第7章地下工程的监测和监控

§7.1概述§7.2围岩压力量测§7.3位移量测§7.4现场量测计划和测试的有关规定§7.5施工监控及量测数据的分析与应用§7.6工程实例思考题第7章地下工程的监测和监控第一节概述岩体原位测试一般应遵循以下程序进行：1）试验方案制定和试验大纲编写2）试验（包括试验准备、试验以及原始资料检查、校核等项工作）3）试验资料整理与综合分析第二节岩体变形试验岩体变形参数测试方法有:静力法动力法静力法静力法的基本原理是:在选定的岩体表面,槽壁或钻孔壁面上施加一定的荷载,并测定其变形,然后绘制出压力-变形曲线,计算岩体的变形参数.静力法可分为:承压板法狭缝法钻孔变形法水压法动力法动力法原理是:用人工方法对岩体发射或激发弹性波,并测定弹性波在岩体中的传播速度,然后通过一定的关系式求岩体的变形参数.动力法可分为:声波法地震法一、承压板法承压板法又可以分为刚性承压板法和柔性承压板法,我国多采用刚性承压板法.下面仅介绍刚性承压板法.(一)基本原理(二)试件制备与描述(三)仪器设备及其安装调试(四)试验步骤(五)成果整理(一)基本原理刚性承压板法是通过刚性承压板(其弹性模量大于岩体一个数量级以上)对半无限空间岩体表面施加压力并量测各级压力下岩体的变形;按弹性理论公式计算岩体变形参数的方法.(二)试件制备与描述1.试件制备2.试件地质描述1.试件制备具体要求如下:(1)试段开挖时,应尽可能减少对岩体的扰动和破坏(2)试件受压方向应与建筑物基础的实际受力方向一致(3)试件的边界条件应满足具体要求(p85)(4)试件范围内受扰动的岩体应清除干净并凿平整(5)试件面积应略大于承压板(6)试验反力装置部位应能承受足够的反力2.试件地质描述包括内容如下:(1)试硐编号(2)试件编号(3)试段开发方法及出现的岩体破坏情况等(4)岩石类型(5)地下水情况(6)岩体结构面类型(7)地质描述应提交的图件(三)仪器设备及其安装调试1.仪器设备2.仪器设备的安装调试1.仪器设备(1)加压系统(2)传力系统(3)量测系统2.仪器设备的安装调试(见图5-1)(1)传力系统安装(2)量测系统安装(四)试验步骤(1)准备工作(2)加压(见图5-2,5-3)(3)重复加压(4)测表调整与调换(5)记录(6)试验设备拆卸(五)成果整理(1)检查核对试验数据(2)变形值计算(3)绘制p-W关系曲线(4)按公式计算岩体的变形模量或弹性模量二、狭缝法狭缝法又称刻槽法(一)基本原理(二)试件制备与地质描述(三)仪器设备及安装调试(见图5-7)(四)试验步骤(五)成果整理三、钻孔变形法钻孔变形法—利用钻孔膨胀计或压力计，对孔壁施加径向水压力，测各级压力下的钻孔径向变形。具体内容(一)基本原理(二)试件孔施工及地质描述(三)仪器设备(四)试验步骤(五)成果整理第三节岩体强度试验一、直剪试验二、三轴试验一、直剪试验(一)基本原理与方法(二)试件制备与地质描述(三)仪器设备及安装调试(见图5-10)(四)试验步骤(五)成果整理(一)基本原理与方法可分为—岩体本身、岩体沿结构面、岩体与混凝土接触面剪切三种。每种试验又可细分为—抗剪断试验、摩擦试验及抗切试验(二)试件制备与地质描述(1)试件制备(2)地质描述(三)仪器设备及安装调试(见图5-10)1.仪器设备2.仪器设备安装调试(四)试验步骤(1)施加法向荷载(2)施加切向荷载(3)拆除设备及描述试件破坏情况(4)重复试验(五)成果整理二、三轴试验(一)基本原理(二)试件制备与地质描述(三)仪器设备及安装调试(见图5-12)(四)试验步骤(五)成果整理(一)基本原理原位岩体三轴试验一般是在平硐中进行的第四节岩体应力测试一、应力解除法二、应力恢复法三、水压致裂法一、应力解除法(一)基本原理(见图5-13)(二)试点选择及地质描述(三)仪器设备(四)试验步骤(见图5-14)(五)成果整理及计算(一)基本原理(见图5-13)可分为—表面应力解除法、孔底应力解除法、孔壁应力解除法三种。二、应力恢复法(一)基本原理(二)试点制备与地质描述(三)主要仪器设备(四)试验步骤(见图5-15,5-16)(五)成果整理及计算(一)基本原理应力恢复法适应于—坚硬、半坚硬完整岩体三、水压致裂法(一)基本原理(二)主要仪器设备(三)试验方法要点(一)基本原理主要优点是：1）量测深度不受限制、代表性好；2）试验设备简单，操作方便，测量结果直观，精度高。主要缺点是：主应力方向难以准确确定第五节岩体现场简易测试一、岩体声波测试二、岩石点荷载强度试验三、岩体回弹锤击试验一、岩体声波测试(一)基本原理(二)测线(点)选择与地质描述(三)仪器设备(见图5-20)(四)试验步骤(五)成果整理及应用二、岩石点荷载强度试验(一)基本原理(二)仪器设备(见图5-21)(三)试验步骤(四)成果整理三、岩体回弹锤击试验(一)基本原理(见图5-22)(二)仪器设备(见图5-23)(三)试验要点(四)资料整理补充：地下洞室第一节概述第二节地下洞室围岩应力分布第三节地下洞室围岩变形与破坏第四节地下洞室围岩分类第五节地下洞室围岩压力第六节地下洞室围岩稳定性评价第七节地下洞室位址选择的工程地质论证第八节地下洞室的施工方法与支衬结构设计第九节地下采空区场地评价与勘察第十节地下洞室岩土工程勘察要点第一节概述人工开挖或天然存在于岩土体内作为各种用途的构筑物统称为地下洞室，也有称为地下建筑或地下工程的。地下洞室按其用途可分为：交通隧道、水工隧洞、矿山巷道、地下厂房和仓库、地下铁道、地下军事工程按其内壁是否有内水压力作用可分为：无压洞室、有压洞室按其断面形状可分为：圆形、矩形、城门洞形、马蹄形等按洞室轴线与水平面的关系可分为：水平洞室、竖井、倾斜洞室按围岩介质类型可分为：土洞、岩洞按成洞过程可分为：人工洞室、天然洞室地下洞室的主要岩土工程问题：围岩应力围岩压力围岩变形与破坏围岩抗力第二节地下洞室围岩应力分布一般来说，地下洞室围岩应力研究可归纳为：一、开挖前岩体中的天然应力二、开挖后围岩内的重分布应力三、支护衬砌后围岩内应力的改善本节仅讨论前两个方面一、岩体中的天然应力地下开挖前存在于岩体内的应力，称为天然应力或称为初始应力或地应力等。二、围岩内的重分布应力地下开挖以后，由于围岩质点应力、应变调整而引起天然应力大小、方向和性质改变的作用，称为应力重分布作用。经应力重分布作用后形成的新的应力状态，称为重分布应力状态。重分布应力影响范围内的岩体称为围岩。下面重点讨论圆形水平洞室围岩的重分布应力。（一）弹性围岩重分布应力（二）塑性围岩重分布应力第三节地下洞室围岩变形与破坏地下开挖以后，洞壁围岩由于失去了原有岩体的支撑而向洞内松胀变形，如果这种变形超过了围岩本身所能承受的能力时，围岩就要产生破坏。下面讨论各类结构岩体围岩的变形破坏特征。一、整体状和块状岩体围岩二、层状岩体围岩三、碎裂状岩体围岩四、松散状岩体围岩一、整体状和块状岩体围岩这类岩体本身具有很高的力学强度和抗变形能力，并存在有较稀疏且延伸较长的结构面，含有少量的裂隙水。二、层状岩体围岩这类岩体常呈软硬岩层相间的互层形式出现。岩体中的结构面以层理面为主，并有层间错动及泥化夹层等软弱结构面发育。三、碎裂状岩体围岩碎裂岩体是指断层、褶曲、岩脉穿插挤压和风化破碎加次生夹泥的岩体。四、松散状岩体围岩松散状岩体是指强烈构造破碎和强烈风化的岩体或新近堆积的土体。第四节地下洞室围岩分类围岩分类是地下洞室围岩稳定性分析的基础，也是解决地下洞室设计和施工工艺标准化的一个重要途经。可分为以下几类：一、洞室围岩质量分级二、洞室围岩分类三、岩体地质力学分类(RMR分类)四、巴顿岩体质量(Q)分类一、洞室围岩质量分级见书P270二、洞室围岩分类见书P271三、岩体地质力学分类(RMR分类)见书P273四、巴顿岩体质量(Q)分类见书P275第五节地下洞室围岩压力一、基本概念二、围岩压力的确定方法一、基本概念地下洞室围岩在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力，称为围岩压力。围岩压力是围岩与衬砌间的相互作用，它与围岩应力不是同一个概念。按围岩压力的形成机理可划分为：形变围岩压力松动围岩压力冲击围岩压力二、围岩压力的确定方法1、弹塑性力学计算法2、普氏理论3、经验类比法4、块体极限平衡理论第六节地下洞室围岩稳定性评价一、围岩稳定性的定性评价P280二、围岩稳定性的定量评价第七节地下洞室位址选择的工程地质论证地下洞室位址选择应满足如下要求P281：（1）（2）（3）（4）（5）（6）第八节地下洞室的施工方法与支衬结构设计一、常规施工方法与支衬结构二、新奥法施工方法与支衬结构设计简介一、常规施工方法与支衬结构(一)施工方法P282(二)支衬结构1、支撑2、衬砌二、新奥法施工方法与支衬结构设计简介(一)施工方法1、全断面法2、台阶式开挖3、临时仰拱开挖4、侧壁导坑法(二)喷锚支护结构设计第九节地下采空区场地评价与勘察一、概述二、采空区的地表变形特征三、采空区场地的建筑适宜性评价四、采空区场地的建筑设计原则五、地下采空区场地勘察要点一、概述人类为采掘地下资源而留下的地下空间称为地下采空区。二、采空区的地表变形特征（一）地表变形的分区与分类（二）影响地表变形的因素1、矿层因素2、岩性因素3、地质构造因素4、地下水因素5、开采因素（三）地表变形的观测方法三、采空区场地的建筑适宜性评价（一）地表变形对建筑物的影响（二）建筑物的允许变形和破坏等级划分（三）场地的建筑适宜性评价1、不宜建筑的场地2、相对稳定的场地3、较稳定的场地四、采空区场地的建筑设计原则（一）建筑规划（二）建筑措施（三）结构措施五、地下采空区场地勘察要点具体内容如下：P294（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）第十节地下洞室岩土工程勘察要点(P294)一、可行性研究勘察及初步勘察二、详细勘察三、施工勘察一、可行性研究勘察及初步勘察见书P294二、详细勘察见书P295三、施工勘察见书P295