原位巖體力學試驗系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種原位巖體力學試驗系統(tǒng)及方法。適用于獲取原位巖體力學參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]獲得原狀巖體力學參數(shù)一般采用現(xiàn)場真三軸巖體力學試驗，然而對于開挖易卸荷松弛巖體，由于其開挖后易松弛特性，而試驗制備過程中未對試樣的松弛程度進行控制，試樣在制備完成后即已發(fā)生強烈松弛，導(dǎo)致試驗不能獲得原狀開挖易卸荷松弛巖體的力學參數(shù)，試驗成果僅能表征具有一定松弛程度的巖體力學性質(zhì)。通過一般的現(xiàn)場真三軸巖體力學試驗方法無法獲得原狀開挖易卸荷松弛巖體的巖體力學參數(shù)，給評價開挖易卸荷松弛巖體的工程性能帶來困難，容易造成錯誤判斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對上述存在的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的原位巖體力學試驗系統(tǒng)及方法，以控制試樣的松弛程度，并獲得原狀開挖易卸荷松弛巖體及某一確定松弛程度下的巖體力學參數(shù)。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種原位巖體力學試驗系統(tǒng)，在圍巖上選取試樣，其特征在于:所述試樣四周開挖有一圈周邊錨孔槽，周邊錨孔槽內(nèi)設(shè)置試樣徑向加壓裝置，所述試樣頂面設(shè)置試樣軸向加壓裝置；所述周邊錨孔槽內(nèi)、對應(yīng)試樣的每個側(cè)面設(shè)置一徑向變形測表，所述試樣頂面設(shè)置軸向變形測表，試樣上開挖連通試樣頂面和底面的軸向變形及聲波測孔，軸向變形及聲波測孔孔底設(shè)置軸向變形測表，所述徑向變形測表和軸向變形測表經(jīng)數(shù)據(jù)線、電子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接計算機；
[0005]所述試樣徑向加壓裝置為平行試樣側(cè)面布置的長方形扁平的液壓枕，試樣圍壓反力由液壓枕傳遞至圍巖，該液壓枕經(jīng)油管、增壓器、伺服閥與伺服油源連通，伺服閥與所述電子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接。
[0006]所述液壓枕與試樣之間設(shè)有若干垂直試樣軸向布置的滾軸。
[0007]所述試樣側(cè)面左右分為兩部分，每一部分對應(yīng)布置一所述液壓枕和一組所述滾軸。
[0008]所述軸向加壓裝置包括若干固定于圍巖上的千斤頂，千斤頂下端經(jīng)鋼墊板頂住試樣頂面，該千斤頂經(jīng)油管、增壓器、伺服閥與伺服油源連通，伺服閥與所述電子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接。
[0009]所述千斤頂上端依次經(jīng)鋼墊板、傳力柱和鋼墊板頂住試樣上方的圍巖。
[0010]所述試樣上方設(shè)置型鋼支架，該型鋼支架固定于試樣周邊的圍巖上，所述徑向變形測表和軸向變形測表經(jīng)延伸測桿固定于型鋼支架。
[0011]所述徑向變形測表位于試樣側(cè)面中心位置，所述試樣頂面的軸向變形測表位于頂面中心，所述軸向變形及聲波測孔布置于試樣偏心位置。
[0012]一種應(yīng)用所述試驗系統(tǒng)的試驗方法，其特征在于步驟如下:
[0013]a、首先通過現(xiàn)場地應(yīng)力測試和數(shù)值模擬，確定試驗點位置所處初始地應(yīng)力狀態(tài)；
[0014]b、在試樣頂部用混凝土砂漿抹面，減小試樣頂部巖體松弛；
[0015]C、在試樣開挖前，在試樣表面偏心位置處鉆設(shè)軸向變形及聲波測孔，并進行巖體聲波檢測，以此作為巖體松弛程度對比標準；
[0016]d、采用鉆機沿試樣四周鉆孔，當每揭露出試樣一邊邊長的一半時，依次放入滾軸和液壓枕，然后通過伺服油源給試樣施加與初始地應(yīng)力相匹配的壓力；如此操作，直至試樣四邊完全揭露、滾軸及液壓枕安裝并給試樣施壓完成；
[0017]e、對試樣再次進行聲波檢測，評價制樣完成后試樣的松弛程度；
[0018]f、安裝巖體真三軸試驗設(shè)備，包括試樣軸向加壓裝置、徑向變形測表和軸向變形測表；
[0019]g、通過伺服閥控制試樣的圍壓保持穩(wěn)定，進行巖體真三軸試驗，獲得原狀未/微松弛狀態(tài)下的巖體力學參數(shù)；或降低試樣圍壓至指定壓力，控制試樣的松弛程度，并通過聲波檢測成果評定試樣松弛狀態(tài)，獲取試樣在某一確定松弛狀態(tài)下的巖體力學參數(shù)。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過在試樣側(cè)面設(shè)置液壓枕，可以在對開挖易卸荷松弛巖體的現(xiàn)場真三軸試驗過程中，方便地控制試樣的松弛程度，獲得其在原狀未/微松弛狀態(tài)及某一確定松弛程度下的力學參數(shù)。采取的控制試樣松弛程度的方法簡單，現(xiàn)場易操作。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2?圖5為本發(fā)明中試樣周邊錨孔槽的開挖過程示意圖。
[0023]圖6為本發(fā)明中型鋼支架的結(jié)構(gòu)布置示意圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，本實施例為一種原位巖體力學試驗系統(tǒng)，在圍巖I上選取試樣2，并在試樣2四周開挖有一圈周邊錨孔槽19，周邊錨孔槽19內(nèi)設(shè)置試樣徑向加壓裝置，該試樣徑向加壓裝置為平行試樣2側(cè)面布置的長方形扁平的液壓枕4，并且對應(yīng)每個側(cè)面布置有左右兩塊液壓枕4，液壓枕4經(jīng)油管12、增壓器14、伺服閥15與伺服油源16連通，伺服閥15經(jīng)電子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)17電連接計算機18。為減小試樣2軸向壓縮時試樣2表面的摩擦力，在每個液壓枕4與試樣2之間設(shè)有一組滾軸3，滾軸3垂直試樣2的軸向布置。在試樣2頂面設(shè)置試樣軸向加壓裝置，該試樣軸向加壓裝置包括四個均勻布置于試樣2頂面的千斤頂6，千斤頂6下端經(jīng)鋼墊板5頂住試樣2頂面，千斤頂6上端依次經(jīng)鋼墊板5、傳力柱7和鋼墊板5頂住試樣2上方的圍巖I。千斤頂6經(jīng)油管12、增壓器14、伺服閥15與伺服油源16連通，伺服閥15經(jīng)電子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)17電連接計算機18。
[0025]本實施例中在在周邊錨孔槽19內(nèi)、對應(yīng)試樣2每個側(cè)面的中心位置設(shè)置一徑向變形測表10，試樣2頂面中心設(shè)置軸向變形測表11，試樣2上偏心位置鉆設(shè)連通試樣頂面和底面的軸向變形及聲波測孔20，軸向變形及聲波測孔20孔底設(shè)置軸向變形測表11。如圖6所示，本例中在試樣2上方設(shè)置型鋼支架8，該型鋼支架固定于試樣周邊的圍巖I上，徑向變形測表10和軸向變形測表11經(jīng)延伸測桿9固定于型鋼支架8。徑向變形測表10和軸向變形測表11均經(jīng)數(shù)據(jù)線13、電子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)17電連接計算機18。
[0026]本例中伺服油源16的功能是提供穩(wěn)定壓力，伺服閥15的功能是按計算機18發(fā)出的指令調(diào)節(jié)伺服油源16提供的壓力，電子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)17的功能是對計算機18發(fā)出的指令進行轉(zhuǎn)換、傳輸及顯示，同時對油壓和變形數(shù)據(jù)進行采集、處理和傳回至計算機18，計算機18的功能是顯示各部