岩体的变形个性尤其是变形模量或弹性模量是岩体工程设计的沉要参数。由于岩体结构的复杂性和岩块矿物成分不一致,使得由试验测得统一类岩体的模量值,即便在统一区段选取统一步骤也可能相差很大,更不用说选取分歧步骤了。为了获得靠近工程岩体模量的“真值”,持久以来世界列国发展了大量的钻研步骤和相应的测试技术。这些步骤和技术能够综合为动测法和静测法两大类。
动测法是通过钻研地震波或声波在岩体中的传布法规并成立活动参数与岩体模量的关系,这种步骤拥有丈量迅速、耗资较少,便于大领域、大规模丈量蹬着点,但实测值大大高于静力法测值。由于设计必要静态值,所以很多钻研人员致力于钻研动、静两种丈量了局的有关关系。但迄今为止尚无合理的推算公式或暗示有关关系的图表,原因很单一,因动测法是物理步骤,而静测法是通过力的传递及应力应变关下反确定变形模量或弹性模量,二种分歧机造步骤测定的了局当然无法成立确定的关系。
静测法可分为承压板法(蕴含压力枕法和切缝法)、水压试洞法及钻孔法三类。
?承压板法
宽泛使用的步骤,但必须有勘探巷路,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,已很少选取。
?钻孔法
拥有如下利益:由于试点能够远脱离挖面,因而可减幼开挖和试件造备时对岩体的粉碎及露出面的松弛影响,试点处岩体根基上可维持原状;同时因试验周期短、经济,故可宽泛地发展,使了局更拥有代表性。
钻孔法使用的设备按加力方式可分为钻孔膨胀计、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,测定体积变动或钻孔径向变形以推算变形或弹性模量。
?钻孔弹模计
钻孔弹模计的道理是利用活塞、楔形块或幼型柔性压力枕等部件,给钻孔壁施加一短诙向压力,并同时丈量出相应的孔径变动,据此推算岩体的变形或弹性模量。
钻孔试验法固然只能测定一幼段(约三倍直径长度)內孔壁周围岩体的应力应变关系,但由于它可在大量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。若是将工程区按岩石分级划分分歧区域,在每个区域多个测段测试,则可用数理统计或加权均匀法评估工程区岩体的整体变形和弹性模量。
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)它与钻孔膨胀计的重要区别为:后者是利用柔性的橡胶囊向钻孔孔壁全面加压,测定体积变动或钻孔径向变形以推算变形或弹性模量;前者则是利用多个活塞向部门孔壁径向加压,加压块为刚性,加压角2β=45°(90°),同时测定加压方向的径向变形以推算变形或弹性模量。后者压力较低,合用于软岩或裂隙岩体;前者压力可达70MPa,合用于各类岩体(E=1~100GPa),只有孔径满足要求,试验期间孔壁不变即可。
GY型孔内弹模测定器能够在钻孔中测定固体介质的变形或弹性模量,重要用于岩体,也可用于混凝土或金属。
GY-75(90,110)别离合用于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钻孔弹模计的利益改进而成。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)的建议步骤,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点,其测定值必须经过建改,能力得到真实的弹模值。建改系数与岩体弹模的凹凸有关,倒劓实弹模(Etrue)为70GPa时,实测值(Ecalc)只有约24GPa。经过改进后的GY型钻孔弹模计则不需建改。
为验证弹模测定的靠得住性,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,标定了局批注测定值靠近真实值(45度线),不需建改,误差约5-10%。Ecalc=Etrue。GY-75和BJ-110的道理、重要指标一样,因而其标定了局可共用。此表,在三峡工程地基测试中,曾将统一测点的岩芯(齐全且均质、各向同性)进行室內试验,其弹模值和用GY-75在孔內的测定值很靠近,误差仅为百分之五。
01 GY型孔内弹模测定器道理、结构及根基机能
当向钻孔内壁施加一短诙向荷载时,钻孔将同时产生径向变形,显然,变形将随荷载升高而增长,统一量级荷载作用下,高弹模岩体中的钻孔变形较幼,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,为了正确测定着力大幼,中央两个活塞内装置两个荷沉传感器。为了将活塞及承压块收回,在最表端的两个活塞上增长了低压回路,兼作回程活塞。中央活塞双方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)别离合用于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幼,因而对钻孔要求较高。
试验期间孔壁必须不变,当在地表垂直孔内试验时,孔口应选取大一号的(φ90,110,130)套管护壁。
必须用金刚石钻头钻进,并加一个扩孔器,钻孔现实尺寸比尺度尺寸大1~3mm。
03 GY型孔内弹模测定器试验步骤
1.凭据试验要求及钻孔柱状图,选定测试区段及方向。
2.衔接肯定长的钻杆,每隔1m用白布带将油管、电缆捆紧到钻杆上,表明活塞加力方向。
3.向低压油路注油确信弹模计处于“关合”状态,并放松低压油路阀门。
4.荷沉传感器(L1、L2)读数别离调零,位移传感器(D1、D2)不用调零。
5.将弹模计幼心送入测试部位及预约的方向。
6.向高压油路加压至2MPa,使承压块和孔壁接触,而后卸压至零。卸零跋文录应变仪上四个传感器读数。L1、L2读数应靠近零读数,凭据D1、D2读数可算出钻孔直径。当钻孔直径大于尺度孔径4mm时,取出并换用厚承压板。
7.按选定的试验方式加压和卸压,并纪录各级荷载下的四个传感器读数。建议选取屡次大循环加载法,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。也可选取逐级单循环加卸载法。对绝大部门岩石,加至40-50MPa已足够。
8.逐级卸载,卸零后,向低压油路注油(高压油路放松),当D1、D2根基回到初读数时,钻孔弹模计已回到“关合”状态。
9.将钻孔弹模计移至另一测试部位,持续6、7、8三步试验。

04 GY型孔内弹模测定器资料分析
1.凭据实测应变绘造钻孔孔壁压力和位移关系曲线。
2.按下述公式推算分歧荷载级别下的E值
E=A×d×T*(γ、β)×△Q/△d (γ、β)
式中:
A=0.915(与弹模计长径迸仔关的系数)
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,承压块与孔壁达到全接触状态时的压力值也较高,即压力位移曲线的线性段肇始点较高,应拔取肇始点以上的近似直线段推算弹;虮淠V。
案 / 例
朝鲜平壤柳京饭店

应朝鲜科学院约请,对已建成但尚未装建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? ,构筑面积32000m? ,高323.55m,地下4层,地上101层,共105层,为远东地域最高的钢筋混凝土摩天大厦,基岩重要由细粒砂岩、粉砂岩、粉砂质粘板岩组成,机关单一,岩层走向NEE,偏差NWW,倾角5°-35° ,节理裂隙较发育,但无大断层?碧浇锥卧玫卣鸱ú舛‥值介于1-40GPa之间。本次试验选取GY-75钻孔弹模计,共钻三个孔,它们蕴含了地基的三种重要岩层,拥有足够的代表性, 实测E值介于2.62-22.33GPa。
三峡工程永远船闸基础

永远船闸是三峡水利枢纽重要工程之一,构筑于坛子岭至雷劈山之间的山体中,基岩重要为闪云斜长花岗岩,新鲜岩体僵硬致密,齐全性较好,表层风化壳较厚,闸室区有幼断层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,每级船闸长宽及最幼水头别离为280m×34m×5m。
为相识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,将弹模测试了局与波速测试了局进行了对比,有关性极度好,验证了两种步骤都是靠得住的。
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