水利樞紐壩址巖體變形試驗研究論文

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現場巖體變形試驗加壓系統採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、壓力錶、百分表、千分表等。

水利樞紐壩址巖體變形試驗研究論文

進場前對所有試驗裝置進行嚴格檢查,確保試驗裝置能正常執行。測量儀器按照計量認證的要求進行檢定,液壓千斤頂按照岩石規程的規定進行率定。加壓系統和測量系統安裝見圖1、圖2。(1)試點表面清洗乾淨,鋪墊一層水泥漿,放置承壓板並擠壓出多餘的水泥漿,使承壓板與承壓面之間緊密接觸,且承壓板貼上牢固,在試驗完成前不得移動。控制水泥漿厚度小於承壓板直徑的1%,儘量減少水泥漿對巖體變形的影響。(2)為了滿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,墊板和巖體間填築砂漿。(4)整個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上,軸線與加壓方向一致。(5)用高壓油管連通千斤頂、高壓油泵以及壓力錶,施加接觸壓力使整個系統接觸緊密。(6)在承壓板兩側各放置簡支測量支架一根,測量支架滿足剛度要求。支點設定在距試點中心4倍承壓板直徑以外。(7)對於垂直方向加壓試驗,在承壓板兩側,通過承壓板中心沿硐室軸線方向,距承壓板邊緣0.1D(5cm)、0.5D(25cm)、1.5D(75cm)對稱埋設測量標點(D為承壓板直徑),用於觀測和研究巖體的影響範圍。

根據千斤頂率定曲線及承壓板面積,計算每級荷載下的壓力錶示值,編制試驗加壓表。在開始試驗前,必須進行全面檢查,確保載入系統安全、穩定,所有測表工作狀態正常,油管連線無誤。各項準備工作就緒後,進行穩定觀測,每隔10min讀數1次,連續3次讀數不變後開始加壓。試驗最大應力為7.5MPa,等分5級施加,加壓方式採用逐級1次迴圈法。每級壓力加壓或退壓後立即讀數,以後每隔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後1次讀數差之比小於5%時,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個測表所測變形的算術平均值作為巖體在各級壓力作用下的變形量,繪製壓力p與變形W的關係曲線,根據曲線型別確定變形值,計算巖體變形引數。當存在失靈測表或讀數異常時,採用另外3個測表(變形均勻時)或另一對稱的測表(變形不均勻時)計算變形值。岩石規程將p—W關係曲線劃分為5種類型,即直線型(a)、近似直線型(d、e)、上凸型(c)、下凹型(b)。a、d、e呈線性關係,採用取直線段計算巖體全變形量W0和彈性變形量We,b、c呈非線性關係,逐級分別計算W0和We。根據各個試點的整理計算結果,古賢水利樞紐巖體變形試驗結果見表1、表2。

承壓板法的原理是基於半無限體平面區域性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,還要求試驗點加荷表面以下的巖體在尺寸上是無限的。顯然,這些條件實際上是不可能滿足的,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;現場試驗往往在硐室內進行,受硐室尺寸和測試技術條件等限制,試驗加荷表面總是有限的;加荷表面以下的巖體,理論上也要求無限大,但實際上人們只能看到加荷表面的地質情況,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,壓力與變形關係是比較複雜的非線性問題。結晶點陣構造的岩石微粒、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,從巨集觀上看,變形至少表現出如下幾種現象:①加荷後,有一部分變形立即發生,這是主要的;少部分變形需要一定時間方能逐漸完成,但變形的速度隨時間的延長而減慢。②當外荷載解除安裝後,大部分變形能夠很快恢復,少部分不能恢復,即使在壓力不大時卸荷也不例外。一般來講,殘餘變形在低壓階段所佔變形的百分比較高壓階段的大;風化或破碎巖體比新鮮完整巖體變形大。③變形有時是突變的,反映在測表上的指標呈現突然跳動,這是巖體內部發生區域性破裂的一種表現。

採用剛性承壓板法進行巖體變形試驗,經常使用的加壓方式為逐級1次迴圈法,其壓力p與變形W關係曲線分為直線型(a)、近似直線型(d、e)、上凸型(c)、下凹型(b)。一般來說,上凸型曲線說明巖體具有層理、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可出現此類曲線。此外,隨著壓力增大,巖體的裂隙張開或產生新的裂隙,也常出現這類曲線。下凹型曲線說明巖體具有層理、裂隙等結構面,且具有非均質特性。在軟硬岩層互層、含夾層、裂隙等結構面的巖體中,在垂直結構面上加壓時可出現這種型別的曲線,有時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,但上覆岩層裂隙較發育或較疏鬆的巖體中,在垂直結構面上加壓時,也可能出現這類曲線。它反映出隨著壓力的增大,結構面逐漸被壓密,模量逐漸增大。直線型曲線反映巖體有較好的均質性,在完整、緻密,被多組不定向裂隙切割而破碎的巖體中,或成層巖體,平行於層理加壓時,均有可能出現這種形狀的曲線。