水利樞紐壩址巖體變形試驗研究論文
現場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、壓力表、百分表、千分表等。
進場前對所有試驗設備進行嚴格檢查，確保試驗設備能正常運行。測量儀器按照計量認證的要求進行檢定，液壓千斤頂按照巖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。控制水泥漿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，墊板和巖體間填筑砂漿。（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、高壓油泵以及壓力表，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。支點設置在距試點中心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），用于觀測和研究巖體的影響范圍。
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表示值，編制試驗加壓表。在開始試驗前，必須進行全面檢查，確保加載系統安全、穩定，所有測表工作狀態正常，油管連接無誤。各項準備工作就緒后，進行穩定觀測，每隔１０ｍｉｎ讀數１次，連續３次讀數不變后開始加壓。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，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，繪制壓力ｐ與變形Ｗ的關系曲線，根據曲線類型確定變形值，計算巖體變形參數。當存在失靈測表或讀數異常時，采用另外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。巖石規程將ｐ—Ｗ關系曲線劃分為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呈線性關系，采用取直線段計算巖體全變形量Ｗ０和彈性變形量Ｗｅ，ｂ、ｃ呈非線性關系，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于半無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，壓力與變形關系是比較復雜的非線性問題。結晶點陣構造的巖石微粒、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，從宏觀上看，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，即使在壓力不大時卸荷也不例外。一般來講，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，反映在測表上的指針呈現突然跳動，這是巖體內部發生局部破裂的一種表現。
采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次循環法，其壓力ｐ與變形Ｗ關系曲線分為直線型（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可出現這種類型的曲線，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，但上覆巖層裂隙較發育或較疏松的巖體中，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、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，均有可能出現這種形狀的曲線。
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