第四章岩体的基本力学性质幻灯片.ppt

（二）径向荷载试验（求抗力系数K和弹模E） 要点：在岩体中开挖一个圆筒形洞室，然后在这个洞室的某一段长度上施加垂直于岩体表面的均匀压力。水施加压力的为水压法；用压力枕施加压的为压力枕法(又称奥地利荷载试验) 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。 A 式中 -- 半径为 岩体内的径向位移。 变形模量可按弹性厚壁圆筒理论（图4－36）求得： 弹性抗力系数K 定义：洞室表面产生单位位移的应力 利用弹性厚壁圆筒理论推出： 注：K随洞的半径的大小而变化，一般，半径越大K值越小。K愈大岩体弹性抗力愈大，愈有利于衬砌的稳定。 即 （三）狭缝压力枕荷载试验(2种) 方法1要点：将岩体切割成槽，把压力枕埋于槽内，并用水泥砂浆浇注，使压力枕的两个面皆能很好地与槽的两侧岩面接触（图4-37）。 变形模量为 式中： p-压力枕给岩面的总荷载 ； A-圆形加载面的半径； Vs-岩面的平均位移（由压力枕中是水量或者油量推算出来。） 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： 式中：p—压力枕施加的单位压力（MPa） r—计算参数 l—直槽宽度（近似用压力枕的宽度代替）(cm)； y—直槽的中心轴（x轴）到测点的距离(cm）； uR— 测点的位移（cm） 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。 二、现场岩体直剪试验(2种) （一）双千斤顶法 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） F2-横向千斤顶活塞面积(若为压力枕，应乘以出力系数)（cm2） F-试件剪切面面积（cm2） α—横向推力与剪切面的夹角（通常取150) 2、在不同p力作用下剪切面上的正应力和剪应力 式中： 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。 3、绘制应力与位移特性曲线和剪应力与正应 力强度曲线 有效抗剪面积 正压力仍由全部面积承担 总面积： 注2 ：施加于试件剪切面上的压力应该包括千斤顶施加的荷重、设备和试件的重量。 注3 ：在计算剪应力时，应扣除由于垂直压力而产生的滚轴滚动摩擦力。 注4：如果剪切面为倾斜面时，上述破坏面上的正、剪应力的计算公式还应根据倾角的大小进行修正。 2、破坏面上的正、剪应力计算 而 故 3.绘制岩体正-剪应力强度曲线 （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） 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. 2、加载与测试 试件准备好后，把压力枕埋置在刻槽内，以便施加σ2和σ3，而σ1是通过垂直千斤顶或压力枕施加的。在试验中量测和记录试件的位移。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。 3、绘制岩体试验应力圆包络线、强度曲线和岩体特征曲线 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： * (1)由上式极限平衡方程可见：当β→φj 或π/2 ， σ1－σ3→∞, 故使方程有意义 :