竖竖直直的的孔孔内内加加压压，使使旁旁压压膜膜膨膨胀胀，并并由由旁旁压压膜膜将将压压力力传传给给周周围围土土体体，使使土土体体产产生生变变形形直直至至破破坏坏，并并通通过过量量测测装装置置测测出出施施加加的的压压力力和和土土体体变变形形之之间间的的关关系系，然然后后绘绘制制应应力力应应变变关关系系曲曲线线。根根据据这这种种关关系系对对孔孔周周所所测测土土体体的的承承载载力力、变变形形性质等进行评价。性质等进行评价。l优点：优点：可在不同深

27、度上进行测试，所求基本承载力精度高。可在不同深度上进行测试，所求基本承载力精度高。l缺点：缺点：受成孔质量影响大，在软土中测试精度不高。受成孔质量影响大，在软土中测试精度不高。1、试验原理及特点二、土体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG2、旁压测试的仪器设备分为两类：分为两类：预钻式旁压仪预钻式旁压仪自钻式旁压仪自钻式旁压仪旁压仪由旁压仪由4 4部分组成部分组成1.1.旁压器旁压器2.2.压力和体积控制箱压力和体积控制箱3.3.管路系统管路系统4.4.成孔工具等成孔工具等二、土体原位测试中国地质大学环境学院School of En

28、vironmental Studies-CUGl旁压器是旁压仪中的最重要旁压器是旁压仪中的最重要部件，由圆形金属骨架和包部件，由圆形金属骨架和包在其外的橡皮膜组成。在其外的橡皮膜组成。l分为三个腔分为三个腔l中间为主腔（测试腔）中间为主腔（测试腔）l上、下为护腔上、下为护腔二、土体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG（2 2）开孔至预定深度以下）开孔至预定深度以下35cm35cm处处（3 3）把旁压器放入孔中）把旁压器放入孔中（4 4）测试）测试 分级加压，记录测管中的水位下降值 注意加压等级和变形稳定标准（5 5）终止试验）终止试

29、验 标准为标准为：a.压力达到仪器的最大额定值 b.测管水位下降值接近最大容许值 （S35cm）3、试验步骤及要点二、土体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG4、数据处理（1 1）绘制弹性膜约束曲线和仪器综合变形曲线）绘制弹性膜约束曲线和仪器综合变形曲线（2 2）数据校正）数据校正把测试数据Pm, Sm校正为P, S二、土体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG二、土体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG（3 3

30、）绘制旁压测试曲线）绘制旁压测试曲线曲线可以分为三部分：曲线可以分为三部分： 第一曲线段第一曲线段 直线段直线段 尾段曲线段尾段曲线段 两个特征点：两个特征点：PL，PfP0（静止土压力）（静止土压力）二、土体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 十字板剪切试验十字板剪切试验(FVST(FVST： field vane shear test)field vane shear test)是是用插入软粘土中的用插入软粘土中的十字板头十字板头，以一定的速率以一定的速率旋转旋转，测出，测出土土的抵抗力矩的抵抗力矩，然后换算成土，然后换算成土

31、的的抗剪强度抗剪强度的一种测试方法。的一种测试方法。u（五）十字板剪切试验二、土体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG FVST FVST主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。它具有下列主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。它具有下列优点优点：l(1) (1) 不不用用取取样样，特特别别是是对对难难以以取取样样的的灵灵敏敏度度高高的的粘粘性性土土，可可以以在在现现场场对对基基本本上上处处于于天天然然应应力力状状态态下下的的土土层层进进行行扭扭剪剪。所所求求软软土土抗抗剪剪强强度度指指标标比比其他方法都可靠。其他方法都可靠。l(2

32、) (2) 野外测试设备轻便，操作容易。野外测试设备轻便，操作容易。l(3) (3) 测试速度较快，效率高，成果整理简单。测试速度较快，效率高，成果整理简单。l其其缺缺点点是是仅仅适适用用于于江江河河湖湖海海的的沿沿岸岸地地带带的的软软土土，适适应应范范围围有有限限，对对硬硬塑塑粘性土和含有砾石杂物的土粘性土和含有砾石杂物的土不宜不宜采用，否则会损伤十字板头。采用，否则会损伤十字板头。二、土体原位测试1、十字板剪切试验特点中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG压入主机压入主机十字板头十字板头扭力传感器扭力传感器量测扭力的仪表量测扭力的仪表施加

33、扭力装置施加扭力装置其它（探杆等）其它（探杆等）2、十字板剪切试验设备二、土体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG（）现场测试（）现场测试l平整场地，安装机架，并固定平整场地，安装机架，并固定l把板头压至测试深度把板头压至测试深度l卡住钻杆，并调零卡住钻杆，并调零l转动手柄，旋转钻杆，使板头产生扭矩转动手柄，旋转钻杆，使板头产生扭矩( (每每1010秒使摇柄转秒使摇柄转动一圈，每转动一圈测记应变读数一次。动一圈，每转动一圈测记应变读数一次。 ) )l测量扭矩直至峰值出现测量扭矩直至峰值出现l松动钻杆松动钻杆l完全扰动测试土体，重复完

34、全扰动测试土体，重复2-52-5测量扰动土的剪切强度。测量扰动土的剪切强度。二、土体原位测试、测试要点中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGl应先将电缆穿过施加扭力装置的中心孔，然后再穿入探杆；应先将电缆穿过施加扭力装置的中心孔，然后再穿入探杆；l在扭剪前，应读取初始读数或将仪器调零；在扭剪前，应读取初始读数或将仪器调零；l匀速转动手摇柄，摇柄每转一圈，十字板头旋转一度。匀速转动手摇柄，摇柄每转一圈，十字板头旋转一度。l测测试试重重塑塑土土时时，用用扳扳手手或或管管钳钳快快速速将将探探杆杆顺顺时时针针方方向向旋旋转转6 6圈，使十字板头周围的

35、土充分扰动后，立即拧紧钻杆夹具圈，使十字板头周围的土充分扰动后，立即拧紧钻杆夹具二、土体原位测试、测试要点（3 3）测试注意事项）测试注意事项中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGl计算计算土的抗剪强度土的抗剪强度 CuCu二、土体原位测试4、测试成果的整理与应用中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG（一）概述（一）概述l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。而求取岩体力学参数的试

36、验方法。l岩体原位测试的岩体原位测试的最大优点最大优点是尽可能地保持了岩体的天然结构和环境状是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；态，使测出的岩体力学参数直观、准确；l其缺点是试验设备笨重、操作复杂、工期长、费用高。其缺点是试验设备笨重、操作复杂、工期长、费用高。l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。能代表一定范围内的岩体力学性质。50三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG岩体

37、原位测试一般应遵循以下程序进行：岩体原位测试一般应遵循以下程序进行： (1)(1)试验方案制订和试验大纲编写。试验方案制订和试验大纲编写。 (2)(2)试验。包括试验准备、试验及原始资料检查、校核试验。包括试验准备、试验及原始资料检查、校核等项工作。等项工作。 (3)(3)试验资料整理与综合分析。试验所取得的各种原始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合各方面数据( (如经验数据、室内试验数据、经验估算数据如经验数据、室内试验数据、经验估算数据及反算数据等及反算数据等) )提

38、出岩体力学计算参数的建议值，提交试验提出岩体力学计算参数的建议值，提交试验报告。报告。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu ( (二二) ) 岩体变形试验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：岩体变形参数测试方法有静力法和动力法两种：l静力法：静力法：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；然后绘制出定其变形；然后绘制出压力压力变形曲线变形曲线，计算，计算岩体的变形参数岩体的变形参数。静力法。静力法主要方法有主要方法有承压板法、狭

39、缝法、钻孔变形法及水压法承压板法、狭缝法、钻孔变形法及水压法等；等；l动力法：动力法：用人工方法对岩体发射或激发弹性波，并测定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弹性波在岩体中的传播速度的传播速度，然后通过一定的关系式，然后通过一定的关系式求岩体的变形参数求岩体的变形参数。据弹性波的激。据弹性波的激发方式不同，又分为发方式不同，又分为声波法和地震法声波法和地震法。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG1 1、承压板法、承压板法 承压板法承压板法又分为刚性承又分为刚性承压板法和柔性压板法和柔性承压板法，我承压板

40、法，我国多采用刚性国多采用刚性承压板法。承压板法。 图图1刚性承压板试验示意图刚性承压板试验示意图1-砂浆顶板;2-垫板;3-传力柱;4-圆垫板;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-滚轴;15-混凝土支墩;16-木柱;17-油泵(接千斤顶);18-木垫;19-木梁三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu 基本原理基本原理l刚性承压板法刚性承压板法是通过刚性承压板是通过刚性承压板( (其弹性模量大于岩体一个数量级以上其弹性

41、模量大于岩体一个数量级以上) )对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；根据布辛涅斯克半无限弹性体；根据布辛涅斯克(Boussinesq)公式，刚性承压板下各点的公式，刚性承压板下各点的垂直变形垂直变形(W)(W)可表示为：可表示为：式中：A：承压板面积；E0：岩体的变形模量；p：承压板上单位面积压力；：岩体的泊松比；m：与承压板形状、刚度有关的系数。542024

42、/9/20三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG通过现场静力加卸荷，测定通过现场静力加卸荷，测定Pw曲线，取得岩体变形比例曲线，取得岩体变形比例极限（极限（P0）以内的某一定压力下的总变形量（）以内的某一定压力下的总变形量（w0）及弹性变形量）及弹性变形量（we）。然后计算）。然后计算E0、Es.w0=wp+wewp为永久变形（残余变形），裂隙及充填物的变形。为永久变形（残余变形），裂隙及充填物的变形。pw wpwep0三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu

43、试验点岩体地质描述试验点岩体地质描述应包括下列内容：应包括下列内容：l试段开挖和试点制备的方法及出现的情况；试段开挖和试点制备的方法及出现的情况；l岩石岩石名称结构及主要矿物成分；名称结构及主要矿物成分；l岩体结构面岩体结构面的类型产状宽度延伸性密度充填物性质以及与受力的类型产状宽度延伸性密度充填物性质以及与受力方向的关系等；方向的关系等；l试段岩体试段岩体风化风化状态及地下水情况；状态及地下水情况；l应提供试段地质展示图试段地质纵横剖面图试点地质素描图和应提供试段地质展示图试段地质纵横剖面图试点地质素描图和试点中心钻孔柱状图。试点中心钻孔柱状图。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院Schoo

44、l of Environmental Studies-CUGu试验方法试验方法平面加荷法：承压板法、狭缝法（液压枕）平面加荷法：承压板法、狭缝法（液压枕）环形加荷法（水压洞室试验）环形加荷法（水压洞室试验）u试验设备试验设备加压系统：油压千斤顶、液压枕、圆形水压室，加压系统：油压千斤顶、液压枕、圆形水压室，油泵、高压胶管油泵、高压胶管传力系统：承压板（传力系统：承压板（45#钢，钢，3cm厚）、垫板（厚）、垫板（A3钢，钢，2-3cm）、传力柱（厚壁钢管）、传力柱（厚壁钢管）量测系统：压力表、千分表、测表支架、测量标点量测系统：压力表、千分表、测表支架、测量标点三、岩体原位测试中国地质大学环境

45、学院School of Environmental Studies-CUGu试验要求试验要求试验一般在平硐中进行（承压板法、环形加压法），狭缝法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。可在地面进行。试验最大荷载试验最大荷载PmaxP0（比例极限），（比例极限），Pmax=1.2P，其中其中P为为建筑物基础底面设计压力。建筑物基础底面设计压力。试验荷载分级，试验荷载分级，Pi=(0.1-0.2)Pmax，等分取整。，等分取整。加卸荷方法与工程荷载作用于工程岩体的方式一致。加卸荷方法与工程荷载作用于工程岩体的方式一致。a、逐级一次循环加卸荷、逐级一次循环加卸荷pw2024

46、/9/20三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGb、逐级多次循环加卸荷、逐级多次循环加卸荷 pwc c、一级多次循环加卸荷、一级多次循环加卸荷pw 变形稳定标准：变形稳定标准： w/w w/w 5% 5% w w相邻两次读数差（相邻两次读数差（1010分钟读数一次）分钟读数一次） w w同级压力下第一次变形读数和前一级压力下最后一次同级压力下第一次变形读数和前一级压力下最后一次变形读数差变形读数差三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu 试验成果试验成果 绘制

47、绘制p pw w曲线曲线 平面加荷法的平面加荷法的E E0 0、EsEs计算计算602024/9/20式中：式中：E0E0、EsEs岩体变形模量、弹性模量（岩体变形模量、弹性模量（MPaMPa） P P按承压板面积计算的压力按承压板面积计算的压力（MPa)MPa) D D承压板直径（承压板直径（cmcm） 泊松比，泊松比，w w0 0总变形（总变形（cmcm），），w we e弹性变形（弹性变形（cmcm）. .三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 环形法计算公式（用于深部岩体有压洞室）环形法计算公式（用于深部岩体有压洞室）

48、 a a、 E E0 0=p(1+=p(1+)r/y)r/y p p试洞内水压力（试洞内水压力（10105 5PaPa），），r r半径（半径（cmcm），）， y y试洞表面平均位移（试洞表面平均位移（cmcm）。）。 b b、岩石抗力系数岩石抗力系数 为便于比较，单位抗力系数为便于比较，单位抗力系数K K0 0=E=E0 0/100(1+ /100(1+ ) )意义：半径为意义：半径为100100厘米隧洞围岩抗力系数（抵抗变形的能力）厘米隧洞围岩抗力系数（抵抗变形的能力）三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGl钻孔变形法是

49、利用钻孔变形法是利用钻孔膨胀计或压力计钻孔膨胀计或压力计，对孔壁施加径向对孔壁施加径向水压力水压力( (图图3)3)，测记各级压，测记各级压力下的钻孔径向变形力下的钻孔径向变形(U)(U)。按弹性力学中厚。按弹性力学中厚壁筒理论，钻孔径向变形壁筒理论，钻孔径向变形U U为为: :式中：式中：d钻孔直径钻孔直径(cm);p压力压力(MPa)；其余符号意义同前。其余符号意义同前。图图3钻孔变形试验钻孔变形试验3 3、钻孔变形法（简介）、钻孔变形法（简介）三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG利用上式可求得岩体的变形模量。与承压板法

50、相比较，钻孔利用上式可求得岩体的变形模量。与承压板法相比较，钻孔变形法的优缺点是：变形法的优缺点是：对岩体扰动小；对岩体扰动小；可以在地下水位以下和较深的部位进行；可以在地下水位以下和较深的部位进行；试验方向基本不受限制，且试验压力可以达到很大；试验方向基本不受限制，且试验压力可以达到很大；在一次试验中可以同时量测几个不同方向的变形，便于研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；究岩体的各向异性；其主要其主要缺点缺点是试验涉及的岩体体积较小。该方法较适合于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。软岩或半坚硬岩体。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院

51、School of Environmental Studies-CUGu（三）岩体强度试验 l岩体强度是指岩体抵抗外力破坏的能力。强度参数是工程岩体强度是指岩体抵抗外力破坏的能力。强度参数是工程岩体破坏机理分析及稳定性计算不可缺少的参数，目前主岩体破坏机理分析及稳定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。要依据现场岩体力学试验求得。l原位岩体强度试验主要有原位岩体强度试验主要有直剪试验、单轴和三轴抗压试验直剪试验、单轴和三轴抗压试验等。等。l由于原位岩体试验考虑了岩体结构及其结构面的影响，因由于原位岩体试验考虑了岩体结构及其结构面的影响，因此其试验成果较室内岩块试验更符合实际。

52、此其试验成果较室内岩块试验更符合实际。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 岩体强度包括压缩强度、抗拉强度、剪切强度岩体强度包括压缩强度、抗拉强度、剪切强度 岩体的剪切强度剪切强度是指岩体内任一方向剪切面任一方向剪切面，在法向应力作用下所能抵抗的最大剪应力最大剪应力。l 剪切强度分为抗剪断强度、抗剪强度抗剪断强度、抗剪强度和抗切强度抗切强度。 抗抗剪剪断断强强度度是指在任一法向应力下，沿某一剪切面剪切破坏时岩体能抵抗的最大剪应力。 抗抗剪剪强强度度是指在任一法向应力下，岩体沿已有破裂面剪切破坏时的最大应力。 抗切强度抗切强度

53、是指剪切面上的法向应力为零时的抗剪断强度。l 岩体的压缩强度压缩强度分为单轴抗压强度单轴抗压强度和三轴压缩强度三轴压缩强度。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 1、直剪试验(1) (1) 基本原理与方法基本原理与方法 岩体原位直剪试验岩体原位直剪试验( (图图1 1) )通常包括通常包括岩体本身岩体本身、岩体沿结构面岩体沿结构面及及岩体与混凝岩体与混凝土接触面土接触面的三种剪切。每种试验又可细分为抗剪断试验、摩擦试验及抗切试的三种剪切。每种试验又可细分为抗剪断试验、摩擦试验及抗切试验：验：l l抗剪断试验抗剪断试验抗剪断试

54、验抗剪断试验是试件在一定法向应力作用下沿某一剪切面剪切破坏的试验；是试件在一定法向应力作用下沿某一剪切面剪切破坏的试验；l l摩擦试验摩擦试验摩擦试验摩擦试验是试件在一定法向应力剪断后沿剪切面继续剪切的试验，求得剪切是试件在一定法向应力剪断后沿剪切面继续剪切的试验，求得剪切面的残余剪切强度（抗剪强度）；面的残余剪切强度（抗剪强度）；l l抗切试验抗切试验抗切试验抗切试验是法向应力为零时试件沿某一剪切面破坏的试验。是法向应力为零时试件沿某一剪切面破坏的试验。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG图图1 1 岩体本身抗剪强度岩体本

55、身抗剪强度试验安装示意图试验安装示意图三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 直剪试验一般在平硐中进行，如在试坑或大口径钻孔内进直剪试验一般在平硐中进行，如在试坑或大口径钻孔内进行，则需设置反力装置。图行，则需设置反力装置。图2 2为常见的直剪试验布置方案：为常见的直剪试验布置方案： 图图2 2 常见的直剪试验布置方案常见的直剪试验布置方案(a)、(b)、(c)平推法；平推法；(d)斜推法；斜推法；(e)、(f)沿倾斜软弱面剪切的楔沿倾斜软弱面剪切的楔形试体。形试体。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of En

56、vironmental Studies-CUG(2)(2)试件制备与地质描述试件制备与地质描述 试件制备，要求如下：试件制备，要求如下： 同一组试件的地质条件应基本相同且尽可能不受开挖的扰动；每组试件宜不同一组试件的地质条件应基本相同且尽可能不受开挖的扰动；每组试件宜不少于少于5 5块；每块试件面积不小于块；每块试件面积不小于2500cm2500cm2 2，最小边长不小于，最小边长不小于50cm50cm，高度为最小，高度为最小边长的边长的1/21/2，试件之间的距离应大于最小边长的，试件之间的距离应大于最小边长的1.51.5倍；倍； 试件各面需凿平整；对裂隙岩体、软弱岩体或结构面试件应设置钢筋

57、混凝土试件各面需凿平整；对裂隙岩体、软弱岩体或结构面试件应设置钢筋混凝土保护罩，罩底预留保护罩，罩底预留0.50.52cm2cm的剪切缝；的剪切缝； 对斜推法试件，在施加剪应力的一面应用混凝土浇注成斜面，也可在试件受对斜推法试件，在施加剪应力的一面应用混凝土浇注成斜面，也可在试件受剪力面放置一块夹角约剪力面放置一块夹角约1515的楔形钢垫板。的楔形钢垫板。692024/9/20三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG地质描述。内容与要求如下：地质描述。内容与要求如下：试验及开挖、试件制备的方法及其情况；试验及开挖、试件制备的方法

58、及其情况；岩石类型、结构构造及主要矿物成分；岩石类型、结构构造及主要矿物成分；岩体结构面类型、产状、宽度、延伸性、密度及充填物性质等；岩体结构面类型、产状、宽度、延伸性、密度及充填物性质等；试验段岩体风化程度及地下水情况；试验段岩体风化程度及地下水情况；应提交的图件为试验地段工程地质图及试体展示图、照片等。应提交的图件为试验地段工程地质图及试体展示图、照片等。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG（3 3）资料整理）资料整理按下式计算各级荷载作用下剪切面上的应力：按下式计算各级荷载作用下剪切面上的应力：P-法向荷载法向荷载(N

59、)Q-斜向荷载斜向荷载(N)A-剪切面面积剪切面面积(mm2)-斜向荷载作用线与斜向荷载作用线与剪切面的夹角剪切面的夹角、-作用于剪切面上作用于剪切面上的法向应力和剪应力的法向应力和剪应力(MPa)三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 绘制各法向应力下的剪应力绘制各法向应力下的剪应力绘制各法向应力下的剪应力绘制各法向应力下的剪应力( ( ( () ) ) )与剪位移关系曲线，根据与剪位移关系曲线，根据与剪位移关系曲线，根据与剪位移关系曲线，根据曲线特征确定岩体的比例极限、屈服强度、峰值强度及残曲线特征确定岩体的比例极限、屈服

60、强度、峰值强度及残曲线特征确定岩体的比例极限、屈服强度、峰值强度及残曲线特征确定岩体的比例极限、屈服强度、峰值强度及残余强度等参数。余强度等参数。余强度等参数。余强度等参数。岩体由弹性变形阶段进入塑性变形阶岩体由弹性变形阶段进入塑性变形阶段的临界应力称为岩体的屈服强度段的临界应力称为岩体的屈服强度峰值强度屈服强度残余强度三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 绘制法向应力与比例极限、屈服强度、峰值强度及残余强绘制法向应力与比例极限、屈服强度、峰值强度及残余强绘制法向应力与比例极限、屈服强度、峰值强度及残余强绘制法向应力与比例极

61、限、屈服强度、峰值强度及残余强度关系曲线，并按库仑表达式确定相应的度关系曲线，并按库仑表达式确定相应的度关系曲线，并按库仑表达式确定相应的度关系曲线，并按库仑表达式确定相应的c c c c、 值。值。值。值。l在工程岩体稳定性分析中，可根据岩体性质、工程特点，并结在工程岩体稳定性分析中，可根据岩体性质、工程特点，并结合地区经验等对试验成果进行综合分析，选取适当的岩体抗剪合地区经验等对试验成果进行综合分析，选取适当的岩体抗剪强度参数。强度参数。lH-B准则、准则、GSI等方法计算岩体强度。等方法计算岩体强度。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental St

62、udies-CUG2 2、三轴试验、三轴试验(1)基本原理基本原理l原原位位岩岩体体三三轴轴试试验验（图图3 3）一一般般是是在在平平硐硐中中进进行行的的。根根据据莫莫尔尔理理论论求求岩岩体体的的抗抗压压强强度度及及E E0 0、等等参参数数。试试验验分分为为等等围围压压(1 12 2=3 3) )三三轴轴试试验验和和真真三三轴轴(1 12 23 3) )试试验验两两种种，可根据实际情况选用。可根据实际情况选用。l为为了了确确定定围围压压和和轴轴向向压压力力的的大大小小和和加加荷荷方方式式，试试验验前前应应了了解解岩岩体体的的天天然然应应力力状状态态及及工工程程荷荷载情况。载情况。图图3野外原

63、位三轴试验方案野外原位三轴试验方案三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG(2)(2)试件制备、地质描述与资料整理试件制备、地质描述与资料整理 试件制备。在选定的试验部位，切割出立方体或方柱形试试件制备。在选定的试验部位，切割出立方体或方柱形试件，一面与岩体相连，试件的最小边长应不小于件，一面与岩体相连，试件的最小边长应不小于30cm30cm，每，每组组5 5块。同一组试件的地质条件应基本相同且尽可能不受开块。同一组试件的地质条件应基本相同且尽可能不受开挖扰动。挖扰动。 地质描述。同直剪试验。地质描述。同直剪试验。 成果整理包括

64、：成果整理包括：a.a.在在- -坐标系中绘制极限应力圆包络线，并求出坐标系中绘制极限应力圆包络线，并求出c c、值；值；b b. .绘制绘制( (1 1- -3 3)-)-曲线，求出曲线，求出E E0 0、。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu（四）（四） 岩体应力测试岩体应力测试l岩体应力主要靠实测求得，特别是构造活动较强烈及地形起伏复杂的地区，自岩体应力主要靠实测求得，特别是构造活动较强烈及地形起伏复杂的地区，自重应力理论将无力解决岩体应力问题。重应力理论将无力解决岩体应力问题。l岩体应力不能直接测得岩体应力不能直接

65、测得，只能通过量测应力变化而引起的诸如位移、应变等物，只能通过量测应力变化而引起的诸如位移、应变等物理量的变化值，然后基于某种假设反算出应力值。理量的变化值，然后基于某种假设反算出应力值。l常用的应力量测方法主要有：应力解除法、应力恢复法和水压致裂法等。这些常用的应力量测方法主要有：应力解除法、应力恢复法和水压致裂法等。这些方法的方法的理论基础是弹性力学理论基础是弹性力学。因此，岩体应力测试均视岩体为均质、连续、各。因此，岩体应力测试均视岩体为均质、连续、各向同性的线弹性介质。向同性的线弹性介质。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies

66、-CUGu 1 1、应力解除法、应力解除法(1)(1)基本原理基本原理l当需要测定岩体中某点的应力状态时，人为的将该当需要测定岩体中某点的应力状态时，人为的将该处岩体单元和周围的岩体分离，此时，岩体单元上处岩体单元和周围的岩体分离，此时，岩体单元上所受的应力将被所受的应力将被解除解除。同时，该单元体的几何尺寸。同时，该单元体的几何尺寸也将产生也将产生弹性恢复弹性恢复。应用一定的仪器，。应用一定的仪器，测定弹性恢测定弹性恢复复的应变值或变形值，并且认为岩体是连续、均质的应变值或变形值，并且认为岩体是连续、均质和各向同性的弹性体，于是就可以借助弹性理论的和各向同性的弹性体，于是就可以借助弹性理论的

67、解答解答计算计算岩体单元所受的岩体单元所受的应力应力状态。状态。切断联系解除应力应变恢复测试应变计算应力流程流程要点要点三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG（2 2 2 2）应力解除法分类）应力解除法分类）应力解除法分类）应力解除法分类 按测试深度按测试深度表面应力解除表面应力解除浅孔应力解除浅孔应力解除深孔应力解除深孔应力解除按测试应变或变形按测试应变或变形孔径变形测试孔径变形测试孔壁应变测试孔壁应变测试孔底应力解除法孔底应力解除法孔壁孔壁 应力解除法应力解除法测测1 1个平面个平面3 3个个方向上的应变方向上的应变1 1

68、平面平面3 3方向上方向上的径位移的径位移3 3平面平面9 9个方向应变个方向应变三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGl原理要点：原理要点： 向岩体中的测点先钻进一个平底向岩体中的测点先钻进一个平底钻孔，在孔底中心处粘贴应变传感器；套孔钻钻孔，在孔底中心处粘贴应变传感器；套孔钻出岩芯，使孔底平面完全卸载，应变传感器测出岩芯，使孔底平面完全卸载，应变传感器测得孔底平面中心恢复应变；在室内测得岩石的得孔底平面中心恢复应变；在室内测得岩石的弹性常数；计算孔底中心处的平面应力状态。弹性常数；计算孔底中心处的平面应力状态。由于孔底应力

69、解除法只需要钻进一段不长的岩由于孔底应力解除法只需要钻进一段不长的岩芯，所以对较破碎的岩体也能应用。芯，所以对较破碎的岩体也能应用。（3 3 3 3）岩体孔底应力解除法）岩体孔底应力解除法）岩体孔底应力解除法）岩体孔底应力解除法在孔底平面在孔底平面粘贴粘贴3 3应变应变片片应变花应变花一个平面有一个平面有3 3个独立的个独立的应力分量应力分量三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG应变观测系统应变观测系统802024/9/20工工作作步步骤骤三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental St

70、udies-CUG（4 4 4 4）套孔应力解除法）套孔应力解除法）套孔应力解除法）套孔应力解除法l原理要点原理要点 对岩体中某点进行应力量测时，先向该点钻对岩体中某点进行应力量测时，先向该点钻进一定深度的超前小孔，在此小孔中埋设钻孔传感器，再进一定深度的超前小孔，在此小孔中埋设钻孔传感器，再通过钻取一段同心的管状岩芯而使应力解除，根据恢复应通过钻取一段同心的管状岩芯而使应力解除，根据恢复应变及岩石的弹性常数，即可求得该点的应力状态变及岩石的弹性常数，即可求得该点的应力状态。l孔径变形测试、孔壁应力解除法，均属于孔径变形测试、孔壁应力解除法，均属于套孔应力解除法。套孔应力解除法。前者测试套孔应

71、力解除后的孔径变化；后者测试套孔应力解前者测试套孔应力解除后的孔径变化；后者测试套孔应力解除后的孔壁应变。其操作步骤和原理基本相同除后的孔壁应变。其操作步骤和原理基本相同三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG钻孔的深钻孔的深度必须超度必须超过开挖影过开挖影响区，才响区，才能测到岩能测到岩体内的原体内的原始应力，始应力，否则测出否则测出的是二次的是二次应力。应力。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG工作步骤套套孔孔应应力力解解除除工工作作步步骤骤三、岩体原位测

72、试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu 2 2、应力恢复法、应力恢复法(1)(1)基本原理基本原理l应力恢复法一般在平硐壁面应力恢复法一般在平硐壁面( (也可在地表露头面也可在地表露头面) )上进行。在岩面上切槽，上进行。在岩面上切槽，岩体应力被解除，应变也随之恢复；然后在槽中再埋入液压枕，对岩体岩体应力被解除，应变也随之恢复；然后在槽中再埋入液压枕，对岩体施加压力，使岩体的应变恢复至应力解除前的状态；此时，液压枕施加施加压力，使岩体的应变恢复至应力解除前的状态；此时，液压枕施加的压力即为应力解除前岩体受到的应力，这一应力值实际上是平硐开

73、挖的压力即为应力解除前岩体受到的应力，这一应力值实际上是平硐开挖后壁面处的环向应力。后壁面处的环向应力。l通过量测应力恢复后的应力和应变值，利用弹性力学公式即可求解出测通过量测应力恢复后的应力和应变值，利用弹性力学公式即可求解出测点岩体中的应力状态。应力恢复法适应于坚硬、半坚硬完整岩体。点岩体中的应力状态。应力恢复法适应于坚硬、半坚硬完整岩体。三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG（2 2）实验过程）实验过程 在选定的试验点上，沿解除槽的中垂线上安装好量测元件在选定的试验点上，沿解除槽的中垂线上安装好量测元件（见下图）（见下图

74、）三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG2.2.记录量测元件记录量测元件应变计的读数；应变计的读数；3.3.开凿解除凿，岩体产生变形并记录应变计上的读数；开凿解除凿，岩体产生变形并记录应变计上的读数；4.4.在开挖好的解除凿中埋设压力枕，并用水泥砂浆充填空隙；在开挖好的解除凿中埋设压力枕，并用水泥砂浆充填空隙；5.5.待充填水泥浆达到一定强度后，即将压力枕联接油泵，通过压力枕对岩待充填水泥浆达到一定强度后，即将压力枕联接油泵，通过压力枕对岩体施压。随着压力枕所施加的力体施压。随着压力枕所施加的力p p的增加，岩体变形逐渐恢复。逐点记的增加，岩体变形逐渐恢复。逐点记录压力录压力p p与恢复变形的关系；与恢复变形的关系；6.6.假设岩体为理想弹性体，则当应变计回复到初始读数时，此时压力枕对假设岩体为理想弹性体，则当应变计回复到初始读数时，此时压力枕对岩体所施加的压力岩体所施加的压力p p即为所求岩体的主应力。即为所求岩体的主应力。862024/9/20三、岩体原位测试中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGThe end