CN104749036B - 原位岩体力学试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种原位岩体力学试验系统及方法。本发明的目的是提供一种原位岩体力学试验系统及方法，以控制试样的松弛程度，并获得原状开挖易卸荷松弛岩体及某一确定松弛程度下的岩体力学参数。本发明的技术方案是：该系统在围岩上选取试样，试样四周开挖有一圈周边锚孔槽，周边锚孔槽内设置试样径向加压装置，试样顶面设置试样轴向加压装置；周边锚孔槽内、对应试样的每个侧面设置一径向变形测表，试样顶面设置轴向变形测表，试样上开挖连通试样顶面和底面的轴向变形及声波测孔，轴向变形及声波测孔孔底设置轴向变形测表，径向变形测表和轴向变形测表经数据线、电子数据采集系统电连接计算机。本发明适用于获取原位岩体力学参数。

Description

原位岩体力学试验系统及方法

技术领域

本发明涉及一种原位岩体力学试验系统及方法。适用于获取原位岩体力学参数。

背景技术

获得原状岩体力学参数一般采用现场真三轴岩体力学试验，然而对于开挖易卸荷松弛岩体，由于其开挖后易松弛特性，而试验制备过程中未对试样的松弛程度进行控制，试样在制备完成后即已发生强烈松弛，导致试验不能获得原状开挖易卸荷松弛岩体的力学参数，试验成果仅能表征具有一定松弛程度的岩体力学性质。通过一般的现场真三轴岩体力学试验方法无法获得原状开挖易卸荷松弛岩体的岩体力学参数，给评价开挖易卸荷松弛岩体的工程性能带来困难，容易造成错误判断。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、操作方便的原位岩体力学试验系统及方法，以控制试样的松弛程度，并获得原状开挖易卸荷松弛岩体及某一确定松弛程度下的岩体力学参数。

本发明所采用的技术方案是：一种原位岩体力学试验系统，在围岩上选取试样，其特征在于：所述试样四周开挖有一圈周边锚孔槽，周边锚孔槽内设置试样径向加压装置，所述试样顶面设置试样轴向加压装置；所述周边锚孔槽内、对应试样的每个侧面设置一径向变形测表，所述试样顶面设置轴向变形测表，试样上开挖连通试样顶面和底面的轴向变形及声波测孔，轴向变形及声波测孔孔底设置轴向变形测表，所述径向变形测表和轴向变形测表经数据线、电子数据采集系统电连接计算机；

所述试样径向加压装置为平行试样侧面布置的长方形扁平的液压枕，试样围压反力由液压枕传递至围岩，该液压枕经油管、增压器、伺服阀与伺服油源连通，伺服阀与所述电子数据采集系统电连接。

所述液压枕与试样之间设有若干垂直试样轴向布置的滚轴。

所述试样侧面左右分为两部分，每一部分对应布置一所述液压枕和一组所述滚轴。

所述轴向加压装置包括若干固定于围岩上的千斤顶，千斤顶下端经钢垫板顶住试样顶面，该千斤顶经油管、增压器、伺服阀与伺服油源连通，伺服阀与所述电子数据采集系统电连接。

所述千斤顶上端依次经钢垫板、传力柱和钢垫板顶住试样上方的围岩。

所述试样上方设置型钢支架，该型钢支架固定于试样周边的围岩上，所述径向变形测表和轴向变形测表经延伸测杆固定于型钢支架。

所述径向变形测表位于试样侧面中心位置，所述试样顶面的轴向变形测表位于顶面中心，所述轴向变形及声波测孔布置于试样偏心位置。

一种应用所述试验系统的试验方法，其特征在于步骤如下：

a、首先通过现场地应力测试和数值模拟，确定试验点位置所处初始地应力状态；

b、在试样顶部用混凝土砂浆抹面，减小试样顶部岩体松弛；

c、在试样开挖前，在试样表面偏心位置处钻设轴向变形及声波测孔，并进行岩体声波检测，以此作为岩体松弛程度对比标准；

d、采用钻机沿试样四周钻孔，当每揭露出试样一边边长的一半时，依次放入滚轴和液压枕，然后通过伺服油源给试样施加与初始地应力相匹配的压力；如此操作，直至试样四边完全揭露、滚轴及液压枕安装并给试样施压完成；

e、对试样再次进行声波检测，评价制样完成后试样的松弛程度；

f、安装岩体真三轴试验设备，包括试样轴向加压装置、径向变形测表和轴向变形测表；

g、通过伺服阀控制试样的围压保持稳定，进行岩体真三轴试验，获得原状未/微松弛状态下的岩体力学参数；或降低试样围压至指定压力，控制试样的松弛程度，并通过声波检测成果评定试样松弛状态，获取试样在某一确定松弛状态下的岩体力学参数。

本发明的有益效果是：本发明通过在试样侧面设置液压枕，可以在对开挖易卸荷松弛岩体的现场真三轴试验过程中，方便地控制试样的松弛程度，获得其在原状未/微松弛状态及某一确定松弛程度下的力学参数。采取的控制试样松弛程度的方法简单，现场易操作。

附图说明

图1为本发明中系统结构示意图。

图2～图5为本发明中试样周边锚孔槽的开挖过程示意图。

图6为本发明中型钢支架的结构布置示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例为一种原位岩体力学试验系统，在围岩1上选取试样2，并在试样2四周开挖有一圈周边锚孔槽19，周边锚孔槽19内设置试样径向加压装置，该试样径向加压装置为平行试样2侧面布置的长方形扁平的液压枕4，并且对应每个侧面布置有左右两块液压枕4，液压枕4经油管12、增压器14、伺服阀15与伺服油源16连通，伺服阀15经电子数据采集系统17电连接计算机18。为减小试样2轴向压缩时试样2表面的摩擦力，在每个液压枕4与试样2之间设有一组滚轴3，滚轴3垂直试样2的轴向布置。在试样2顶面设置试样轴向加压装置，该试样轴向加压装置包括四个均匀布置于试样2顶面的千斤顶6，千斤顶6下端经钢垫板5顶住试样2顶面，千斤顶6上端依次经钢垫板5、传力柱7和钢垫板5顶住试样2上方的围岩1。千斤顶6经油管12、增压器14、伺服阀15与伺服油源16连通，伺服阀15经电子数据采集系统17电连接计算机18。

本实施例中在在周边锚孔槽19内、对应试样2每个侧面的中心位置设置一径向变形测表10，试样2顶面中心设置轴向变形测表11，试样2上偏心位置钻设连通试样顶面和底面的轴向变形及声波测孔20，轴向变形及声波测孔20孔底设置轴向变形测表11。如图6所示，本例中在试样2上方设置型钢支架8，该型钢支架固定于试样周边的围岩1上，径向变形测表10和轴向变形测表11经延伸测杆9固定于型钢支架8。径向变形测表10和轴向变形测表11均经数据线13、电子数据采集系统17电连接计算机18。

本例中伺服油源16的功能是提供稳定压力，伺服阀15的功能是按计算机18发出的指令调节伺服油源16提供的压力，电子数据采集系统17的功能是对计算机18发出的指令进行转换、传输及显示，同时对油压和变形数据进行采集、处理和传回至计算机18，计算机18的功能是显示各部分油压，变形测值，并向电子数据采集系统17发出指令对试验过程进行控制。

本实施例的具体步骤如下：

a、首先通过现场地应力测试和数值模拟，确定试验点位置所处初始地应力状态；

b、在试样2顶部用混凝土砂浆抹面，减小试样顶部岩体松弛；

c、在试样2开挖前，在试样2表面偏心位置处钻设轴向变形及声波测孔20，并进行岩体声波检测，以此作为岩体松弛程度对比标准；

d、采用钻机沿试样2四周钻孔，当每揭露出试样2一边边长的一半时，依次放入滚轴3和液压枕4，然后通过伺服油源16给试样2施加与初始地应力相匹配的压力；如此操作，直至试样2四边完全揭露、滚轴3及液压枕4安装并给试样施压完成(见图2～图5)；

e、对试样2再次进行声波检测，评价制样完成后试样的松弛程度；

f、安装岩体真三轴试验设备，包括试样轴向加压装置、径向变形测表10和轴向变形测表11；

g、通过伺服阀15控制试样的围压保持稳定，进行岩体真三轴试验，获得原状未/微松弛状态下的岩体力学参数；或降低试样2围压至指定压力，控制试样的松弛程度，并通过声波检测成果评定试样松弛状态，获取试样2在某一确定松弛状态下的岩体力学参数。

本实施例在每开挖出试样2的一边边长的一半时，及时放入滚轴3及液压枕4，并通过液压枕4向试样2施加与初始地应力相匹配的压力，维持住试样围压，避免试样松弛，直至试样2四边全部开挖、施加围压完成。

Claims (6)

1.一种原位岩体力学试验系统，在围岩(1)上选取试样(2)，其特征在于：所述试样(2)四周开挖有一圈周边锚孔槽(19)，周边锚孔槽(19)内设置试样径向加压装置，所述试样(2)顶面设置试样轴向加压装置；所述周边锚孔槽(19)内、对应试样(2)的每个侧面设置一径向变形测表(10)，所述试样(2)顶面设置轴向变形测表(11)，试样(2)上钻设连通试样顶面和底面的轴向变形及声波测孔(20)，轴向变形及声波测孔(20)孔底设置轴向变形测表(11)，所述径向变形测表(10)和轴向变形测表(11)经数据线(13)、电子数据采集系统(17)电连接计算机(18)；

所述试样径向加压装置为平行试样(2)侧面布置的长方形扁平的液压枕(4)，该液压枕经油管(12)、增压器(14)、伺服阀(15)与伺服油源(16)连通，伺服阀(15)与所述电子数据采集系统(17)电连接；

所述液压枕(4)与试样(2)之间设有若干垂直试样轴向布置的滚轴(3)；

所述试样(2)侧面左右分为两部分，每一部分对应布置一所述液压枕(4)和一组所述滚轴(3)。

2.根据权利要求1任意一项所述的原位岩体力学试验系统，其特征在于：所述轴向加压装置包括若干固定于围岩(1)上的千斤顶(6)，千斤顶(6)下端经钢垫板(5)顶住试样(2)顶面，该千斤顶经油管(12)、增压器(14)、伺服阀(15)与伺服油源(16)连通，伺服阀(15)与所述电子数据采集系统(17)电连接。

3.根据权利要求2所述的原位岩体力学试验系统，其特征在于：所述千斤顶(6)上端依次经钢垫板(5)、传力柱(7)和钢垫板(5)顶住试样(2)上方的围岩(1)。

4.根据权利要求1所述的原位岩体力学试验系统，其特征在于：所述试样(2)上方设置型钢支架(8)，该型钢支架固定于试样周边的围岩(1)上，所述径向变形测表(10)和轴向变形测表(11)经延伸测杆(9)固定于型钢支架(8)。

5.根据权利要求1所述的原位岩体力学试验系统，其特征在于：所述径向变形测表(10)位于试样(2)侧面中心位置，所述试样(2)顶面的轴向变形测表(11)位于顶面中心，所述轴向变形及声波测孔(20)布置于试样(2)偏心位置。

6.一种应用权利要求1所述试验系统的试验方法，其特征在于步骤如下：

a、首先通过现场地应力测试和数值模拟，确定试验点位置所处初始地应力状态；

b、在试样(2)顶部用混凝土砂浆抹面；

c、在试样(2)开挖前，在试样(2)表面偏心位置处钻设轴向变形及声波测孔(20)，并进行岩体声波检测，以此作为岩体松弛程度对比标准；

d、采用钻机沿试样(2)四周钻孔，当每揭露出试样(2)一边边长的一半时，依次放入滚轴(3)和液压枕(4)，然后通过伺服油源(16)给试样(2)施加与初始地应力相匹配的压力；如此操作，直至试样(2)四边完全揭露、滚轴(3)及液压枕(4)安装并给试样施压完成；

e、对试样(2)再次进行声波检测，评价制样完成后试样的松弛程度；

f、安装岩体真三轴试验设备，包括试样轴向加压装置、径向变形测表(10)和轴向变形测表(11)；

g、通过伺服阀(15)控制试样的围压保持稳定，进行岩体真三轴试验，获得原状未/微松弛状态下的岩体力学参数；或降低试样(2)围压至指定压力，控制试样的松弛程度，并通过声波检测成果评定试样松弛状态，获取试样(2)在某一确定松弛状态下的岩体力学参数。