第四章岩体的基本力学性质第六节岩体力学性能的现场测试.pptVIP

第六节 岩体力学性能的现场测试 由于室内的岩样存在体积小、脱离岩体的地质力学性能的全貌等缺点，因而不能充分反映岩体的力学性能。而岩体的野外现场测试就较为全面的反映岩体力学性能的全貌，这是室内试验所不及的。本节我们讨论岩体的变形性能和强度特性的现场试验。 一、岩体的变形试验 岩体的变形试验有静力法和动力法两种。 静力法是指岩体现场变形试验时以静力荷载进行加载。 动力法是指施加于岩体上的荷载为动力荷载。 动力法的现场测定在第三章已介绍，这里介绍静力法求现场岩体的变形模量。 常用的静力法有千斤顶法荷载试验（或称平板荷载法）、径向荷载试验（如双筒法）和水压法。 通常求算岩体的弹性模量 及变形模量 用千斤顶法，求岩石的弹性抗力系数采用双筒法。 1.定义：用千斤顶加荷于垫板上，使荷载传到岩体中，也称千斤顶法。 2.设备装置的主要组成（图4－32)： （1）垫板（承压板);一般为方形或圆形，面积为0.25-1.20mm2、材料弹性也可为刚性。 （2）加荷装置（千斤顶或压力枕）;加荷为 500kN-3000kN，加荷方法有小循环和大循环两种。小循环分为多次循环和单次循环,见图4-33。多次小循环加载比相同荷载下常规加载岩体产生的总变形大(蠕变现象) （3）传力装置（传力支柱、传力柱垫板）; （4）变形量测装置（测微计）; 图4-35所示试验是靠一钢支承圆筒的四周的压力枕同步对岩体施加荷载，造成洞中一定长度内的岩体产生径向压缩，岩体变形控制在弹性阶段。变形模量可按弹性厚壁圆筒理论（图4－36）求得： 方法2要点：在垂直岩壁上刻槽布置，图4－38 。则岩体的变形模量E可按布辛涅斯克的弹性理论求得。当实测位移已知时，变形模量为： 1.要点：可按施加的推力与剪切面之间的夹角的大小而采用不同的加荷方法。双千斤顶试验中，一组试验不少于五块试件。 p—垂直千斤顶压力表读数（MPa） t —横向千斤顶压力表读数（MPa） F1—垂直千斤顶活塞面积(若为压力枕，应乘以出力系数)（cm2） 注1 当剪切面上存在裂隙、节理等滑面时， 抗剪面积将分为剪断破坏和滑动破坏两部分，而把剪断破坏当作有效抗剪面积Fa，滑动破坏时的滑动面积为Fb。 （二）单千斤顶法 1、要点：单千斤顶法是现场无法施加垂直应力的情况下采用的。在山坡上或平洞内的预定剪切面上挖成各种主应力方向与固定剪切面成不同倾角的试件（通常剪切面倾角为150-350） 2.破坏面上的正、剪应力计算(如图4－42) 三、现场三轴强度试验 在一个随机性节理的岩体中，破坏面位置的 预定是有困难的，用三轴试验可以量测岩体的抗 剪强度和破坏面的位置及形态，这时，破坏面会 沿最弱的面破坏。 1.试件 矩形块体，在试洞底板或洞壁的试验位置上，经过仔细凿刻和整平而成的，此矩形试件三边脱离原地岩体，而仅一边与岩体相连。目前，试件的大小可达2.80m×1.40m×2.80m,试件的基底与岩体相连的面积为2.80m×1.40m. 从而测定应力－位移关系曲线。确定应力的比例极限、屈服极限和破坏极限。 关于不同应力状态下，现场三轴试验成果的 计算分述如下： 1.三轴应力在 状态下应力满足： 上式中，L,M,N分别是某平面的法向方向余弦。令 L,M,N＝0，则在τ－σ 平面坐标内表示为三个应力圆（图4－44）。 2.三轴应力在 状态下应力满足： (图4－45) 上式在τ－σ 平面坐标内表示为一个应力圆。 3.三轴应力在 状态下应力满足： * （一）千斤顶法荷载试验 顶、底板加载 边墙加载 图4-33 岩体现场变形试验加荷过 程示意图 3.测试岩体的变形可在垫板下面测定，也可在通过垫板 中心的轴线上距垫板一定距离处量测 单次小循环 大循环 多次小循环 P-压力 T-时间 4.算式 (测出压力和位移，由下列公式计算岩体的变形模量E) 把岩体看作一个弹性半无限空间，用布辛涅斯克方程求得岩体表面的垂直向位移。 (1)垫板为柔性垫板(3种位移) a.岩体表面上垫板的中点处垂直位移 （4-80） 式中：p-荷载; r-垫板的半径; μ-岩体的泊松比; E——岩体的弹性模量 b.垫板的平均位移 （4－81） 式中，A-受荷表面的面积；m-系数它取决于垫板的形状、刚度以及荷载分布等情况，其m值可见表4－5 c.带孔柔性垫板(中心有孔的压力枕)中心点的垂直位移 （4－83)