水利枢纽坝址岩体变形试验研究

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现场岩体变形试验加压系统采用具有良好稳压效果的液压荷载系统，加压及传力系统主要包括300t液压千斤顶和高压油泵、钢质承压板、钢垫板、传力柱等。测量系统包括测量支架、磁性表架、测量标点、压力表、百分表、千分表等。

进场前对所有试验设备进行严格检查，确保试验设备能正常运行。测量仪器按照计量认证的要求进行检定，液压千斤顶按照岩石规程的规定进行率定。加压系统和测量系统安装见图1、图2。（1）试点表面清洗干净，铺垫一层水泥浆，放置承压板并挤压出多余的水泥浆，使承压板与承压面之间紧密接触，且承压板粘贴牢固，在试验完成前不得移动。控制水泥浆厚度小于承压板直径的1％，尽量减少水泥浆对岩体变形的影响。（2）为了满足试验对承压板刚度的要求，在承压板上叠加一块直径为40cm、厚为6cm的钢质垫板。（3）在承压板上依次放置垫板、千斤顶、传力柱、垫板，垫板和岩体间填筑砂浆。（4）整个系统应具有足够的刚度和强度，所有承压部件中心保持在同一轴线上，轴线与加压方向一致。（5）用高压油管连通千斤顶、高压油泵以及压力表，施加接触压力使整个系统接触紧密。（6）在承压板两侧各放置简支测量支架一根，测量支架满足刚度要求。支点设置在距试点中心4倍承压板直径以外。（7）对于垂直方向加压试验，在承压板两侧，通过承压板中心沿硐室轴线方向，距承压板边缘0．1D（5cm）、0．5D（25cm）、1．5D（75cm）对称埋设测量标点（D为承压板直径），用于观测和研究岩体的影响范围。

根据千斤顶率定曲线及承压板面积，计算每级荷载下的压力表示值，编制试验加压表。在开始试验前，必须进行全面检查，确保加载系统安全、稳定，所有测表工作状态正常，油管连接无误。各项准备工作就绪后，进行稳定观测，每隔10min读数1次，连续3次读数不变后开始加压。试验最大应力为7．5MPa，等分5级施加，加压方式采用逐级1次循环法。每级压力加压或退压后立即读数，以后每隔10min读数1次，当承压板上所有测表相邻2次读数差与同级压力下第1次读数和前一级压力下最后1次读数差之比小于5％时，即可认为变形相对稳定，可以退至或施加下一级压力。

将承压板上4个测表所测变形的算术平均值作为岩体在各级压力作用下的变形量，绘制压力p与变形W的关系曲线，根据曲线类型确定变形值，计算岩体变形参数。当存在失灵测表或读数异常时，采用另外3个测表（变形均匀时）或另一对称的测表（变形不均匀时）计算变形值。岩石规程将p—W关系曲线划分为5种类型，即直线型（a）、近似直线型（d、e）、上凸型（c）、下凹型（b）。a、d、e呈线性关系，采用取直线段计算岩体全变形量W0和弹性变形量We，b、c呈非线性关系，逐级分别计算W0和We。根据各个试点的整理计算结果，古贤水利枢纽岩体变形试验结果见表1、表2。

承压板法的原理是基于半无限体平面局部受力的布西涅斯克公式。从理论上讲，它除了要求岩体是均匀、各向同性的弹性体外，还要求试验点加荷表面以下的岩体在尺寸上是无限的。显然，这些条件实际上是不可能满足的，只能达到某种近似。其原因是，岩体既有弹性又有塑性、黏滞性；现场试验往往在硐室内进行，受硐室尺寸和测试技术条件等限制，试验加荷表面总是有限的；加荷表面以下的岩体，理论上也要求无限大，但实际上人们只能看到加荷表面的地质情况，而看不到深部岩体情况的变化。影响岩体变形试验的主要因素包括承压板的大小、刚度，试点的边界条件、稳定标准、加压方式、温度，测量系统的刚度等，因此岩体在荷载作用下，压力与变形关系是比较复杂的非线性问题。结晶点阵构造的岩石微粒、结构面和充填物变形的总和构成岩体的变形量，而对岩体变形起决定和控制作用的是结构面和充填物变形。

当岩体受到外荷载作用时，从宏观上看，变形至少表现出如下几种现象：①加荷后，有一部分变形立即发生，这是主要的；少部分变形需要一定时间方能逐渐完成，但变形的速度随时间的延长而减慢。②当外荷载卸载后，大部分变形能够很快恢复，少部分不能恢复，即使在压力不大时卸荷也不例外。一般来讲，残余变形在低压阶段所占变形的百分比较高压阶段的大；风化或破碎岩体比新鲜完整岩体变形大。③变形有时是突变的，反映在测表上的指针呈现突然跳动，这是岩体内部发生局部破裂的一种表现。

采用刚性承压板法进行岩体变形试验，经常使用的加压方式为逐级1次循环法，其压力p与变形W关系曲线分为直线型（a）、近似直线型（d、e）、上凸型（c）、下凹型（b）。一般来说，上凸型曲线说明岩体具有层理、裂隙，且随深度加深岩体刚度减弱，当在垂直结构面上加压时可出现此类曲线。此外，随着压力增大，岩体的裂隙张开或产生新的裂隙，也常出现这类曲线。下凹型曲线说明岩体具有层理、裂隙等结构面，且具有非均质特性。在软硬岩层互层、含夹层、裂隙等结构面的岩体中，在垂直结构面上加压时可出现这种类型的曲线，有时在靠近加压面处为一较软的夹层，或在下卧层较坚硬、裂隙较少，但上覆岩层裂隙较发育或较疏松的岩体中，在垂直结构面上加压时，也可能出现这类曲线。它反映出随着压力的增大，结构面逐渐被压密，模量逐渐增大。直线型曲线反映岩体有较好的均质性，在完整、致密，被多组不定向裂隙切割而破碎的岩体中，或成层岩体，平行于层理加压时，均有可能出现这种形状的曲线。（本文作者：随裕华 单位：黄河勘测规划设计有限公司）