水利工程甲级资质所需要掌握的技能之弹性模量、变形模量

3.1.1承压板法试验按承压板性质,可采用刚性承压板或柔性承压板,刚性承压板法试验适用于各类岩体,柔性承压板法试验适用于完整和较完整岩体。

3.1.2试验地段开挖时,应减少对岩体的扰动和破坏。

3.1.3在岩体的预定部位加工试点,应符合下列要求:
1试点受力方向宜与工程岩体实际受力方向一致。各向异性的岩体,也可按要求的受力方向制备试点。
2加工的试点面积应大于承压板,承压板的直径或边长不宜小于30cm
3试点表层受扰动的岩体宜清除干净。试点表面应修凿平整,表面起伏差不宜大于承压板直径或边长的1%。
4承压板外1.5倍承压板直径范围以内的岩体表面应平整,无松动岩块和石碴。

3.1.4试点的边界条件应符合下列要求:
1试点中心至试验洞侧壁或顶底板的距离,应大于承压板直径或边长的20倍:试点中心至洞口或掌子面的距离,应大于承压板直径或边长的2.5倍试点中心至临空面的距离,应大于承压板直径或边长的60倍。
2两试点中心之间的距离,应大于承压板直径或边长的40倍。
3试点表面以下3.0倍承压板直径或边长深度范围内的岩体性质宜相同。

3.1.5试点的反力部位岩体应能承受足够的反力,表面应凿平。

3.1.6柔性承压板中心孔法采用钻孔轴向位移计进行深部岩体变形量测的试点,应在试点中心垂直试点表面钻孔并取心,钻孔应符合钻孔轴向位移计对钻孔的要求,孔深不应小于承压板直径的6.0倍。孔内残留岩心与石碴应打捞干净,孔壁应清洗,孔口应保护。

3.1.7试点可在天然状态下试验,也可在人工泡水条件下试验。

3.1.8试点地质描述应包括下列内容:
1试段开挖和试点制备的方法及出现的情况
2岩石名称、结构及主要矿物成分。
3岩体结构面的类型、产状、宽度、延伸性、密度、充填物性质,以及与受力方向的关系等。
4试段岩体风化状态及地下水情况。
5试验段地质展示图、试验段地质纵横剖面图、试点地质素描图和试点中心钻孔柱状图。

3.1.9主要仪器和设备应包括下列各项:
1液压千斤顶。
2环形液压枕(柔性承压板法或中心孔法)。
3液压泵及管路。
4压力表。
5圆形或方形刚性承压板。
6垫板
7环形钢板和环形传力箱。
8传力柱。
9反力装置。
10测表支架。
11变形测表。
12磁性表座
13钻孔轴向位移计(柔性承压板法或中心孔法)

3.1.10刚性承压板法加压系统安装应符合下列规定:
1清洗试点岩体表面,辅垫一层水泥浆,放上刚性承压板,轻击承压板挤出多余水泥浆,使承压板平行试点表面。水泥浆的厚度不宜大于承压板直径的1%,并应防止水泥浆内有气泡产生。
2在承压板上放置千斤顶,千斤顶的加压中心应与承压板中心重合。
3在千斤顶上依次安装垫板、传力柱、垫板,在垫板和反力后座岩体之间填筑砂浆或安装反力装置。
4在露天场地或无法利用洞室顶板作为反力部位时,可采用堆载法或地锚作为反力装置。
5安装完毕后,可起动千斤顶微加压力,使整个系统结合紧密。
6加载系统应具有足够的刚度和强度,所有部件的中心应保持在同一轴线上并与加压方向一致。

3.1.11柔性承压板法加压系统安装应符合下列规定:
1进行中心孔法试验的试点,应在放置液压枕之前先在孔内安装钻孔轴向位移计。钻孔轴向位移计的测点布置,可按液压枕直径的0.25、0.50、0.75、1.00、1.50、2.00、3.00倍的钻孔不同深度进行,但孔口及孔底应设测点或固定点
2清洗试点岩体表面,铺垫一层水泥浆,放置两面凹槽已用水泥砂浆填平并经养护的环形液压枕,挤出多余水泥浆,并使环形液压枕平行试点表面。水泥浆的厚度不宜大于1cm,应防止水泥浆内有气泡产生
3在环形液压枕上放置环形钢板和环形传力箱,并依次安装垫板、液压枕或千斤顶、垫板、传力柱、垫板,在垫板和反力部位之间填筑砂浆或安装反力装置。
4其他应符合本标准第3.1.10条中4~7的规定。

3.1.12变形量测系统安装应符合下列规定:
1在承压板或液压枕两侧各安放测表支架1根,测表支架应满足刚度要求支承形式为简支。支架的支点应设在距承压板或液压枕中心20倍直径或边长以外,可采用浇筑在岩面上的混凝土墩作为支点。应防止支架在试验过程中产生沉陷。
2在测表支架上通过磁性表座安装变形测表。刚性承压板法试验应在承压板上对称布置4个测表,柔性承压板法试验应在环形液压枕中心表面上布置1个测表。
3根据需要,可在承压板外试点的影响范围内,通过承压板中心且相互垂直的两条轴线上对称布置若干测表。

3.1.13安装时浇筑的水泥浆和混凝土应进行养护。

3.1.14试验及稳定标准应符合下列规定:
1试验最大压力不宜小于预定压力的1.2倍。压力宜分为5级,按最大压力等分施加。
2加压前应对测表进行初始稳定读数观测,每隔10min同时测读各测表一次,连续三次读数不变,可开始加压试验,并将此读数作为各测表的初始读数值。钻孔轴向位移计各测点及板外测表观测,可在表面测表稳定不变后进行初始读数。
3加压方式宜采用逐级一次循环法。根据需要,可采用逐级多次循环法,或大循环法。
4每级压力加压后应立即读数,以后每隔10min读数一次,当刚性承压板上所有测表或柔性承压板中心岩面上的测表相邻两次读数差与同级压力下第次变形读数和前一级压力下最后一次变形读数差之比小于5%时,可认为变形稳定,并进行退压。退压后的稳定标准,与加压时的稳定标准相同。退压稳定后,按上述步骤依次加压至最大压力后,可结束试验。
5在加压、退压过程中,均应测读相应过程压力下测表读数一次。
6钻孔轴向位移计各测点及板外测表可在读取稳定读数后进行一次读数,

3.1.15试验时应对加压设备和测表运行情况、试点周围岩体隆起和裂缝开展、反力部位掉块和变形等进行记录和描述。试验期间,应控制试验环境温度的变化,露天场地进行试验时宜搭建专门试验棚。

3.1.16试验结束后,应及时拆卸试验设备。必要时,可在试点处切槽检查

3.1.17试验成果整理应符合下列要求:
1刚性承压板法按下列公式计算变形参数:

2柔性承压板法试验量测岩体表面变形时,按下列公式计算变形参数:

3柔性承压板法试验量测中心孔深部变形时,按下列公式计算变形参数

4当柔性承压板中心孔法试验量测到不同深度两点的岩体变形值时,两点之间岩体的视变形模量应按下列公式计算:

5当方形刚性承压板边长为30cm时,按下列公式计算基准基床系数:

6绘制压力与变形关系曲线、压力与变形模量和弹性模量及基准基床系数关系曲线。中心孔法试验应绘制不同压力下沿中心孔深度与变形关系曲线。

3.1.18承压板法岩体变形试验记录应包括工程名称、试点编号、试点位置、试验方法、试点描述、压力表和千斤顶(液压枕)编号、承压板尺寸、测表布置及编号、各级压力下的测表读数。

3.2.1钻孔径向加压法试验采用钻孔膨胀计、钻孔压力计或钻孔千斤顶。钻孔膨胀计和钻孔压力计适用于完整和较完整的中硬岩和软质岩,钻孔千斤顶适用于完整和较完整的硬质岩。

3.2.2试点应符合下列要求:
1试验孔应采用金刚石钻头钻进,孔壁应平直光滑,孔内残留岩心与石碴应打捞干净,孔壁应清洗,孔口应保护。孔径根据仪器要求确定。
2采用钻孔膨胀计和钻孔压力计进行试验时,试验孔应铅直。
3试验段岩性应均一。
4两试点加压段边缘之间的距离不应小于1.0倍加压段长:加压段边缘距孔口的距离不应小于1.0倍加压段长;加压段边缘距孔底的距离不应小于加压段长的0.5倍。

3.2.3试点地质描述应包括下列内容:
1钻孔钻进过程中的情况。
2岩石名称、结构及主要矿物成分。
3岩体结构面的类型、产状、宽度、充填物性质。
4地下水水位、含水层与隔水层分布。
5钻孔平面布置图和钻孔柱状图。

3.2.4主要仪器和设备应包括下列各项:
1钻孔膨胀计、钻孔压力计或钻孔千斤顶。
2液压泵及高压软管。
3压力表。
4扫孔器。
5模拟管。
6校正仪。
7定向杆。
8起吊设备。

3.2.5采用钻孔膨胀计或钻孔压力计进行试验时,试验准备工作应符合下列要求
1向钻孔内注水至孔口,将扫孔器放入孔内进行扫孔,直至上下连续三次收集不到岩块为止。将模拟管放入孔内直至孔底,如畅通无阻即可进行试验。
2按仪器使用要求,将组装后的探头进行钻孔膨胀计或钻孔压力计探头处钻孔直径标定,放入孔内预定深度,施加0.5MPa的初始压力,探头即自行固定,读取初始读数。
3钻孔压力计应用定向杆送入孔内,经定向后予以固定。

3.2.6采用钻孔千斤顶进行试验时,试验准备工作应符合下列要求:
1钻孔千斤顶适用于任意方向钻孔。可在水下试验,也可在干孔中试验。
2将扫孔器放入孔内进行扫孔,直至上下连续三次收集不到岩块为止。将模拟管放入孔内直至孔底,如畅通无阻即可进行试验。
3根据试验段岩性情况,选择承压板。
4按仪器使用要求,将组装后的探头用定向杆放入孔内预定深度。经定向后立即施加0.5~20MPa的初始压力,探头即自行固定,读取初始读数。

3.2.7试验及稳定标准应符合下列规定:
1试验最大压力应根据需要而定,可为预定压力的1.2~1.5倍。压力可分为5~10级,按最大压力等分施加。
2加压方式宜采用逐级一次循环法或大循环法。
3采用逐级一次循环法时,加压后立即读数,以后每隔3~5min读数一次,当相邻两次读数差与同级压力下第一次变形读数和前一级压力下最后一次变形读数差之比小于5%时,可认为变形稳定,即可进行退压
4采用大循环法时,每级过程压力应稳定3~5min,并测读稳定前后读数,最后一级压力稳定标准同本条3。变形稳定后,即可进行退压。大循环次数不应少于三次。
5退压后的稳定标准与加压时的稳定标准相同。
6每一循环过程中退压时,压力应退至初始压力。最后一次循环在退至初始压力后,应进行稳定值读数,然后全部压力退至零并保持一段时间,再移动探头。
7试验应由孔底向孔口逐段进行。

3.2.8试验结束后,应及时取出探头,对探头与岩体接触面上的压痕进行描述,确定孔壁岩体掉块和开裂的位置及方向。

3.2.9试验成果整理应符合下列要求:
1采用钻孔膨胀计或钻孔压力计进行试验时,按下列公式计算变形参数:

2采用钻孔千斤顶进行试验时,按下列公式计算变形参数:

3应绘制各测点的压力与变形关系曲线、各测点的压力与变形模量和弹性模量关系曲线、以及与钻孔岩心柱状图相对应的沿孔深的变形模量和弹性模量分布图。

3.2.10钻孔变形试验记录应包括工程名称、试验孔编号、试验孔位置、钻孔岩心柱状图、测点编号、测点深度、试验方法、测点方向、测点处钻孔直径、初始压力、钻孔千斤顶率定系数、各级压力下的读数