Dl5006s水利水电工程岩石试验规程（补充部分）说明书.doc

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1、水利水电工程岩石试验规程（补充部分） DL 5006-92 说明书水利水电工程岩石试验规程（补充部分）DL 500692说明书第一章 岩块试验说明书第二章 岩体变形试验说明书第三章 岩体强度试验说明书第四章 岩体应力测试说明书第五章 岩体原位观测说明书主要参考文献第一章 岩块试验说明书第一节 含水量试验说明书 一、概述。本节含水量试验，是针对测定粘土质岩石在天然状态下的含水量而制订的。坚硬岩石一般测定天然含水量的意义不大，而且通常由于用水作冲洗液钻取岩心或爆破取样，也不可能测得天然状态下的真实含水量。至于测定坚硬岩石的干容重或要求获得烘干状态时的试样（如比重、吸水率、崩解、单轴和三轮压缩下的强

2、度与变形试验等），烘干标准在1981年规程和本规程的相应章节内分别作了规定，仍按原规定执行。 二、保存试样水分的方法。岩石含水量的测定，能否反映天然状态下的实际情况，取决于取样、运输、储存和试样制备过程中保存试样的方法。过去一般用蜡封法，但蜡必须在较高的温度（60左右）下才能熔化为液态，而且常常因封闭不严，引起岩石含水量的变化。随着高分子材料的发展，新的封闭材料已广泛用于岩上试验。 BStimpson等人提出保持岩石试样水分的方法，是将试样置于筒内，灌注英国生产的RM114和RM118，这是一种聚氨基甲酸酯（简称聚氨酯）的泡沫材料，可以在30min左右固化。 美国水土保持局封闭原状土的材料，采

3、用萨冉树脂（Mixingsaran），这是氯乙烯与偏二氯乙烯经共聚而成的高分子树脂材料，使之溶解于甲基乙基甲酮溶液中，将它涂在试样表面晾干后即可防止试样含水量的变化。 黄河水利委员会勘测规划设计院科学试验研究所（简称黄委设计院科研所，下同）也研究了两种高分子树脂材料，一种是聚氯乙烯树脂胶，另一种是氯乙烯一一丙烯酸羟丙酯共聚物树脂胶，将其涂在试样表面，一般涂两至三层即可保持试样水分不受到损失。这种涂料的配方和使用，在本规程第七节容重试验（高分子树脂涂料法）说明书内予以详细说明。 三、烘干标准。试样烘干的标准，目前国内外有关规程中有两种规定：一种用时间控制，规定在指定温度下烘若干小时；另一种用称重

4、控制，规定在指定温度下烘至恒重。 由于烘干时间受岩石类型、试样尺寸、试样原始含水量、烘箱的类型和容积：烘烤的温度及其它因素的影响，因此应根据试样和仪器的具体情况来判断。对于作比重试验的岩粉和坚硬岩石的标准试样，曾进行过大量比较试验。有条件规定烘干时间，而粘土质岩石试样尺寸不一，原始含水量差别较大，过去对这类岩石仅作了少量的研究，因此目前还只能采用称重控制。如果对这类岩石进行较多工作后，取得了标准烘干时间的论证，也可以用烘干时间控制。 用称重控制时，需要反复烘烤称重。每次烘烤的时间，国外有关规程也没有统一的规定。国际岩石力学学会建议方法没有规定时间；国际材料与结构试验研究协会规定供24 小时后称

5、重；美国试验与材料学会规定第一次烘16h，以后每隔0.5h称重；英国国家标准规定每次烘4h称重。基于这种情况，本规程只规定烘烤的温度，而不规定每次烘烤的具体时间技样有利干积累资料为今后改用时间控制创造条件。 （二）试验中应考虑仪器自身变形，仪器的系统刚度应在试验前进行率定，方法参见水利电力部土工试验规程SD128，水利电力出版社1987年第二版。 关于滤纸问题，由于普通滤纸的变形量大，影响成果精度，故建议用美浓纸（即打字蜡纸的中间垫层）。 （三）测定方法。目前国内常用的方法有以下几种： 1平衡一加压法。此法是先测膨胀压力，即通过加压装置，使试样体积始终保持不变。所测最大单位压力即为膨胀压力。然

6、后逐渐减压，每减一次压力都让试样膨胀到稳定，以测定不同单位压力下的膨胀率。最后，让试样在无压时自由膨胀达到稳定后，测其膨胀量，膨胀量与试样厚度之比即为膨胀率。 2膨胀一加压恢复法。此法是先让试样浸水后在受压下膨胀，测定侧约束下的膨胀率。然后逐次增加压力，每增加一级压力，都让试样膨胀达到稳定，以测定不同压力的膨胀率、最后加压使试样恢复到浸水前的厚度，此时单位面积上的压力即为膨胀压力。 3加压一膨胀法。试样加水前预加较大的压力，受压稳定后浸水膨胀，待其变形稳定后，逐次减压，测定不同压力下的膨胀率。膨胀率为零时的压力即为膨胀压力。无压时的膨胀率，即为例约束的膨胀率。 试验表明，上述三种方法测试结果相

7、差较大，如膨胀一加压恢复法所测膨胀压力比平衡加压法大2040，有的大14倍。第一种方法由于是等容过程作功，即在体积不变条件下，容积和结构没有改变，因此所测膨胀力能比较真实反映岩石自然状态的膨胀势能；第二和第三种方法无论是先膨胀后加压或先加压后膨胀，都因改变了岩石的体积引起岩石容重和结构的变化。因此所测数据是反映岩石在特定情况下的膨胀特性。由于工程实际大致与第一种方法相符，故建议膨胀压力参考应用第一种方法，膨胀率用单独仪器进行试验。 三、试样规格。一般认为试样大小决定于试样颗粒的大小和精度，下面是国内外几种试样尺寸： （一）国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会岩石力学试验建议方法（简称国

8、际建议方法，下同）。 1对限制体积不变膨胀压力试验的试样直径应当不小于其厚度的25倍，厚度应当超过15mm或者是最大颗粒直径的10倍，要尽量选用较大的试样。 2侧向约束轴向加载膨胀率试样直径应大于或等于其厚度的4倍，厚度应超过15mm或是最大颗粒直径的10倍，要尽量选用较大的试样。 3自由膨胀率试验的试样可以采用正圆柱体或矩形棱柱形状，试样最小尺寸应当大于15mm或是最大颗粒直径的10倍。 由于此建议较灵活，故各国采用的尺寸很不一致，如日本采用厚15mm，直径50mm的试样，但也有厚20100mm，直径50mm的试样。以色列采用厚15mm，直径45mm的试样。 （二）国内采用试样尺寸。 1成都

9、科技大学在限制体积不变的膨胀压力及测向约束轴向加载膨胀率试验中，采用的试样直径为50mm，厚度为20mm。 2黄委会设计院科研所在限制体积不变的膨胀压力，及侧约束轴向加载膨胀率试验中，采用的试样直径为59.3m，厚度为20m。 快速冻融方法与慢冻方法相比较，具有试验周期短，劳动强度低等优点，但有一个最大缺点是需要有个比较大的冷库和相应的一套设备，为此不能普遍开展这项试验。而慢冻法只要有一个冰箱或较小的冷库就能做试验。由于以上原因，我们选择以慢冻为本规程中推荐的方法，如具备条件，也可用快速冻融方法。 二、冻融试验后的单轴抗压强度。1958年的规程（草案）规定冻融试验后测试样烘干状态的单轮抗压强度

10、，本规程中规定测定冻融后饱和状态下的单轴抗压强度。因为烘干状态抗压强度一般情况下大于饱和状态抗压强度，所以采用冻后饱和抗压强度比较合理。这样同组试样的三者单轴抗压强度就有如下规律：烘干抗压强度饱和抗压强度冻融抗压强度，更有利于正确地判断岩石的强度特性，因此冻融系数由原来的冻后和末冻的烘干抗压强度之比改为冻后和未冻的饱和状态的抗压强度之比，重量损失也由原来的烘干试样重量之差改为饱和试样重量之差，但必须注意，冻融试验时的试样必须充分饱和，即继续浸水到试样不再增加吸水量时，才可进行冻融试验，否则会出现冻融后试样重量大于冻融前试样重量的反常现象。有时虽注意冻融前试样已充分饱和，还是出现冻融后试样的重量

11、大于冻融前，那是因为有些岩石经冻融后，它的微小裂隙增大，使吸水量增加，若试样没有发生掉块现象而重量增加，可以认为重量损失为零。 三、冻融次数。本规程中对冻融次数没有作明确的规定，应视工程需要，确定其具体冻融次数。以下规定可作参考： （一）一般情况下，以冻融25次为宜。 （二）严寒地区，可采用冻融50次。 （三）特殊情况下，冻融次数也可在50次以上。 岩石的冻融破坏是由于裂隙中的水结冻，体积膨胀，从而使岩石胀裂，因此当岩石的吸水率小于0.05时，不必做此项试验。 第五节 点荷载试验说明书 一、概述。将岩石试样置于上下两个球端圆锥之间，对试样施加集中荷载，直至试样破坏，并测定其点荷载强度指数的试验

12、，称为点荷载试验。 点荷载试验实质上是“间接拉伸”试验的一种形式。由于岩石的抗拉能力特别小，在集中荷载作用下，岩石试样内部产生的拉应力，导致了岩石发生拉断破坏，处于这种荷载状态下的岩石，大都具有脆性破坏的特征。50年代末和6O年代初，苏联的普罗托季雅柯诺夫（）和英国的霍布斯（Hobbs）公布了这项试验的最早成果，后经布劳奇（Broch）和富兰克林（Franklin）的研究和发展，现已作为岩石强度指标的一种表达形式。 点荷载试验是为岩石分类而建立的一种指标试验，同时还可用它预估与之相关的其它强度参数，例如单轴抗压和抗拉强度。成都地质学院的对比试验表明：岩石的单轴抗压强度约为标准点荷载强度指数I

13、s（50）的189倍：而入Is（50）约为单轴抗拉强度的0.86倍。布劳奇和富兰克林对15种岩石进行对比试验的结果是：单轴抗压强度为点荷载强度指数的237倍，对不同类型的岩石或各向异性岩石，此比值还可变化在1550之间。 占载试验的优点是：试验设备小型轻便，现场和试验室均可进行，可用岩心、方块体和不规则岩块进行试验，因而大大降低了试验成本，缩短了试验周期，而且还能对学常规试验无法进行的低强度和严重风化的岩石进行测定。 影响点荷载试验成果的因素有：试样的形状及尺寸、试样的含水状况、加荷速率等。其中试样形状及尺寸是最关键的因素，因而，必须进行尺寸修正。本规程规定尺寸修正的“参考性直径”为50mm，

14、并将岩心直径为50mm时所测得的点荷载强度指数称作标准点荷载强度指数人I s（50）对于任何直径岩心或若块所测得的点荷载强度指数Is均应修正为Is（50）。 二、试验机及测量精度。点荷载试验可在实验室的压力机上进行。为了现场试验携带方便，一般设计专门的点荷载试验机。目前，国内外所使用的点荷载试验机，其主要工作原理和结构基本相同，其中有些配有自动测记整理资料的装置（例如瑞典生产的轻便岩石多用仪）。 点荷载试验机的结构大致分三个部分： （一）加荷部分。主要包括承载框架、油压活塞和加荷器。 对承载框架的要求是：有足够的刚度（一般按压力试验机的刚度要求设计），不致在加行过程中发生过大变形，应能调节上、

15、下加荷点之间的距离，可以容纳不同尺寸的试样（一般这种调节范围为15 100mm）。 对于比较坚硬的岩石，要求试验机的荷载容量达到50kN。试样的最大尺寸由试验机的容量来定，而最小尺寸则取决于试验机的荷载和距离测量的灵敏度。对软弱岩石和小尺寸试样，必须提高荷载和距离测量的灵敏度。 各研究者所采用的加荷器的形状和尺寸是不一致的。赖克马特（Reichmuth）对平面试样采用了球端圆杆（直径为 38in），而对曲面试样则采用棍子（直径为 38in）；在平松和冈的试验中则采用曲率半径为7.5mm的球状凸起模板；布劳奇和富兰克林用球端圆锥状和楔状两种加荷器作了对比试验，认为前者具有较多的优点，并将其标准化

16、：球端的曲率半径为5mm，圆锥体的顶均为60。选用这种顶角对试验软岩有特别重要的意义，因为软岩会发生贯入现象。球端部分应硬化，以保证经反复试验而不发生变形和不受损伤；上、下两个球端锥体应对准在同一轴线上，误差不应超过0.2mm；加荷系统中，不允许有球座或其他非刚性构件。 （二）荷载测量部分，一般采用压力表或与加荷器连接的传感器。布劳奇等人提出：压力表应保证破坏荷载读数的精度达到2，在压力表上，应有一个最大值的指示装置，一以便在试样破坏后保留破坏荷载值，荷载测量部位应避免振动和冲压的影响。 （三）距离测量部分，用以量测试样破坏瞬间上、下锥体之间的距离。若岩性坚硬而不发生贯入，采用其初始读数是足够

17、精确的，而对软岩，试样破坏时，已发生贯人，这时则要尽量测得试样破坏时已发生贯入的距离。在本规程中以D作为初始读数、以 D作为破坏瞬间的读数。方块体和不规则岩块的试验，还需测定垂直于加荷方向的试样宽度W。 三、试样形态及试验条件。 （一）试样形态要求。 试样形态尺寸对试验结果的影响包括下述情况：得岩石的标准点荷载强度指数Is（50），消除了本项试验的试样尺寸形状对成果的影响，从而使本项试验能够标准化。第六节 岩石声波速度试验说明书 一、概述。本规程中的声波测试方法，只涉及到测试岩石声波运动学指标，即纵波速度（P）、横波速度（s）及动弹性模量（Ed）等。事实上接收到的声波讯号中，包含着极其丰富的能

18、反映岩石工程特性和力学特性的信息。过去，由于测试设备和技术水平的限制，未能开展声波频谱特性的研究工作。随着科学技术的进步，尤其是微型计算机的普及，目前已开始对超声波频谱特性进行研究，但试验设备和方法尚待进一步完善，成果解释还不成熟，因此有关声波频谱特性的试验方式，未列入本规程。 岩石声波速度试验，一般采用脉冲超声波法。对于脉冲超声法，能否准确测读声波到达时间。将直接影响到测量精度，工作中应予特别重视。纵波最先到达、较易识别；而横波在后，受到纵波余振及其它因素干扰，往往难于准确识别它的初至波到达的时间，给测量带来困难和误差，采用切变振动和扭转振动模式的专用横波换能器，是测读横波的一种有效方法。

19、目前，共振法在岩石试样中的应用尚不多见。 二、测试设备的选择和使用。 （一）在小尺寸的岩石试样上进行声波测试时，如要模拟无限介质的条件，则必需配备能满足测量精度的超声仪与其配套的换能器，因此，只要满足规程中要求的测试整机或组合配套设备，均可用来进行岩石试样的测试。 （二）仪器的使用，视具体情况而定，如同步触发脉冲的重复频率应选择适当。一方面要保证通过试样的超声波（特别是初至波）不受前一项余振的影响，又要使荧光屏上有足够的亮度（特别是快速扫描）。一般同步触发以5OHZ为宜，适当调整激发脉冲电压和脉冲宽度，可使发射换能器输出的功率最大。另外，还要合理调节扫描延时和选择放大器增益，使荧光屏上的波形清

20、晰可见，便于准确判读。 （三）换能器。换能器是测试中的关键设备，发射换能器，是将脉冲发射系统输出的电脉冲信号，转换成声信号辐射给岩石试样；接收换能器是将岩石试样传播来的声信号，转换成电信号，送入放大器。换能器的种类很多，用于岩石试样的通常用压电陶瓷晶片做成的压电换能器，振动模式多为厚度振动型。专用横波换能器分为切变振动型、扭转振动型、横波转换型等。由于我国在压电晶片切向极化二次被银工艺等生产上的问题已解决，因此对岩石试样可直接用横波换能器测横波。 利用扭转振动型换能器测试简便可靠，并有以下优点： 1测得的波速值就等于岩石试样横波波速值。 2无频散1测得的波速值与使用的声波频率（波长）无关。 3

21、测量精度高。 对接收换能器的要求是灵敏度高，通频带宽而平坦，指向性好以及有大的动态范围等。对发射型的要求是机械品质系数Q值高，额定功率大，电声转换效率高，指向性好以及非均可采用水中称重法。只有不能用量积法或水中称重法进行测定的岩石，才用蜡封法。 用蜡封法测定岩石容重，要将试样置于6O左右的熔蜡中蜡封。由于熔蜡温度高，在蜡封过程中必然引起试样含水量的变化，影响干容重计算的准确性。若先烘干试样再进行蜡封，对某些粘土质岩石试样会产生干缩，体积缩小，干容重相应增大。这个问题在1981年规程中没有得到解决，要求进一步研究在常温下封闭试样的材料，确保试验过程中试样含水量和试样体积恒定不变。 黄委会设计院科

22、研所在1981年研究的高分子树脂胶，是在常温下封闭试样，有效地解决了这个问题。 二、高分子树脂胶的材料选择与配制。选用两种高分子材料，一种是聚氯乙烯树脂，另一种是氯乙烯一一丙烯酸羟丙酯共聚物树脂，分别与环已酮配制成胶液。 环已酮是无色的油状液体，有丙酮的气味，比重O9478，溶点一164F，沸点155.7F，微溶于水，较易溶于乙醇和乙醚，这次研究中选作涂料溶剂。 聚氯乙烯树脂是由氯乙烯经聚合而成的高分子化合物，工业产品是白色或淡黄色粉末，比重为1.4，低分子量的聚氯乙烯，易溶于酮类、酯类和氯代烃类的溶剂，高分子量的则难予溶解。这种材料具有耐水性、耐化学腐蚀性、柔韧性以及电绝缘、防雷和不燃等性能

23、。选作胶液的是用悬浮法聚合得到的低分子量的白色粉状树脂。 氯乙烯一一丙烯酸羟丙酯共聚物树脂，是用氯乙烯和一丙烯酸羟丙酯两种材料共聚而成的高分子化合物，其性质与聚氯乙烯树脂接近，但由于加入了一定数量的一丙烯酸羟丙酯共聚，增加了可塑性、柔韧性，比重稍有降低（用比重法测定为1.37）。 胶液配制的调度，以树脂完全溶解于环已酮溶液中，且能在试样表面均匀涂抹又不过分流动为原则。据此所得的配合比（重量比），聚氯乙烯树脂与环已酮配合比为28，计算比重为1.0376；氯乙烯一一丙烯酸羟丙酯共聚物树脂与环已酮配合比为19，计算比重为0.989。由于环已酮在涂料过程中挥发，容重应实测，如缺乏资料时，可用树脂容重。

24、 配制胶液时，先将粉末状的树脂倒入磨口玻璃瓶内，然后将环已酮溶剂加入，用玻璃棒搅拌均匀，盖好瓶口，待粉末完全溶解呈透明状胶液即可使用。这种胶液在空气中较易干燥，用后应立即盖好瓶口密封。由于环已酮的挥发，对人的眼、喉、鼻产生出轻微刺激，因此要配置适当的防护用品，并在通风处（最好在通风柜内）操作。 三、测试成果的对比。为了论证高分子树脂胶作为封闭试样材料的可能性，我们用岩石和土的规则试样，进行了量积法、水中称重法、蜡封法和高分子树脂胶涂料的对比试验。 岩石试样选用奥陶系石灰岩和三迭二迭系泥质粉砂岩，试样为圆柱体，直径和高约为5cm，试样在量测尺寸之后，置于105110的烘箱中烘24h，用量积法和水

25、中称重法测定容重，然后又烘干试样，分别用蜡封法或高分子树脂胶涂料法再次测定容重，四种方法试验的对比资料见汇总表171和表172。 土的试样为黄土状的粉质壤土，按土工击实试验方法制备试样，试样直径为391cm，试验前可按制备含水量计算干容重，试验后从试样内取样测定含水量计算干容重。两种胶液涂料与蜡封法的对比资料见表173。 通过上述对比试验得到如下的结论： （一）由表171和表172可以看出，用蜡封法和高分子树脂胶涂料法与水中称重法对比，测定的岩石容重值差别极小，说明测试方法都是可靠的。 为克服岩石试样变形试验测试仪表的缺陷，80年代初国家地震局地质研究所和成都科技大学水利系分别研制了双臂位移计

26、和双柱式测试计，这两种仪表只能测纵向应变，但横向应变测量问题仍未解决。美国制造的伸长仪（extensometer），可以用于单轴和三轴压缩试验中测定试样中间部分的轴向变形和圆周向变形。由于轴向伸长仪和圆周向伸长仪的电感检测器紧贴试样，容易受破碎岩块的损毁。因此不宜用在普通试验机上进行岩石的破坏试验。黄委会设计院科研所研制的电感式岩石弹性常数测定仪，可以同时测定试样受载时的纵向变形和横向变形，实现了测试自动记录，并能满足各类岩石在受载破坏前的变形测量。 二、电感式岩石弹性常数测定仪及记录装置。电感式岩石弹性常数测定仪。由测试架，上、下承压块，横向测试和纵向测试支座以及电感测量头等组成，上、下承压

27、块，其直径与试样相等，高度应等于或大于直径，横向测量支座固定在测试架上，在测环两个互相垂直的直径方向安装四支电感测量头，纵向测量用蝶式引伸仪固定在试样上，两侧各安装一支电感测量头。由于测量头的伸缩范围有限，要求用标准试样尺寸进行试验，特别是试样直径应在500.2cm范围内，否则引伸仪无法夹紧试样。 为实现轴向载荷自动记录，应在压力机的油路上安装液压传感器，或在上承压块顶部设置压力传感器。 记录装置可采用通用设备，如放大装置用电阻电感式应变仪；数字显示采用双积分式多路直流数字电压表；记录用数字打印机或三笔函数记录仪，这类仪表品种甚多，可自行选择性能相匹配的仪器组成。 弹性常数测定仪，也可以安装相

28、应的千分表或百分表直接读数。 三、防止飞石的保护措施。在普通试验机上进行单轮压缩试验，当试样受载到压缩破坏时，破碎岩块向外飞出，往往损坏仪器或击伤试验人员。弹性常数测定仪由于测点与试样接触，可以起到一定的缓冲作用。飞石现象较电阻应变仪法为少，但横向冲力仍有可能撞击测量探头，因此设计了保护措施。当横向冲击力加于测量探头时，测量探头即向保护装置内缩进，让保护装置代替测量探头承受冲力。这种装置保护横向探头的效果是显著的。为了确保安全，对于少数强度高而又以突发方式破裂的岩石，建议在试样外用三轴试验用的乳胶套套住，但测量探头仍应穿过乳胶套与试样接触。 四、测试成果对比。为了检验岩石弹性常数测定仪测试资料

29、的可靠性，在试样上贴电阻片与测定仪（安装千分表或电感测量头）的测试成果进行对比。对比试验有非破坏性试验和破坏性试验。非破坏性试验仅测出屈服应力前的变形，破坏性试验测到破坏时的变形。表181和表182分别列出了这些试验成果。 在非破坏性试验中（表181），弹模的平均误差，对于砂岩为405，花岗岩为5.38，而在破坏性试验中（表182），灰岩为5.13，砾岩为6.30。 综合上述两种测试方法的测定成果有一定的差别，但绝大多数情况差别不大。产生差别的原因，是岩石不均一和两种测试方法的标距不同引起的。即使用电阻应变仪法，电阻片的标距不同，贴的部位不同，测的成果也有差别。有时还会出现较大的差别。因此对于

30、非均匀岩石来说，测试成果出现差异是正常现象。同时从表1-8-1和表1-8-2还可以看出，电阻应变仪测的变形，绝大多数小于用弹性常数仪测定的，更进一步说明标距越大越能反映试样的实际情况。片等烦琐的工序，试样制备后即可进行试验，能有效地取得较真实的试验成果。对于坚硬岩石的变形试验， 1981年规程建议的电阻片法和本规程提出的弹性常数测定仪法均可使用，然而对于粘土质岩石的变形测量，则弹性常数测定仪法比电阻片法具有更多的优点。 由于弹性常数测定仪的电感测量头（或千分表）、紧靠试样，虽然仪器设计中采取了保护装置，但对于较坚硬的岩石仍应注意防止试样破坏时损坏仪表。引伸计的刀口经长期使用后逐渐磨损，要注意定

31、期检查。第二章 岩体变形试验说明书第一节 岩体声波速度试验说明书 一、概述。50年代中期，我国已对声波测试技术进行了开拓性工作，60年代末，在工程地质领域中得到重视与发展。目前声波测试技术起着工程地质和岩石力学的桥梁作用，并成为岩体工程和工程地质的重要测试方法。特别在水电勘测、设计、施工和运行管理中，广泛采用声波速度试验测定岩体动力弹性参数、进行岩体工程地质分类、岩体风化层的分带、确定地下洞室松动圈的范围、了解爆破影响范围、评价灌浆及喷锚加固效果。 目前，我国声波测试技术在应用的深度和广度上，与先进发达国家相比不相上下。但在仪器设备方面还存在差距。水电系统使用较多的国产岩体声波仪，与日本、波兰

32、、法国、罗马尼亚等国的同期类似仪器相比，1976年以前，在电学及声学技术指标上没有本质的差异。此后，我国向大测距、高精度、轻便化、专业化、数学化方向发展，先后研制出了四道宽频带声波仪，便携式一发双收声波测井仪，大距离电火花声发射源、大功率声波仪、便携式多用岩石试样测试仪、复杂岩体数字存贮声波仪及分别显示时间和信号振幅型声波仪等。现场岩体声波试验用压电换能器，到目前为止，还未发现比我国更先进的商业产品。近年来仪器研制逐渐向存贮信号增强型和智能方向改进。但我国在大规模集成组装及微机应用方面，与先进国家相比，还有差距。 我国在岩体声波测试有关理论的研究工作，80年代得到各方面的重视和加强。在岩石孔隙

33、率与声波速度关系的理论研究中取得进展，提出了新的理论和计算模型。此外，还进行了大量的室内岩块与现场岩体试验研究。在利用声学参数评价岩体结构面特征和质量的研究中，已取得了初步成果。 二、岩体声波测试理论根据及物理基础。 （一）波在均质各向同性的弹性介质中的传播。岩体不是理想的、均匀的、各向同性介质。然而从工程角度考虑，只要当传播的声波波长与岩体空间尺寸满足一定条件时，就可以按弹性介质波的传播理论进行处理。目前，岩体声波测试均将岩体视为各向同性的弹性介质。 1无限均质各向同性弹性介质中的波。由于波在无限弹性介质中传播的物理意义不像有限杆中波的运动那样明显，必须通过数学处理把问题化为波动方程的形式。

34、铁木辛柯和古迪尔、考尔斯基、尤因、贾德茨基、普雷斯、格兰特、韦斯等人作了深入的研究。推导结果如下： 1现场测试把放大器的增益尽量减少，使P波振幅小到几乎与扫描水平基线重合的程度，这时在波列图上只能见到S波的振幅，这样可以大体上确定S波的起点，然后再加大增益，细找S波的起始点。 2现场岩心可用室内横波压电换能器实现，即抑制纵波的余振，将发射脉竟变窄，缩短发射脉冲尾巴，使纵波延续12个周期即消失，这样可以接到非常清楚的横波。 3地表、洞壁表面的声波试验时，可利用左、右敲击木板方法识别横波。这时两次接到的横波的相位差为180。跨孔法可利用孔底剪力锤击方法或三分量换能器接收横波。 第二节钻孔岩体变形试

35、验说明书 一、概述。钻孔岩体变形试验是在钻孔中通过钻孔压力计（或膨胀计）给孔壁施加径向压力，同时测得孔壁径向位移，以获得岩体变形特性参数的一种试验方法，与其它岩体变形试验相比，钻孔变形试验具有如下优缺点。 优点： 1设备轻，便于携带，可结合钻孔进行大范围试验。 2可在一个孔中进行多点试验，获得不同深度的岩体变形特性参数。 3操作简便。 缺点： 1影响岩体的范围小，不能反映岩体变形特性足够多的裂隙，因而有时代表性不够。 2仪器的测试精度直接影响试验成果的正确性，对于弹模值较高的坚硬岩体，必须保证仪器具有足够的测试精度。 3岩体受力条件复杂，给试验成果的整理造成困难。 虽然钻孔变形试验有上述的某些

36、缺点，但是其轻便、简易、可以了解岩体深部变形特性的优越性，使其仍在岩石力学试验中占有特殊的位置，因而目前许多国家把该项试验列为水电工程中必做的试验项目之一。 用于岩体钻孔变形试验的仪器繁多，为了叙述方便，把柔性加压直接量测岩体变形的仪器称为钻孔压力计；柔性加压，间接量测（通过测体积变化换算孔壁径向变形的称为钻孔膨胀计；刚性加压的称为钻孔千斤顶。表- 21列出了目前国内外常见的这一类仪器。 钻孔变形试验得到的岩体弹性（变形）模量，与用其它方法（如承压板法）得到的岩体弹性（变形）模量相比，从物理意义上没有什么区别，但由于试验方法不同，试验影响的岩体结构不同，受力状态不同，所以整理出的试验成果不尽一

37、致。此外，岩体中地应力的存在，对试验结果也有较大影响。 钻孔岩体现场变形试验以及相应试验仪器的研究工作，在我国起步较晚。目前生产的仪器大都是柔性加压，直接量测的钻孔压力计，如水利水电科学研究院研制的YZ76型钻孔压力计，长江科学院研制的56mm钻孔压力计，均属这类型式。目前国内进口的仪器，则大都是钻孔膨胀计，本规程主要对用钻孔压力计及钻孔膨胀计进行的试验加以说明。 二、钻孔变形试验适用范围。钻孔变形试验由于其扰动岩体范围小，对同一种岩体，测得的变形量与承压板法相比就小得多，因而试验结果对量测误差就很敏感。目前常用的钻 五、最大压力的确定。最大试验压力一般取岩体设计承载力的1215倍，但由于岩体

38、结构、地应力及孔壁光滑程度等因素的影响，最大试验压力往往要进行调整。需要进行调整的情况大致如下： 1属于块状岩体，而且较为坚硬时，可加大试验压力，以扩大压力在岩体中的影响范围。 2试验过程中如发现压力或变形很不稳定，如果不是仪器本身的问题，就有可能是孔壁不光滑或孔壁岩体松动、破碎，在这种情况下应适当减小最大压力，防止胶囊破裂。 3最大压力不应超过仪器设计工作压力。 六、变形稳定标准。岩体钻孔变形试验在我国开展的较晚，对专门适用于该试验的变形稳定标准研究的较少，所以，变形稳定标准基本上参照1981年规程G40181承压板法的变形稳定标准。只是在读数时间间隔上有所改动，由每间隔10min读数一次改

39、为每间隔35min读数一次。做出这种改动主要考虑到： （一）钻孔变形试验岩体受力范围小，而且处于三维约束状态，所以变形稳定的时间也就短些。 （二）从长江水电科学院岩基室以及水利水电科学研究院仪器研究所所做的试验资料分析，采用的稳定时间均不超过3min，获得的资料基本合理，因而35min的变形稳定时间是适当的。 （三）对于柔性加压的钻孔变形试验，如果一级荷载下的变形5min后仍不稳定，则应考虑胶囊有挤破的可能，所以不宜有过长的变形稳定时间。 七、试验岩体结构对岩体变形的影响。在钻孔变形试验中，岩体的结构型式，对试验结果会产生较大的影响。图一23表示了一种试验岩体的结构型式，试验孔恰好位于四周被裂

40、隙切割的一个完整岩体中。在此情况下试验，当孔内径向荷载较低，不足以使岩块发生破裂时，得到的岩体变形一般是岩块的弹性变形；随着继续加压，岩块破裂，这时会出现大变形阶段，但由于周围岩体的约束作用，大变形阶段很快结束，这时孔内压力虽然继续增加，但变形速率反而变小，形成在高压下的小变形阶段，这时的岩体变形也近乎是弹性的。整个变形曲线呈反S型，如图一24所示。由图可见，第一个加载循环过程中，第一个弹性变形阶段和随后的大变形阶段，都只是反映了一种特殊情况：岩块未破坏时的弹性变形和破坏时的变形，不能反映岩体完整的变形特征。因此，对于这种情况，建议采用加荷方法为大循环法。这种加载法，可以在第一个大循环中把试验

41、岩体结构的影响反映出来，同时在以后几个大循环加压后，可消除或减少岩块结构的局部影响，从而得出能较真实反映岩体综合情况的变形曲线。 图一25是另一种试验岩体结构模型，当孔内受到径向压力时，由于Y方向先存的裂隙使岩体在X方向失去抗拉强度，其试验结果为：X方向产生很大的变形，变形曲线呈弹一塑型；Y方向的变形很小，基本上呈线弹型（图-2-6）。在高应力区做试验时，有时也会出现图一26类型的变形现象。图一27为地应力作用下的试验模型，如果PQ的差值过大，会在孔周P方向产生技应力区，当再在孔内施加径向荷载时，P方向的拉应力区会迅速拉裂，从而导致Q方向的变形加大，P方向的变形反而很小，呈图一26现象。形成这

42、种明显的变形各向异性的原因主要是拉裂区（或先存的裂隙）的逐渐扩展，导致了一方向变形情况取决于承压板的尺寸形状、压力大小和受压岩体的性质，并随深度增加，应力和变形急剧衰减，如图31所示。在03D深度范围内为主要应力影响带（主要测量范围）。3D深度处的应力约为最大压力的5，变形量约为最大变形的20，6D的深度处尚有10左右的变形。 实测结果同理论计算的结果有所不同：从表 31和图3l可见，孔深3D范围内的变形占总变形的9397。成勘院科研所在二滩现场采用1m直径的承压板，测得深度2D（2m）以内的变形占总变形的80以上。东北院在深2D（1m）范围内测得的变形占总变形的8895，3D范围内占9249

43、9。国际建议方法和赴美国垦务局考察的资料表明90以上的变形发生在深度3D（3m）范围内。 ISMES采用475cm承压板在平洞内作过4个中心孔法试验得到3D（约2m）深度内的变形占95左右。这些资料反映，由于岩体的不连续性和非均质性，应力和变形的衰减比均质弹性介质更为明显。长科院试验证明：机械式千分表所测基岩表面总的变形（沉陷），同用多点位移计锚固在6D深度处的基准点测得的变形基本一致。因此，中心测量孔采取6D深度是可靠的，并与国际建议方法相一致。 根据意大利ISMES研究表明，中心孔的直径为承压板直径的0.15倍时，不会显著影响岩体的变形特性。由于国内外在变形试验中采用的中心钻孔孔径都较小，

44、所以计算时一般不考虑钻孔的存在所产生的对变形量测的影响。 三、钻孔的综合测试和分析。长科院在三峡现场采用56mm金刚石钻头除打6m深的中心孔外，在承压板四周（通常与中心孔对称）垂直板面钻四个孔，每个孔深3m左右。刮用这些测孔进行超声波测井和孔间穿透测试，以查明扰动岩层的厚度及岩体结构特征。试验前，根据这些资料确定锚固点的位置，并在试验后绘制钻孔柱状图及波速、RQD、结构面频数、变形与孔深的关系曲线，并列表附入钻孔岩心的物理力学性试验指标，见图一3-2。通过对各类指标的综合分析，弄清岩体的地质情况，判断试验的可靠性，为计算和选用变形特性指标提供依据。此外，还可以建立这些变形特性指标同岩心试验成果

45、、动弹性参数等指标之间的关系。 据A. J小亨德朗论述：由于岩体结构面位于不同的深度会对变形产生不同影响，且结构面路加荷面越近，对变形的影响越大。所以，为了将岩体的变形模量应用于工程，美国垦务局提出了“用节理裂隙指标和裂隙图决定变形模量”的方法，在对坝基岩体进行节理裂隙的详细统计、描述和分类的基础上，按结构面的类型、条件、深度加权值得到节理裂隙指数，利用室内试验和少量现场试验的资料来确定坝基各个部位岩层的变形模量。 四、关于试点松弛带对变形测量成果的影响。开挖平洞时，由于爆破松动、卸荷回弹等因素，会造成岩体表层比未受扰动时有更强的变形特性。 国内外资料表明，用超声波法估计松弛带的厚度是行之有效

46、的方法。长科院在三峡坝址花岗岩体中，采用严格防震措施开挖试验洞，再用人工凿除2030cm表层，然后布置中心孔，在中心孔中每隔20cm作一次波速测量。试点四周对称中心孔钻四个孔，钻孔平行于中心孔，孔深约3m，利用中心孔与周围4孔作平行对穿弹性波波速测量。结果表明，仍有3050cm厚的松弛层。松弛层波速比深部岩体的约低20，如图32所示。 意大利国家土木技术部和ENEL设计中心采用有限元法的计算表明，松弛层即使厚度很小，也可引起承压板下沉量明显增加，如表-3-2所示。约翰（John）1961年、 缪勒（Mhller）1963年的试验装置由一组液压千斤顶组成，作用在长方往形试体的顶面和侧壁，以围岩构成反力台；劳特司（Logters）和沃尔特（VoorL） 1974年在岩体四周挖槽，长宽各1.1m，深1.2m，制备1.0m10m10m立方体，用液压枕插入槽中，低于岩面10cm，液压枕与岩体之间的空隙用水泥浆充填，试体顶面用多个100t千斤顶施加荷载；吉尔格（Gilg） 1966年采用过一些圆柱试体，借助环绕试体的弧形千斤顶和一个承受反力的钢制圆筒进行试验。 我国现场三轴试验主要是1972年长江科学院在葛洲坝水电工程进行的。在平洞底板上刻槽制备30cm 30cm