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岩体的弹性模量及其丈量要领
宣布时间:2022-04-07 浏览次数:72660 来源:尊龙凯时人生就是搏
岩体的变形特性尤其是变形模量或弹性模量是岩体工程设计的重要参数。由于岩体结构的庞大性和岩块矿物身分纷歧致 ,使得由试验测得同一类岩体的模量值 ,即便在同一区段接纳同一要领也可能相差很大 ,更不必说接纳差别要领了。为了获得接近工程岩体模量的“真值” ,恒久以来世界各国生长了大宗的研究要领和相应的测试技术。这些要领和技术可以归纳为动测法和静测法两大类。

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动测法是通过研究地动波或声波在岩体中的流传纪律并建立运动参数与岩体模量的关系 ,这种要领具有丈量迅速、耗资较少 ,便于大规模、大规模丈量等优点 ,但实测值大大高于静力法测值。由于设计需要静态值 ,所以许多研究人员致力于研究动、静两种丈量结果的相关关系。但迄今为止尚无合理的盘算公式或体现相关关系的图表 ,原因很简单 ,因动测法是物理要领 ,而静测法是通过力的通报及应力应变关系来确定变形模量或弹性模量 ,二种差别机制要领测定的结果虽然无法建立确定的关系。

静测法可分为承压板法(包括压力枕法和切缝法)、水压试洞法及钻孔法三类。
?承压板法
广泛使用的要领 ,但必须有勘探巷道 ,并且测点少、试验周期长、用度高 ,测点处易受爆破影响。
?水压试洞法
用度更高 ,已很少接纳。
?钻孔法
具有如下优点:由于试点可以远离开挖面 ,因而可减小开挖和试件制备时对岩体的破坏及袒露面的松弛影响 ,试点处岩体基本上可坚持原状;同时因试验周期短、经济 ,故可广泛地开展 ,使结果更具有代表性。

钻孔法使用的设备按加力方法可分为钻孔膨胀计、贯入计、钻孔弹模计三类。
?钻孔膨胀计
钻孔膨胀计是利用柔性的橡胶囊向钻孔孔壁全面加压 ,测定体积变革或钻孔径向变形以盘算变形或弹性模量。
?钻孔弹模计
钻孔弹模计的原理是利用活塞、楔形块或小型柔性压力枕等部件 ,给钻孔壁施加一对径向压力 ,并同时丈量出相应的孔径变革 ,据此盘算岩体的变形或弹性模量。

钻孔试验法虽然只能测定一小段(约三倍直径长度)內孔壁周围岩体的应力应变关系 ,但由于它可在大宗已有的取芯勘探孔內多个测段內进行 ,测试数据多 ,代表性强。如果将工程区按岩石分级划分差别区域 ,在每个区域多个测段测试 ,则可用数理统计或加权平均法评估工程区岩体的整体变形和弹性模量。
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孔内弹模测定器

孔内弹模测定器也称钻孔弹模计 ,(Borehole Jack, Goodman Jack 或NX Borehole jack)它与钻孔膨胀计的主要区别为:后者是利用柔性的橡胶囊向钻孔孔壁全面加压 ,测定体积变革或钻孔径向变形以盘算变形或弹性模量;前者则是利用多个活塞向部分孔壁径向加压 ,加压块为刚性 ,加压角2β=45°(90°) ,同时测定加压偏向的径向变形以盘算变形或弹性模量。后者压力较低 ,适用于软岩或裂隙岩体;前者压力可达70MPa ,适用于种种岩体(E=1~100GPa) ,只要孔径满足要求 ,试验期间孔壁稳定即可。

GY型孔内弹模测定器可以在钻孔中测定固体介质的变形或弹性模量 ,主要用于岩体 ,也可用于混凝土或金属。


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GY-75(90 ,110)划分适用于φ75mm、φ90mm、φ110mm钻孔 ,但通过更换厚一些的承压块 ,它也可用于大一级的钻孔 ,即GY-75也可用于φ90mm钻孔 ,GY-90可用于φ110mm钻孔 ,GY-110可用于φ130mm钻孔。
GY型孔内弹模测定器是在美国古德曼千斤顶(Goodman Jack)的基础上 ,并吸收了BJ-110钻孔弹模计的优点革新而成。Goodman Jack是国际上有代表性的钻孔弹模计 ,已作为国际岩石力学委员会(ISRM)的建议要领 ,用于钻孔中测定现场岩体弹性模量。但由于该设备在设计上的缺陷 ,其测定值必须经过修正 ,才华获得真实的弹模值。修正系数与岩体弹模的崎岖有关 ,认真实弹模(Etrue)为70GPa时 ,实测值(Ecalc)只有约24GPa。经过革新后的GY型钻孔弹模计则不需修正。
为验证弹模测定的可靠性 ,将钻孔弹模计放入带有中心孔的铸钢、铸铁及大理岩立方体(360*400*400mm)进行了标定试验 ,标定结果标明测定值接近真实值(45度线),不需修正 ,误差约5-10%。Ecalc=Etrue。GY-75和BJ-110的原理、主要指标相同 ,因此其标定结果可共用。别的 ,在三峡工程地基测试中 ,曾将同一测点的岩芯(完整且均质、各向同性)进行室內试验 ,其弹模值和用GY-75在孔內的测定值很接近 ,误差仅为百分之五。

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01 GY型孔内弹模测定器原理、结构及基天性能
当向钻孔内壁施加一对径向荷载时 ,钻孔将同时爆发径向变形 ,显然 ,变形将随荷载升高而增长 ,同一量级荷载作用下 ,高弹模岩体中的钻孔变形较小 ,反之则大 ,凭据荷载和变形的比值即可求出岩体弹模值。径向荷载由四个同步加压的圆形活塞提供 ,为了准确测定着力巨细 ,中间两个活塞内装置两个荷重传感器。为了将活塞及承压块收回 ,在最外端的两个活塞上增加了低压回路 ,兼作回程活塞。中间活塞两边各装一个位移传感器 ,以测定径向变形。

02 GY型孔内弹模测定器对钻孔及钻具的要求
GY-75(90 ,110)划分适用于φ75mm(90 ,110mm)的金刚石钻进钻孔 ,由于孔内弹模测定器的行程只有6mm ,且与钻孔壁的间隙很小 ,因此对钻孔要求较高。
试验期间孔壁必须稳定 ,当在地表笔直孔内试验时 ,孔口应接纳大一号的(φ90 ,110 ,130)套管护壁。
必须用金刚石钻头钻进 ,并加一个扩孔器 ,钻孔实际尺寸比标准尺寸大1~3mm。
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03 GY型孔内弹模测定器试验办法
1.凭据试验要求及钻孔柱状图 ,选定测试区段及偏向。
2.连接一定长的钻杆 ,每隔1m用白布带将油管、电缆捆紧到钻杆上 ,标明活塞加力偏向。
3.向低压油路注油确信弹模计处于“闭合”状态 ,并松开低压油路阀门。
4.荷重传感器(L1、L2)读数划分调零 ,位移传感器(D1、D2)不必调零。
5.将弹模计小心送入测试部位及预定的偏向。
6.向高压油路加压至2MPa ,使承压块和孔壁接触 ,然后卸压至零。卸零后纪录应变仪上四个传感器读数。L1、L2读数应接近零读数 ,凭据D1、D2读数可算出钻孔直径。当钻孔直径大于标准孔径4mm时 ,取出并换用厚承压板。
7.按选定的试验方法加压和卸压 ,并纪录各级荷载下的四个传感器读数。建议接纳多次大循环加载法 ,加卸载分级如0、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、45、40、35、30、25、20、15、10、5、2、0MPa。也可接纳逐级单循环加卸载法。对绝大部分岩石 ,加至40-50MPa已足够。
8.逐级卸载 ,卸零后 ,向低压油路注油(高压油路松开) ,当D1、D2基本回到初读数时 ,钻孔弹模计已回到“闭合”状态。
9.将钻孔弹模计移至另一测试部位 ,继续6、7、8三步试验。

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04 GY型孔内弹模测定器资料剖析

1.凭据实测应变绘制钻孔孔壁压力和位移关系曲线。
2.按下述公式盘算差别荷载级别下的E值
E=A×d×T*(γ、β)×△Q/△d   (γ、β)
式中:
A=0.915(与弹模计长径比有关的系数)
d—钻孔直径(mm)
T*(γ、β)(与弹模计泊桑比及接触角有关的系数)
△Q—压力增量(MPa)

△d—直径增量(mm)

3.被测介质的弹性模量愈高时 ,承压块与孔壁抵达全接触状态时的压力值也较高 ,即压力位移曲线的线性段起始点较高 ,应选取起始点以上的近似直线段盘算弹;虮淠V。


案 / 例

朝鲜平壤柳京饭店

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应朝鲜科学院邀请,对已建成但尚未装修的平壤柳京饭店地基进行了变形模量现场测试。柳京饭店位于平壤市中心,占地50000m? ,建筑面积32000m? ,高323.55m,地下4层,地上101层,共105层,为远东地区最高的钢筋混凝土摩天大厦,基岩主要由细粒砂岩、粉砂岩、粉砂质粘板岩组成,结构简单,岩层走向NEE,倾向NWW,倾角5°-35° ,节理裂隙较发育,但无大断层?碧浇锥卧玫囟ú舛‥值介于1-40GPa之间。本次试验接纳GY-75钻孔弹模计,共钻三个孔,它们包括了地基的三种主要岩层,具有足够的代表性, 实测E值介于2.62-22.33GPa。


三峡工程永久船闸基础

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永久船闸是三峡水利枢纽主要工程之一 ,修建于坛子岭至雷劈山之间的山体中 ,基岩主要为闪云斜长花岗岩 ,新鲜岩体坚硬致密 ,完整性较好 ,表层风化壳较厚 ,闸室区有小断层77条。
船闸为双线五级 ,总长6442m ,主体结构长1607m ,中隔墩宽60m ,最大运行水头113m ,每级船闸长宽及最小水头划分为280m×34m×5m。
为了解开挖对边坡岩体的影响 ,在北3、北4及南3、南4排水洞的8个水平钻孔中进行了长达三年的钻孔弹模测试 ,每季度检测一次 ,每次约50个测点 ,共测得弹模值约600个。测试仪器为GY-75、GY-90、GY-110钻孔弹模计。
同时进行了波速测试 ,将弹模测试结果与波速测试结果进行了比照 ,相关性很是好 ,验证了两种要领都是可靠的。

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