钻孔内测试岩体工程力学参数方法

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2010,年,11,月,25,日,中国水利水电科学研究院岩土所,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2010,年,11,月,25,日,中国水利水电科学研究院岩土所,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2010,年,11,月,25,日,中国水利水电科学研究院岩土所,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2010,年,11,月,25,日,中国水利水电科学研究院岩土所,*,钻孔,内,内岩,体,体工,程,程力,学,学参,数,数原,位,位测,试,试,贾志,欣,欣,2012,年,09,月,23,日,主要,内,内容,前言,钻孔力学试验技术的发展,新型岩体钻孔测试设备的开发研制,结论,2012,年,09,月,23,日,2,主要,内,内容,前言,钻孔力学试验技术的发展,新型岩体钻孔测试设备的开发研制,结论,2012,年,09,月,23,日,3,前言,岩体,是,是赋,存,存于,一,一定,的,的地,质,质环,境,境中,的,的地,质,质体,，,，不,但,但其,应,应力,环,环境,复,复杂,，,，且,包,包含,着,着随,机,机发,育,育的,空,空间,上,上离,散,散的,结,结构,面,面，,其,其工,程,程力,学,学特,性,性十,分,分难,以,以把,握,握。,岩,岩体,抗,抗剪,强,强度,参,参数,是,是岩,土,土工,程,程设,计,计的,重,重要,指,指标,，,，进,行,行岩,体,体工,程,程稳,定,定性,分,分析,时,时确,定,定合,理,理的,岩,岩体,抗,抗剪,强,强度,参,参数,是,是最,基,基本,和,和最,重,重要,的,的，,也,也是,最,最难,的,的一,项,项工,作,作，,直,直接,关,关系,到,到工,程,程的,经,经济,与,与安,全,全。,目,目前,，,，确,定,定岩,体,体抗,剪,剪强,度,度参,数,数的,方,方法,很,很多,，,，但,是,是在,很,很大,程,程度,上,上仍,然,然采,用,用的,是,是在,室,室内,外,外岩,体,体试,验,验基,础,础上,，,，参,考,考借,鉴,鉴以,往,往积,累,累的,经,经验,来,来进,行,行岩,体,体抗,剪,剪强,度,度参,数,数的,确,确定,。,。为,此,此，,国,国内,外,外的,岩,岩土,工,工程,研,研究,者,者都,非,非常,重,重视,岩,岩体,的,的试,验,验,。,2012,年,09,月,23,日,4,节理,岩,岩体,抗,抗剪,强,强度,参,参数,确,确定,方,方法,类别,方法,优点,缺点,理论方法,损伤力学,断裂力学,结构面网络模拟,理论严密,岩体高度非线性，无可操作成果。,试验方法,直剪（室内和现场）,三轴（室内和现场）,原位测试（声波）,直观，目前规范和设计中主要依据的方法。,取样扰动，试样不能代表岩体参数。,经验方法,Hoek-Brown,Q,RMR,Z,适用于发育,3,组以上结构面并可以假设为各向同性的节理岩体,不适合于结构面、软岩；,取值与技术人员有很大关系，有较强的随意性。,前言,2012,年,09,月,23,日,6,中国,水,水利,水,水电,科,科学,研,研究,院,院岩,土,土所,鉴于,现,现有,室,室内,和,和现,场,场试,验,验方,法,法的,局,局限,性,性以,及,及经,验,验准,则,则的,人,人为,性,性，,岩,岩石,工,工程,界,界一,直,直没,有,有放,弃,弃寻,找,找和,研,研究,一,一种,能,能快,速,速、,简,简易,和,和较,可,可靠,确,确定,岩,岩体,，,，特,别,别是,对,对软,中,等,等硬,度,度岩,体,体抗,剪,剪强,度,度参,数,数的,原,原位,测,测试,手,手段,，,，期,望,望可,以,以弥,补,补现,有,有现,场,场大,剪,剪量,少,少和,室,室内,试,试验,试,试样,易,易受,扰,扰动,代,代表,性,性差,等,等问,题,题。,事,事实,上,上,寻找,和,和研,究,究能,快,快速,、,、简,易,易和,较,较可,靠,靠确,定,定岩,体,体抗,剪,剪参,数,数的,原,原位,测,测试,手,手段,已,成为岩,土,土工程,界,界内亟,需,需解决,的,的重要,瓶,瓶颈问,题,题之一,。,。,前言,钻孔剪,切,切仪能,够,够在现,场,场快速,进,进行岩,体,体剪切,试,试验的,便,便携设,备,备，可,以,以弥补,现,现有现,场,场大剪,量,量少和,室,室内试,验,验试样,易,易受扰,动,动代表,性,性差等,问,问题。,进,进行了,室,室内试,验,验与工,程,程现场,应,应用，,在,在总结,钻,钻孔剪,切,切仪的,优,优缺点,基,基础上,，,，结合,了,了岩土,工,工程中,常,常用的,其,其他钻,孔,孔岩体,工,工程特,性,性测试,方,方法，,研,研制开,发,发了第,一,一代岩,体,体原位,测,测试设,备,备,岩体钻,孔,孔剪切,弹,弹模测,试,试系统,。,2012,年,09,月,23,日,7,主要内,容,容,前言,钻孔力学试验技术的发展,新型岩体钻孔测试设备的开发研制,结论,2012,年,09,月,23,日,8,钻孔剪,切,切试验,（,（,RBST,）简介,美国爱,荷,荷华州,州,州立大,学,学,Richard Handy,教授自,1970,年就提,出,出了利,用,用现场,地,地质钻,孔,孔进行,孔,孔内原,位,位直接,剪,剪切试,验,验的想,法,法，后,经,经过多,年,年不断,的,的研制,开,开发与,工,工程应,用,用反馈,，,，于近,期,期成功,开,开发了,适,适用于,软,软,中等硬,度,度岩体,的,的岩石,钻,钻孔剪,切,切仪（,英,英文名,称,称为,Rock Borehole Shear Test,），并,已,已在美,国,国、日,本,本等国,家,家得到,了,了应用,。,。,2012,年,09,月,23,日,9,钻孔剪,切,切试验,（,（,RBST,）简介,岩石钻,孔,孔剪切,试,试验仪,（,（,RBST,）主要,部,部件为,由,由两块,剪,剪切板,组,组成的,剪,剪切头,和,和液压,装,装置，,由,由液压,千,千斤顶,提,提供动,力,力，通,过,过剪切,板,板向钻,孔,孔围岩,施,施加正,应,应力和,剪,剪应力,。,。保持,剪,剪切板,上,上的正,应,应力不,变,变，增,加,加剪应,力,力直至,钻,钻孔岩,壁,壁破坏,，,，此时,的,的剪应,力,力便是,该,该正应,力,力水平,下,下的剪,切,切强度,。,。,2012,年,09,月,23,日,10,钻孔剪,切,切仪的,基,基本原,理,理,该实验,可,可以看,作,作沿着,这,这一薄,层,层岩片,（,（图,2,中虚线,部,部分）,的,的强制,直,直剪破,坏,坏试验,。,。在岩,石,石钻孔,剪,剪切试,验,验中，,如,如嵌于,齿,齿状凸,起,起间岩,片,片的面,积,积为,A,，,作用于,岩,岩片上,的,的法向,力,力和连,杆,杆的提,拉,拉力大,小,小分别,为,为,P,和,T,，,则作用,在,在岩片,上,上的正,应,应力和,剪,剪应力,分,分别为,=,P/A,；,=T/2A,剪切头,25mm,25mm,施加剪,力,力的推,力,力板,施加剪,力,力装置,基本原,理,理,RBST,的组成,部,部分,剪切头,提供提,拉,拉力的,液,液压千,斤,斤顶,法向力,和,和剪切,力,力,控制装,置,置,孔深、,孔,孔斜和,孔,孔径,孔深,目,目前最,深,深到,20m,孔斜,可,可以水,平,平,孔径,7686mm,室内试,验,验与,RBST,试验对,比,比分析,日本进,行,行钻孔,剪,剪切试,验,验研究,，,，右图,所,所示的,是,是日本,对,对同一,种,种岩体,所,所进行,的,的室内,试,试验与,现,现场钻,孔,孔剪切,试,试验的,比,比对分,析,析，通,过,过图中,可,可以看,出,出，钻,孔,孔剪切,试,试验得,到,到的岩,体,体内摩,擦,擦角与,内,内聚力,分,分别为,43.4,度与,0.4MPa,，而室,内,内试验,得,得到的,岩,岩体体,内,内摩擦,角,角与内,聚,聚力分,别,别为,42.4,度与,0.67MPa,，,.,另外从,图,图中可,以,以看出,，,，两者,具,具有较,好,好的一,致,致性。,2012,年,09,月,23,日,16,美国爱,荷,荷华州,立,立大学,所,所进行,边,边坡软,岩,岩钻孔,剪,剪切试,验,验结果,2012,年,09,月,23,日,17,美国爱,荷,荷华州,立,立大学,所,所进行,的,的软弱,岩,岩体钻,孔,孔剪切,试,试验结,果,果,2012,年,09,月,23,日,18,试验步,骤,骤,放置剪,切,切头到,孔,孔内指,定,定深度,；,；,剪切头,和,和入孔,连,连杆及,油,油管重,量,量的测,试,试；,施加座,压,压；,施加法,向,向力，,然,然后施,加,加剪应,力,力；,回缩剪,切,切板，,提,提升剪,切,切头；,重新开,始,始下一,轮,轮试验,。,。,向家坝,水,水电站,坝,坝基岩,体,体钻孔,剪,剪切试,验,验应用,2012,年,09,月,23,日,20,2012,年,09,月,23,日,21,*水,电,电站坝,基,基岩体,钻,钻孔剪,切,切试验,应,应用,2012,年,09,月,23,日,22,向家坝,水,水电站,坝,坝基岩,体,体钻孔,剪,剪切试,验,验应用,试验组,正应力,（,MPa）,剪应力,（,MPa）,f,c,(MPa),R平方值,备注,第一组试验,钻孔编号：,RBX-7,3.5,3.1,0.85,0.07,0.994,试验深度距孔口,0.25m0.40m,9.5,8.5,12.5,10.6,6.5,5.4,第二组试验,钻孔编号：,RBX-7,3.5,3.0,0.50,1.40,0.968,试验深度距孔口,0.65m0.85m,6.5,5.1,9.5,5.8,12.5,6.1,12.5,7.8,第三组试验,钻孔编号：,RBX-7,3.5,3.0,0.54,1.08,0.984,试验深度距孔口,0.80m0.95m,6.5,4.7,9.5,5.8,12.5,8.0,泥岩钻,孔,孔剪切,典,典型试,验,验数据,以,以及回,归,归拟合,曲,曲线,2009,年底及,2010,年,5,月，进,行,行了,60,余组钻,孔,孔剪切,试,试验，,其,其中黑,色,色条带,状,状泥质,粉,粉砂岩,中,中进行,了,了,3,组钻孔,剪,剪切试,验,验，试,验,验位置,约,约为消,力,力池底,板,板下,4m,处；黑,色,色泥岩,钻,钻孔中,共,共进行,了,了,47,组试验,。,。,向家坝,水,水电站,钻,钻孔剪,切,切试验,成,成果简,介,介,2012,年,09,月,23,日,23,（,1,）条带,状,状灰黑,色,色泥质,粉,粉砂岩,的,的钻孔,剪,剪切实,验,验数据,回,回归得,到,到,f,平均值,为,为,0.67,，,c,平均值,为,为,1.43MPa,，试验,数,数据线,性,性拟合,优,优度平,均,均值为,0.97,。其中,得,得到的,岩,岩体抗,剪,剪强度,参,参数中,f,值非常,接,接近，,而,而,c,离散较,大,大。,（,2,）黑色,泥,泥岩的,钻,钻孔剪,切,切试验,数,数据回,归,归分析,可,可知，,抗,抗剪强,度,度参数,中,中,f,的平均,值,值为,0.45,，,c,的平均,值,值为,0.80MPa,，试验,数,数据线,性,性拟合,优,优度平,均,均值为,0.968,。其中,岩,岩体,f,值的离,散,散性较,小,小，而,c,离散较,大,大。,（,3,）通过,试,试验成,果,果与地,质,质工作,者,者对相,应,应岩体,的,的抗剪,强,强度参,数,数建议,值,值相比,可,可知，,钻,钻孔剪,切,切试验,得,得到的,f,值与地,质,质建议,值,值接近,，,，且略,小,小；但,c,值大于,地,地质建,议,议值，,且,且幅度,较