钻孔内测试岩体工程力学参数方法

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1、钻孔内岩体工程力学参数原位测试贾志欣2012年09月23日主要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前言岩体是赋存于一定的地质环境中的地质体，不但其应力环境复杂，且包含着随机发育的空间上离散的结构面，其工程力学特性十分难以把握。岩体抗剪强度参数是岩土工程设计的重要指标，进行岩体工程稳定性分析时确定合理的岩体抗剪强度参数是最基本和最重要的，也是最难的一项工作，直接关系到工程的经

2、济与安全。目前，确定岩体抗剪强度参数的方法很多，但是在很大程度上仍然采用的是在室内外岩体试验基础上，参考借鉴以往积累的经验来进行岩体抗剪强度参数的确定。为此，国内外的岩土工程研究者都非常重视岩体的试验。2012年09月23日4节理岩体抗剪强度参数确定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-BrownQRMRZ适用于

3、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中国水利水电科学研究院岩土所鉴于现有室内和现场试验方法的局限性以及经验准则的人为性，岩石工程界一直没有放弃寻找和研究一种能快速、简易和较可靠确定岩体，特别是对软～中等硬度岩体抗剪强度参数的原位测试手段，期望可以弥补现有现场大剪量少和室内试验试样易受扰动代表性差等问题。事实上寻找和研究能快速、简易和较可靠确定岩体抗剪参数的原位测试手段已成为岩土工程界内亟需解决的重要瓶颈问题之一。

4、前言钻孔剪切仪能够在现场快速进行岩体剪切试验的便携设备，可以弥补现有现场大剪量少和室内试验试样易受扰动代表性差等问题。进行了室内试验与工程现场应用，在总结钻孔剪切仪的优缺点基础上，结合了岩土工程中常用的其他钻孔岩体工程特性测试方法，研制开发了第一代岩体原位测试设备——岩体钻孔剪切弹模测试系统。2012年09月23日7主要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8钻孔剪切试验（RBST）简介美国爱荷华州州立大学RichardHandy教授自1970年就提出了利用现场地质钻

5、孔进行孔内原位直接剪切试验的想法，后经过多年不断的研制开发与工程应用反馈，于近期成功开发了适用于软~中等硬度岩体的岩石钻孔剪切仪（英文名称为RockBoreholeShearTest），并已在美国、日本等国家得到了应用。2012年09月23日9钻孔剪切试验（RBST）简介岩石钻孔剪切试验仪（RBST）主要部件为由两块剪切板组成的剪切头和液压装置，由液压千斤顶提供动力，通过剪切板向钻孔围岩施加正应力和剪应力。保持剪切板上的正应力不变，增加剪应力直至钻孔岩壁破坏，此时的剪应力便是该正应力水平下的剪切强度。2012年09

6、月23日10钻孔剪切仪的基本原理该实验可以看作沿着这一薄层岩片（图2中虚线部分）的强制直剪破坏试验。在岩石钻孔剪切试验中，如嵌于齿状凸起间岩片的面积为A，作用于岩片上的法向力和连杆的提拉力大小分别为P和T，则作用在岩片上的正应力和剪应力分别为σ=P/A；τ=T/2A剪切头25mm25mm施加剪力的推力板施加剪力装置基本原理RBST的组成部分剪切头提供提拉力的液压千斤顶法向力和剪切力控制装置孔深、孔斜和孔径孔深＝目前最深到20m孔斜＝可以水平孔径＝76~86mm室内试验与RBST试验对比分析日本进行钻孔剪切试验研究，

7、右图所示的是日本对同一种岩体所进行的室内试验与现场钻孔剪切试验的比对分析，通过图中可以看出，钻孔剪切试验得到的岩体内摩擦角与内聚力分别为43.4度与0.4MPa，而室内试验得到的岩体体内摩擦角与内聚力分别为42.4度与0.67MPa，.另外从图中可以看出，两者具有较好的一致性。2012年09月23日16美国爱荷华州立大学所进行边坡软岩钻孔剪切试验结果2012年09月23日17美国爱荷华州立大学所进行的软弱岩体钻孔剪切试验结果2012年09月23日18试验步骤放置剪切头到孔内指定深度；剪切头和入孔连杆及油管重量的测试

8、；施加座压；施加法向力，然后施加剪应力；回缩剪切板，提升剪切头；重新开始下一轮试验。向家坝水电站坝基岩体钻孔剪切试验应用2012年09月23日202012年09月23日21**水电站坝基岩体钻孔剪切试验应用2012年09月23日22向家坝水电站坝基岩体钻孔剪切试验应用试验组正应力（MPa）剪应力（MPa）fc(MPa)R平方值备注第一组试验钻孔编号：RBX-