2011净月实习报告

1第一章绪论为丰富实际工作的经验，将理论与实践灵活的结合起来，吉林大学建设工程学院08级隧道与地下工程、岩土工程及工程地质三个专业四个班级的同学在代树林、佴磊、齐伟等老师的带领下，于净月潭北部山腰，以一隧道工程各项岩石、岩体原位测试试验作为2011年暑期实习内容。本次实习工程隧道所处的位置临近地震局及月潭林墅，环境静谧，风景宜人。地下水充足，植被茂密，西北不远即为公交车站及轻轨站，交通便利。附近又有一些店铺等为实习提供各种物质基础。本工程包含的主要试验项目分别为：岩体变形试验、岩体剪切试验、点荷载试验、声波测井、路基沉降、松动圈声波测试、围岩收敛、围岩分级、回弹试验以及硐室工程展示图等。工程实际实施时间从2011年7月27日始至8月11日止，12日至18日返校编写报告。在本次工程中，最重要的目的是针对岩石岩体的工程地质特征，岩体（石）基本力学性质及地下开挖工程中岩体力学问题进行验证和试验探索，巩固加深理解课堂上所学知识，培养运用理论知识解决实践问题的能力；掌握实践工作的方法，如勘察、地质调查、测绘等的方法；培养在实践中分析问题、解决问题的综合能力。为毕业后走上工作岗位奠定坚实的基础。编者2011年8月12日2第二章通论本次实习硐室工程总长约为四十米，总体为南北走向，起伏不大，接近水平。硐室外围山体出露岩石主要为安山岩，风化严重，较为破碎，强度不高。硐室贯穿约二十多条节理，九条断层。大部分断层与节理的走向均与硐室轴线垂直。在入硐三十多米之后，由于硐室方向的改变，有两条大节理与轴线接近平行，造成了此段的超开挖。在入硐约十八米处有一大断层，厚度为2到3米，夹泥，断层前后岩性发生改变：断层之前为安山岩，硬度相对较低；断层之后为砂岩，硬度相对较高，岩体完整性较好。硐室具体情况见后附硐室围岩展示图。硐室直径约2米，近圆形开挖，两侧及洞顶岩层出露明显，特征容易辨识，下部由于过多碎渣浮土覆盖，不可见本来性状。接近洞口出，岩体节理较多，相对破碎，强度不高。越向硐室内部岩体完整性越好。断层之后砂岩的完整性及岩体强度明显强于安山岩。此处可参考后文围岩分级及回弹试验的结论。硐室渗水性不强，只表现出潮湿或点滴状出水，未见淋雨状或涌流状，洞内湿度大，温度约在十摄氏度左右，较凉需着厚衣裤作业。由于总体近水平，未见降水沿洞口流入造成洞内积水。在硐室内部，于轴线附近分别做了四组变形试验和四组剪切试验，右侧硐壁支洞口处进行了松动圈的声波测试，两侧硐壁每隔五米做了回弹试验及围岩分级试验，于硐室附近做了沉降、声波测井等试验项目。硐室内岩体性质较好，经试验测得，内聚力C在0.2左右，内摩擦角φ较大，容重约在2.5到2.9范围内。因为硐室开挖直径不大，所以硐室具备一定的自稳能力，未做支护处理，围岩也很稳定。总体来说，硐室的工程地质条件较好，围岩较稳定，具体试验结论见专论各节。3第三章专论在本章中，笔者将详细阐述本硐室工程中的各项试验，其中包括试验原理，试验仪器介绍，试验的过程，以及数据处理和成果的分析。通过各个试验的成果，将会从不同的方面反映本次实习工程的各方面性质及情况。一岩体（石）强度1.1岩石点荷载强度试验于洞口附近山坡上出露岩体上采集样本进行试验，岩性分别为斜长角闪岩以及安山岩。试验具体内容见下文。1.1.1试验目的岩石的点荷载试验是将岩石块体置于一对点接触的加荷装置上，岩石破坏主要是呈劈裂破坏的性质，破坏的机理是张破坏。用来测定岩石的抗拉强度，又根据岩石的抗拉强度与坑压强度之间的内在联系，由点荷载试验结果换算出岩石的抗压强度。1.1.2试验原理试件在一对点荷载作用下发生破坏，主要是由于加荷轴线上的拉应力引起的，其破坏机制为张破裂。试验表明，不同形状的试件在点荷载作用下，其加荷轴附近的应力状态基本相同，这为采用不同形状及不规则试件进行点荷载试验提供了理论依据。点荷载试验得出的基本力学指标是点荷载强度指数，其计算公式为：2esDPI式中：P—作用于试件破坏时的荷载值（KN）；De—等效岩芯直径（mm），对于采取的钻孔岩芯径向试验，22DDe（D—岩芯直径），对于岩芯的轴向试验、方4块体以及不规则岩块试验/42ADe（A＝D·W，D—试件上、下两加荷点间距离，W—试件破裂面垂直于加荷轴的平均宽度）。试验表明，同一种岩石当试件尺寸不同时，对点荷载强度会产生影响，因此试验方法标准中规定以D＝50mm时的点荷载强度为基准，当D值不等于50mm时，需对点荷载强度进行修正，其修正公式为：Is(50)=F.IsmeDF50式中：F—尺寸修正系数；M—修正指数，由同类岩石的经验值确定，1985年国际岩石力学协会（ISRM）建议m＝0.45，近似取m＝0.5。由点荷载强度指数可进一步记算出岩石的单轴抗压强度（c）及抗拉强度（t）计算公式如下：75.0)50(82.22scI)50()50(115.2sstIIK1.1.3试验仪器与设备本次试验使用的是SDH8—2型点荷载仪。SDH8—2型点荷载仪结构由框架、加压系统和荷载测量系统等部分组成。框架确定容纳试件的最大直径为110mm。框架主要由底座、油缸、立柱、顶板和加荷锥头组成。加荷锥头采用国际标准，锥顶角为60°，锥端部曲率半径为5mm，油缸活塞移动的最大行程为50mm。加荷设备主要是手动油泵，通过高压油管和快速接头与油缸连接，手动油泵的加荷能力为70KN。荷载的量测采用压力表，试件的尺寸量测用游标卡尺。1.1.4试验步骤及要点（一）试件制备51.试样应取自于工程岩体，具有代表性。可利用钻孔岩芯，或在基岩露头、勘探抗槽探硐、巷道中采取岩块。试件应完整，在取样及制备过程中避免产生裂缝。2.试件尺寸应符合下列规定：图1-1-1SDH8—2型点荷载仪示意图1)当采用岩芯试件作径向试验时，试件的长度与直径之比不应小于1.0；作轴向试验时，加荷两点距离与试件直径之比为0.3~1.0；2)当采用方块体或不规则块体试件时，加荷两点距离宜为30~50mm；加荷两点间距离与垂直于加荷轴向平均宽度之比为0.3~1.0，试件长度应小于加荷两点间距离。3）岩块直径不应小于3.5cm，以防止油泵漏油。3．若采用岩芯试件，每组试验试件数量应为5~10个；采用不规则试件时，每组试件数量为15~20个。4．同组试验的试件应保持基本相同的含水状态及风化（新鲜）状态，以免使试验数据出现较大的离散性。（二）开始试验61.首先用游标卡尺测量试件的尺寸并记录；2.用高压油管连接点荷载仪框架、压力表、油缸与手动油泵；3.采用岩芯径向试验时，将岩芯试件放在球端圆锥之间，使上、下锥头与试件直径两端紧密接触，接触点距试件端面的最小距离应不小于加荷点间距的1/2。岩芯轴向试验时，将岩芯试件放在球端圆锥之间，使上、下锥头位于岩芯试件的圆心工与试件紧密接触。采用方块体或不规则岩块试验时，一般选择试什最小尺寸方向为加荷方向。半试件放入球端圆锥之间，使上、下锥头位于试件中心处并与试件紧密接触，接触点距试件自由端的距离应不小于加荷点之间距的1/2。4.用手动油泵均匀施加荷载，使试件在10~60秒内破坏，记录破坏荷载。5.试件破坏后，确认试验是否有效，对于有效试件量测破坏面加荷点间距及垂直加工荷轴向的试件平均宽度。6.试验中还应注意，加荷面应尽可能水平，上下接触面积不能太小，破坏时应有上下两个白点，同种岩性应该同向加荷。1.1.5试验资料整理1.按下式计算岩石点荷载强度指数（未修订）。2esDPI式中：Is—未经修订的岩石点荷载强度指数（MPa）；P—破坏荷载（N）；De—等价岩芯直径（mm）。2.径向试验时，应按下列公式计算等价岩芯直径De。22DDe或'2DDDe式中：D—加荷点间距离（mm）；D’—上下锥端发生贯入情况下，试件破坏后的加荷点间距离（mm）。3.岩芯轴向及方块体或不规则块体试验时，应按下列公式计算等效岩芯直径De。WDDe4274.按下式计算点荷载强度指数。Is(50)=F.Is式中：F—修正系数，可近似按公式5.050eDF计算。试验数据记录及处理见表1-1-1。表1-1-18理论上去掉三个最大值三个最小值，取十组数据的平均值作为所求强度值，实习中由于安山岩风化较强，强度离散性较大，故多取两块岩石，最终取十组数据计算平均值以降低其离散性。根据表中数据，去掉最大值最小值，分别求得两种岩性岩石的平局单轴抗压强度和抗拉强度如下：斜长角闪岩：安山岩：91.2岩体强度试验本次实习，在硐室中，以混凝土块模拟岩体，以一定含水量的砂模拟软弱夹层，以波浪形接触面模拟结构面起伏，然后进行剪切试验来测岩体的强度。具体试验如下文。1.2.1实验目的岩体在工程荷载及地应力作用下所发生的失稳破坏其破坏机理有拉张破坏和剪切破坏两种，其中剪切破坏机理占大多数，因此，岩体的强度其本质主要是抗剪切强度。在各种研究岩体强的试验方法中，人们普遍认为，工程岩体现场的原位强度试验是确定岩体强度的最直观和客观有效的方法。1.2.2试验原理岩体的抗剪强度试验一般是采用双千斤顶法，即剪切面上的法向应力和剪切力分别由两个千斤顶施加。在不同的法向应力（σ）作用下，岩体有与之对应的不同的极限剪应力（c），按照库仑定律，建立极限剪应力与法向应力的相关方程：cfc即可确定岩体的强度参数：f=tgφ—摩擦系数（φ为岩体的摩擦角）；C为岩体的内聚力（结构连接力）。C、φ值是岩体强度的重要指标，它代表着岩体抵抗剪切破坏的性能。在实践中，岩体的剪切破坏有三种情况，一是相对完整岩体自身的剪断破坏，这由岩体的整体强度所决定，包括组成岩体的岩石强度，岩体中节理裂隙的发育分布状况，岩体的尺寸效应，以及岩体赋存的环境因素（如地下水、地应力等）；二是岩体与工程结构物混凝土体之间的剪切滑动破坏，如混凝土坝体底面与坝基岩体之间的剪切滑动，这取决于岩体表层与混凝土结构物之间的连接强度及二者的结构关系；三是沿岩体中各类软弱结构面发生的剪切滑动破坏，如岩体中的断层面及断层破碎带、软弱泥化夹层、软弱岩脉、层间错动带等。绝大多数情况下，岩体的失稳破坏是由这些软弱结构面控制的，因此大多数情况下岩体的强度实际上是岩体中软弱结构面的抗剪强度。针对上述三种岩体破坏的情况，开10展的岩体强度试验也分为：岩体抗剪断强度试验，岩体与混凝土的连接体的抗剪断试验，以及岩体中软弱结构面的抗剪试验。本章终点论述软弱结构面的抗剪强度试验。本章试验按照中华人民共和国国家标准《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266—99）中对岩体强度试验制定的标准和要求编写。1.2.3试验仪器及设备图1-2-1岩体剪切试验仪器装备1.加荷系统1）液压千斤顶或液压枕两套，最大荷载应不小于1000KN；2）液压油泵及高压油管两套；3）稳压装置。2.传力系统1）钢垫板（厚度2-3cm）若干块，包括平板或楔形板；2）滚轴排一个；113）传力住一套；3.测量系统1）不同量程的压力表或压力传感器两套；2）位移变形测量表（百分表量程10-30mm），或位移传感器8-10个；3）磁性表座8-10个；4）测表支架，一般采用工字钢或角钢2根，长2-3m。1.2.4试验步骤及要点（一）准备工作1.试体的制备本试验适宜在试验平硐中进行，试件的加工制作应符合如下要求：1)在岩体的预定部位制备试体，试体中结构面剪切面积应不小于2500cm2，最小边长应不小于50cm，试体高度应不小于最小边长的1/2。2)试体间距宜大于试体边长。3)采用平推法试验时，试体应加式成四方体，千斤顶的推力方向应平行于剪切面的预定方向。（如图2-1）图1-2-2平推法试验4)试件受力一侧与反力基座之间留有安装千斤顶的足够空间，采用平推法应加工出千斤顶卧槽。125)对于结构面上部岩体坚硬、完整的试体，不需要制作混凝土保护套，试体表面应加工平整，顶面应平行于预定剪切面；对于破裂松动的试体，需要在试体周边浇筑钢筋混凝土保护套，或采取其它保护措施。保护套应具有足够的强度和刚度，保护套底边要高出预定剪切面的上边缘。6)对剪切面为倾斜的试体或有泥化夹层的试体，在加工制作时应采取保护措施。7)试验