水利樞紐壩址巖體變形試驗研究論文
現場(chǎng)巖體變形試驗加壓系統采用具有良好穩壓效果的液壓荷載系統，加壓及傳力系統主要包括３００ｔ液壓千斤頂和高壓油泵、鋼質(zhì)承壓板、鋼墊板、傳力柱等。測量系統包括測量支架、磁性表架、測量標點(diǎn)、壓力表、百分表、千分表等。
進(jìn)場(chǎng)前對所有試驗設備進(jìn)行嚴格檢查，確保試驗設備能正常運行。測量?jì)x器按照計量認證的要求進(jìn)行檢定，液壓千斤頂按照巖石規程的規定進(jìn)行率定。加壓系統和測量系統安裝見(jiàn)圖１、圖２。（１）試點(diǎn)表面清洗干凈，鋪墊一層水泥漿，放置承壓板并擠壓出多余的水泥漿，使承壓板與承壓面之間緊密接觸，且承壓板粘貼牢固，在試驗完成前不得移動(dòng)�？刂扑酀{厚度小于承壓板直徑的１％，盡量減少水泥漿對巖體變形的影響。（２）為了滿(mǎn)足試驗對承壓板剛度的要求，在承壓板上疊加一塊直徑為４０ｃｍ、厚為６ｃｍ的鋼質(zhì)墊板。（３）在承壓板上依次放置墊板、千斤頂、傳力柱、墊板，墊板和巖體間填筑砂漿。（４）整個(gè)系統應具有足夠的剛度和強度，所有承壓部件中心保持在同一軸線(xiàn)上，軸線(xiàn)與加壓方向一致。（５）用高壓油管連通千斤頂、高壓油泵以及壓力表，施加接觸壓力使整個(gè)系統接觸緊密。（６）在承壓板兩側各放置簡(jiǎn)支測量支架一根，測量支架滿(mǎn)足剛度要求。支點(diǎn)設置在距試點(diǎn)中心４倍承壓板直徑以外。（７）對于垂直方向加壓試驗，在承壓板兩側，通過(guò)承壓板中心沿硐室軸線(xiàn)方向，距承壓板邊緣０．１Ｄ（５ｃｍ）、０．５Ｄ（２５ｃｍ）、１．５Ｄ（７５ｃｍ）對稱(chēng)埋設測量標點(diǎn)（Ｄ為承壓板直徑），用于觀(guān)測和研究巖體的影響范圍。
根據千斤頂率定曲線(xiàn)及承壓板面積，計算每級荷載下的壓力表示值，編制試驗加壓表。在開(kāi)始試驗前，必須進(jìn)行全面檢查，確保加載系統安全、穩定，所有測表工作狀態(tài)正常，油管連接無(wú)誤。各項準備工作就緒后，進(jìn)行穩定觀(guān)測，每隔１０ｍｉｎ讀數１次，連續３次讀數不變后開(kāi)始加壓。試驗最大應力為７．５ＭＰａ，等分５級施加，加壓方式采用逐級１次循環(huán)法。每級壓力加壓或退壓后立即讀數，以后每隔１０ｍｉｎ讀數１次，當承壓板上所有測表相鄰２次讀數差與同級壓力下第１次讀數和前一級壓力下最后１次讀數差之比小于５％時(shí)，即可認為變形相對穩定，可以退至或施加下一級壓力。
將承壓板上４個(gè)測表所測變形的算術(shù)平均值作為巖體在各級壓力作用下的變形量，繪制壓力ｐ與變形Ｗ的關(guān)系曲線(xiàn)，根據曲線(xiàn)類(lèi)型確定變形值，計算巖體變形參數。當存在失靈測表或讀數異常時(shí)，采用另外３個(gè)測表（變形均勻時(shí)）或另一對稱(chēng)的測表（變形不均勻時(shí)）計算變形值。巖石規程將ｐ—Ｗ關(guān)系曲線(xiàn)劃分為５種類(lèi)型，即直線(xiàn)型（ａ）、近似直線(xiàn)型（ｄ、ｅ）、上凸型（ｃ）、下凹型（ｂ）。ａ、ｄ、ｅ呈線(xiàn)性關(guān)系，采用取直線(xiàn)段計算巖體全變形量Ｗ０和彈性變形量Ｗｅ，ｂ、ｃ呈非線(xiàn)性關(guān)系，逐級分別計算Ｗ０和Ｗｅ。根據各個(gè)試點(diǎn)的整理計算結果，古賢水利樞紐巖體變形試驗結果見(jiàn)表１、表２。
承壓板法的原理是基于半無(wú)限體平面局部受力的布西涅斯克公式。從理論上講，它除了要求巖體是均勻、各向同性的彈性體外，還要求試驗點(diǎn)加荷表面以下的巖體在尺寸上是無(wú)限的。顯然，這些條件實(shí)際上是不可能滿(mǎn)足的，只能達到某種近似。其原因是，巖體既有彈性又有塑性、黏滯性；現場(chǎng)試驗往往在硐室內進(jìn)行，受硐室尺寸和測試技術(shù)條件等限制，試驗加荷表面總是有限的；加荷表面以下的巖體，理論上也要求無(wú)限大，但實(shí)際上人們只能看到加荷表面的地質(zhì)情況，而看不到深部巖體情況的變化。影響巖體變形試驗的主要因素包括承壓板的大小、剛度，試點(diǎn)的邊界條件、穩定標準、加壓方式、溫度，測量系統的剛度等，因此巖體在荷載作用下，壓力與變形關(guān)系是比較復雜的非線(xiàn)性問(wèn)題。結晶點(diǎn)陣構造的巖石微粒、結構面和充填物變形的總和構成巖體的變形量，而對巖體變形起決定和控制作用的是結構面和充填物變形。
當巖體受到外荷載作用時(shí)，從宏觀(guān)上看，變形至少表現出如下幾種現象：①加荷后，有一部分變形立即發(fā)生，這是主要的；少部分變形需要一定時(shí)間方能逐漸完成，但變形的速度隨時(shí)間的延長(cháng)而減慢。②當外荷載卸載后，大部分變形能夠很快恢復，少部分不能恢復，即使在壓力不大時(shí)卸荷也不例外。一般來(lái)講，殘余變形在低壓階段所占變形的百分比較高壓階段的大；風(fēng)化或破碎巖體比新鮮完整巖體變形大。③變形有時(shí)是突變的，反映在測表上的指針呈現突然跳動(dòng)，這是巖體內部發(fā)生局部破裂的一種表現。
采用剛性承壓板法進(jìn)行巖體變形試驗，經(jīng)常使用的加壓方式為逐級１次循環(huán)法，其壓力ｐ與變形Ｗ關(guān)系曲線(xiàn)分為直線(xiàn)型（ａ）、近似直線(xiàn)型（ｄ、ｅ）、上凸型（ｃ）、下凹型（ｂ）。一般來(lái)說(shuō)，上凸型曲線(xiàn)說(shuō)明巖體具有層理、裂隙，且隨深度加深巖體剛度減弱，當在垂直結構面上加壓時(shí)可出現此類(lèi)曲線(xiàn)。此外，隨著(zhù)壓力增大，巖體的裂隙張開(kāi)或產(chǎn)生新的裂隙，也常出現這類(lèi)曲線(xiàn)。下凹型曲線(xiàn)說(shuō)明巖體具有層理、裂隙等結構面，且具有非均質(zhì)特性。在軟硬巖層互層、含夾層、裂隙等結構面的巖體中，在垂直結構面上加壓時(shí)可出現這種類(lèi)型的曲線(xiàn)，有時(shí)在靠近加壓面處為一較軟的夾層，或在下臥層較堅硬、裂隙較少，但上覆巖層裂隙較發(fā)育或較疏松的巖體中，在垂直結構面上加壓時(shí)，也可能出現這類(lèi)曲線(xiàn)。它反映出隨著(zhù)壓力的增大，結構面逐漸被壓密，模量逐漸增大。直線(xiàn)型曲線(xiàn)反映巖體有較好的均質(zhì)性，在完整、致密，被多組不定向裂隙切割而破碎的巖體中，或成層巖體，平行于層理加壓時(shí)，均有可能出現這種形狀的曲線(xiàn)。
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